CN109767144A - 一种建筑施工现场人员效能管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑施工现场人员效能管理系统及方法，包括：佩戴在施工人员身上的智能检测终端和本地主机；所述智能检测终端采集施工人员生理状态数据、环境状态数据以及现场施工过程，并将采集到的数据上传至本地主机；本发明有益效果：通过佩戴在人员身上的智能检测终端，来验证施工人员身份、是否安全佩戴、心率呼吸等生理指标、活动位置等信息，上传到云服务器和本地电脑主机，通过构建数学模型，分析人员是否正确佩戴安全帽、是否处于正确施工位置、身体是否出现意外情况，最后实时分析劳动状态，若存在长时间怠工、违规操作、越界等情况，及时给予信息警示，若不改正的，系统自动指挥现场管理人员给予干预。

Description

一种建筑施工现场人员效能管理系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种建筑施工现场人员效能管理系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在建筑施工过程中，人工费、材料费和施工机械使用费构成了成本的主要部分。通过BIM系统的推广应用，对物料和施工进度进行了有利的效能提升。近年来，政府部门和建筑企业都大力推行劳务实名制管理，采用信息化平台推进精细化管理。但是施工人员进入工地后存在的人员调配问题、怠工问题、违规操作问题等都需要施工管理人员巡查发现干预，不能实现主动预警和干预，管理效率低下。

随着信息化技术的进步和“互联网+”、“物联网”、“BIM”技术的应用，结合新技术的建筑施工现场人员效能管理应运而生。在保证工程质量的前提下，节约人工成本、提高工作效率，采取相应管理措施，实现施工人员的全程可追溯，解决BIM与施工现场的人员协同问题，构建高效管理系统就显得十分迫切。

发明人发现，在建筑施工领域，目前仍然存在以下问题：

(1)当前建筑施工领域，尚未出现对施工人员效率监管和提升的有效办法；

(2)现有室内定位手段中，大多采用UWB、RFID等方式实现定位，但是这些方式存在电磁干扰和串扰的问题，不能采用高密度布设，且成本较高。而一般得GPS/北斗等定位方法，因为室内接收不到卫星信号的原因，导致在室内采用卫星定位方式的定位精度无法保障。

(3)BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型化)系统无法做到现场人员管理，无法对施工质量追溯到人，人员数据不能与BIM系统及时共享。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种建筑施工现场人员效能管理系统及方法，对于建筑施工现场的人员进行准确定位和数据采集，综合协调施工过程实现最优匹配，提高工作效能。

在一些实施例中，本发明采用如下技术方案：

一种建筑施工现场人员效能管理系统，包括：佩戴在施工人员身上的智能检测终端和本地主机；所述智能检测终端采集施工人员生理状态数据、环境状态数据以及现场施工过程，并将采集到的数据上传至本地主机；所述本地主机包括：

施工现场模型，能够显示施工现场人员、物料以及机械设备的位置以及相关信息；

人员管理模块，用于对施工人员以及管理人员的个人基本身份信息、生理信息、身份识别信息以及上岗人员名录的数据管理；

效能管理模块，用于根据接收到的数据，对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态情况进行识别，并进行报警提示；

安全生产控制模块，用于通过设定电子围栏划定危险区域，并对检测到非法进入危险区域的人员进行报警提示。

进一步地，还包括：布置在设定区域的若干辅助定位节点，每一个辅助定位节点向设定的方向发射带有唯一ID编码的红外线，所述红外线信号互不干扰，所述ID编码与施工现场模型中的位置坐标一一对应，所述辅助定位节点感知有人员经过时，将含有ID编码的红外数据发送出来，智能检测终端接收到ID编码，在施工现场模型中匹配出该ID编码的位置坐标，从而获知人员位置信息以及行进路径。

进一步地，所述辅助定位节点呈点状、带状或者网状方式布设，实现不同的定位需求。

进一步地，还包括：云服务器，所述智能检测终端将采集到的数据发送至云服务器进行数据共享。

进一步地，所述云服务器与移动终端连接，移动终端从云服务器获取施工现场数据。

进一步地，所述本地主机与BIM系统连接，实现施工现场数据的共享。

进一步地，所述智能检测终端采集施工人员温度、心率、血氧、血压、脑电波、肌肉电波信号等生理数据以及加速度数据，采集气压、高度、二氧化碳、毒害气体、粉尘浓度、磁场、电场和辐射强度环境数据，通过摄像头记录施工过程；对采集到的数据进行分析，当某一数据超过设定阈值，或者施工过程出现危险情况时，进行自动报警，同时具备手动报警功能。

进一步地，所述智能检测终端设置在施工人员的安全帽、手环、衣服或者其他穿戴设备上。

在另外一些实施例中，本发明采用如下技术方案：

一种建筑施工现场人员效能管理方法，包括：

实时采集施工人员的生理状态数据、周围环境数据以及施工过程数据；根据检测到的数据对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态进行识别；

分别按照设定的方向发射带有唯一ID编码的红外线，所述ID编码与施工现场模型中的位置坐标一一对应；根据接收到的ID编码在施工现场模型中匹配位置坐标，实现人员位置定位。

进一步地，

(1)首先判断智能检测终端是否佩戴正确；如果是，进入下一步；否则，发出告警信号；

(2)采集佩戴人员的生理数据，通过长期自学习，建立佩戴人员的生理模型，将采集的数据与生理模型匹配，判断是否是该智能检测终端所述人员的数据；如果是，进入下一步；否则，发出告警信号；

(3)对佩戴人员进行定位，采集佩戴人员的生理数据、环境数据以及施工过程数据；根据采集到的数据对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态情况进行识别，及时发出告警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)通过佩戴在人员身上的智能检测终端，来验证施工人员身份、是否安全佩戴、心率呼吸等生理指标、活动位置等信息，上传到云服务器和本地电脑主机，通过构建数学模型，分析人员是否正确佩戴安全帽、是否处于正确施工位置、身体是否出现意外情况，最后实时分析劳动状态，若存在长时间怠工、违规操作、越界等情况，及时给予信息警示，若不改正的，系统自动指挥现场管理人员给予干预；

(2)辅助定位节点能够检测到人体，然后通过红外光编码发送唯一ID码；将该ID上传到云服务器和本地主机中，根据本地主机对于该ID节点对应的位置确定人员位置。辅助定位节点可以非常低成本的大范围布设，实现高精度与高效益。利用光的指向性特点，两个定位节点互相之间几乎没有电磁干扰；

(3)现有BIM模型对设计、施工进行了实施监督，通过本地主机与BIM系统的数据共享，可以与BIM模型进行对接。在BIM模型中记录并显示施工人员信息、工作量、施工质量等，做到施工可追溯。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例一中建筑施工现场人员效能管理系统示意图；

图2为实施例一中智能安全帽的功能示意图；

图3为实施例一中智能安全帽的外观示意图；

图4为实施例一中辅助定位节点工作原理图；

图5为实施例一中辅助定位节点的光信号整形模块结构示意图；

图6为实施例一中辅助定位节点带状布置示意图；

图7为实施例一中辅助定位节点网状布置示意图；

图8为实施例一中效能管理判定流程图；

其中，101.红外二极管,102.凹面镜；103.光挡板；104.挡板开口；201.智能安全帽微控制器；202.安全帽壳体；203.红外接收器；204.摄像头；205.额头检测器；206.热释红外线传感器；207.视网膜投影仪。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一种或多种实施方式中，公开了一种建筑施工现场人员效能管理系统，如图1所示，包括：智能监测终端、通信网络、本地主机、云服务器、移动终端和人员辅助定位节点。智能监测终端通过通信网络与本地主机和云服务器分别通信，云服务器与移动终端通信，移动终端用于实现项目进度查看、人员管理、施工干预、视频会议等功能，比如手机端APP或者PDA、电脑等。

远程接收节点数据的云服务器，采用公有云或者自建私有云服务的方式实现。

本地主机可以提供BIM二次开发接口，本地主机与BIM系统连接，实现与BIM系统共享施工现场数据，实现智慧化管理。

本地主机主要包括：

现场数字模型，采用BIM或其他方式构建的施工现场模型，辅助定位节点、人员、物料、机械均能在模型中显示位置和相关信息；

人员管理模块，包括施工人员、管理人员信息，实现实名制登录。包括个人基本身份信息、生理信息(通过自学习方式记录)、指纹、虹膜、上岗人员名录录入等；

效能管理模块，根据接收到的数据，识别怠工、越界、违规操作，提醒管理人员进行干预；

安全生产控制模块，主要是针对安全生产，设定电子围栏，划定危险区域，对检测到非法进入或者违规操作及时提醒管理人员进行干预。

智能监测终端用于采集现场劳动人员的位置、生理状态、施工环境数据以及施工过程数据，通过有线或无线(NB-IOT、GPRS、ZigBee、WIFI等)通信方式，上传至云服务器和本地主机；本地主机对上传的数据进行分析，识别当前施工中是否存在人员效率低、怠工、违规操作和危险状况，并及时通知管理人员进行干预。

智能监测终端在使用时可以佩戴在施工人员的安全帽、手环、衣服或者其他穿戴设备上，比如：以智能安全帽、智能手环、智能马甲、智能鞋垫、智能腰带等多种形式实现；本实施方式以智能检测终端设置在安全帽上为例进行说明，其他的实现形式与智能安全帽的实现原理相同；参照图2，智能安全帽具体包括：

微控制器，用于接收各数据采集装置的数据，并将数据传送至本地主机和云服务器，接收带有ID编码的红外线，解码出ID编码。

人员定位模块，室外情况下，通过使用北斗/GPS/GLONASS卫星定位系统，实现定位；室内情况下，通过安装有固定ID编码的辅助定位节点，实现定位；定位信息反映在效能管理软件系统中；

生理状态检测模块，用于采集安全帽佩戴正确提醒，采集人员温度、心率、血氧、血压、活动等数据；主要由红外人体检测、心率/血氧传感器、血压传感器和加速度传感器等实现数据的采集。

环境状态检测模块，主要采集气压、高度、二氧化碳、毒害气体、粉尘浓度、磁场、电场、辐射强度等数据；主要由气压传感器、温湿度传感器、光强度传感器、电场传感器等实现数据的采集。

现场记录模块，能够通过摄像头204记录施工过程，现场拍照；

安全防护模块，提供自动报警和手动一键报警两种功能，对于危险环境主动预警；

通信功能模块，可以实现无线语音对话、视频通话功能，也可以实现蓝牙通信、RFID通信、物联网通信等通信方式；

通过视网膜投影技术，实现VR/AR/MR的操作指引。

另外，还包括红外接收器203，用于接收人员辅助定位节点发送的带有唯一ID编码的红外线，实现人员定位。

参照图2，智能安全帽首先通过安装于安全帽内部的红外人体检测来判断是否佩戴正确，未佩戴好时发出报警信息并上传网络；通过安装于安全帽边沿下部紧额头的心率/血氧传感器、血压传感器、加速度传感器判断施工人员的生理状态，并通过NB-IOT物联网上传数据至本地主机后进行分析判断，判断其个人工作状态，是否长时间怠工、健康状况、识别坠落等；通过气压传感器测算其工作高度，通过GPS/北斗定位和红外接收器203判定其位置，将数据上传至云服务器和本地主机，用于数学模型中显示施工人员的位置和活动路径，判定是否超出工作范围；温湿度传感器、光强传感器、电场传感器用于工作环境和是否靠近高压电危险场景的判定，光度低时自动启动照明及安全灯；智能安全帽提供一键报警SOS111功能，用于应急情况下的紧急呼救；智能安全帽配置语音通话、视频录像功能，通过WIFI通信联网时上传保存的视频文件；还可通过视网膜投影技术，实现VR/AR/MR的操作指引。

智能安全帽微控制器201位于帽子的后端，不影响安全帽壳体202的安全性能；智能安全帽通过位于顶部的红外接收器203接收辅助定位节点发送的位置ID数据；智能安全帽帽檐上方安装有安全灯和摄像头204；智能安全帽通过安装于安全帽边沿下部紧额头检测器205检测人员的心率/血氧/血压/脑电波/肌肉电信号等生理特征；帽体内部设置有红外线传感器和语音通话装置，帽檐下方设置有视网膜投影仪207。

通过布置施工现场的辅助定位节点，进行辅助定位，成本低，能够弥补GPS/北斗室内定位不准确的缺陷。

辅助定位节点是指按照效能管理系统的现场数字模型，在设定位置安装含有唯一ID编码的小型设备。参照图4，设置好需要进行辅助定位的位置(图中A、B为例)，布置辅助定位节点。每一个辅助定位节点均包含唯一ID编码，建立ID编码与现场数字模型中位置坐标的一一对应关系。当人体佩戴智能安全帽经过时，辅助定位节点通过热释红外线传感器206以释热红外线感知的方式得知有人员经过，便将A点的含有ID的编码红外数据发送出来，被智能安全帽的红外接收器203接受到，智能安全帽将ID编码发送至本地主机和云服务器，本地主机解析出ID编码并与现场数字模型中的位置坐标进行匹配，得到人员位置坐标返回给安全帽，智能安全帽便知道自己处于A点附近。当人体继续往前行进，接收到B点ID后，便可得知自己处于点A到点B的路径中。同理，若按照一定的规则布置大量辅助定位节点，便可以实现准确定位。

本实施例中的辅助定位节点为提前预布设、位置已知、含有唯一的ID编码、以固定时间间隔不间断发送ID编码的地理信息节点。具体包括：

ID编码模块，通过手动设置(拨码设置/有线/无线设备写入)或自动设置方式，生成应用系统中唯一的ID编码，可以通过编码器实现编码。

光信号发射模块，通过振荡电路产生固定频率载波信号，为避开与红外遥控的38KHz重叠干扰，可采用100KHz或其他频段。通过调幅方式将ID编码信号加载到载波信号上，然后通过红外LED以固定周期发送出去。

光信号整形模块：由凹面镜102和带刻度可调整的光挡板103组成。红外LED发出红外光后，经凹面镜102调整反射角度，也可以通过光挡板103调整射出范围，避免相邻的地理信息节点间互相干扰。

参考图5，已调制过的红外载波信号，通过红外二极管101发射。经凹面镜102反射后，通过带刻度的挡板形成的挡板开口104发射出去。通过调整凹面镜102曲率，控制发射角度，根据曲率不同可以生产不同型号产品。同时通过手动调整带刻度的滑动挡板，控制挡板开口104大小。通过这两种方式，可有效调整红外信号的有效区域，确保每个地理信息节点保持有效区域独立，互不交叉。

为了实现不同的定位需求，辅助定位节点一般呈点状、带状或者网状方式布设。

参照图6，对于带状区域(例如：走廊)，可采用辅助定位节点带状布置方式。辅助定位节点按照起点+固定距离(示例中起点为A，间隔为1米)布置，命名为：A+0，A+1，A+2，分别安装有不同ID编码的辅助定位节点，形成电子地图。将辅助定位节点带安装在带状区域(走廊)，通过调整安装高度、凹面镜102角度、手动挡板开口104大小，得到辐射整个带状区域宽度，互不交叉干扰的区域。当人员经过此带状区域时，可得到精准定位和移动方向，形成有效的数字化信息。

参照图7，对于范围区域(礼堂、会议室、大厅，)可采用多条辅助定位节点带(A、B、C、D...)敷设形成定位区域。通过调整辅助定位节点的间距、辅助定位节点带的高度和凹面镜102角度、手动挡板开口104大小，形成每个辅助定位节点有效区域互不交叉。当被定位目标在此区域活动时，可形成有效的数字化定位信息。

实际生产中，可将辅助定位节点的ID编码器、红外LED发射集成为一个芯片，按照固定间距，封装成灯带形状，施工时直接连接电源就可实现快速布置。

实施例二

本实施方式公开了一种建筑施工现场人员效能管理方法，包括：

实时采集施工人员的生理状态数据、周围环境数据以及施工过程数据；根据检测到的数据对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态进行识别；

分别按照设定的方向发射带有唯一ID编码的红外线，所述ID编码与施工现场模型中的位置坐标一一对应；根据接收到的ID编码在施工现场模型中匹配位置坐标，实现人员位置定位。

参照图8，本地主机接受来自智能安全帽的数据后，首先判断是否佩戴正确，若佩戴不当或者未佩戴便通过通信网络下达警示指令给智能安全帽；佩戴正确后，分析使用人员生理数据，本地主机通过长期自学习，建立该工作人员的生理模型，能够有效判定是否本人以及其工作状态，根据定位和状态数据判定其是否在合理工作范围、是否有违规操作，根据生理数据判定是否有长时间怠工和工作效率低下的问题，若有便下达警示信息。警示信息下达后，跟踪执行情况，若无明显主动改善，便通过通信网络安排给施工管理人员进行现场干预，以期达到纠正的效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，包括：佩戴在施工人员身上的智能检测终端和本地主机；所述智能检测终端采集施工人员生理状态数据、环境状态数据以及现场施工过程，并将采集到的数据上传至本地主机；所述本地主机包括：

施工现场模型，能够显示施工现场人员、物料以及机械设备的位置以及相关信息；

人员管理模块，用于对施工人员以及管理人员的个人基本身份信息、生理信息、身份识别信息以及上岗人员名录的数据管理；

效能管理模块，用于根据接收到的数据，对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态进行识别，并进行报警提示；

安全生产控制模块，用于通过设定电子围栏划定危险区域，并对检测到非法进入危险区域的人员进行报警提示。

2.如权利要求1所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，还包括：布置在设定区域的若干辅助定位节点，每一个辅助定位节点向设定的方向发射带有唯一ID编码的红外线，所述红外线信号互不干扰，所述ID编码与施工现场模型中的位置坐标一一对应，所述辅助定位节点感知有人员经过时，将含有ID编码的红外数据发送出来，智能检测终端接收到ID编码，在施工现场模型中匹配出该ID编码的位置坐标，从而获知人员位置信息以及行进路径。

3.如权利要求2所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，所述辅助定位节点呈点状、带状或者网状方式布设，实现不同的定位需求。

4.如权利要求1所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，还包括：云服务器，所述智能检测终端将采集到的数据发送至云服务器进行数据共享。

5.如权利要求4所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，所述云服务器与移动终端连接，移动终端从云服务器获取施工现场数据。

6.如权利要求1所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，所述本地主机与BIM系统连接，实现施工现场数据的共享。

7.如权利要求1所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，所述智能检测终端采集施工人员温度、心率、血氧、血压、脑电波、肌肉电信号以及加速度数据，采集气压、高度、二氧化碳、毒害气体、粉尘浓度、磁场、电场和辐射强度环境数据，通过摄像头记录施工过程；对采集到的数据进行分析，当某一数据超过设定阈值，或者施工过程出现危险情况时，进行自动报警，同时具备手动报警功能。

8.如权利要求1所述的一种建筑施工现场人员效能管理系统，其特征在于，所述智能检测终端设置在施工人员的安全帽、手环、衣服或者其他穿戴设备上。

9.一种建筑施工现场人员效能管理方法，其特征在于，包括：

实时采集施工人员的生理状态数据、周围环境数据以及施工过程数据；根据检测到的数据对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态进行识别；

分别按照设定的方向发射带有唯一ID编码的红外线，所述ID编码与施工现场模型中的位置坐标一一对应；根据接收到的ID编码在施工现场模型中匹配位置坐标，实现人员位置定位。

10.如权利要求9所述的一种建筑施工现场人员效能管理方法，其特征在于，包括：

(1)首先判断智能检测终端是否佩戴正确；如果是，进入下一步；否则，发出告警信号；

(2)采集佩戴人员的生理数据，通过长期自学习，建立佩戴人员的生理模型，将采集的数据与生理模型匹配，判断是否是该智能检测终端所述人员的数据；如果是，进入下一步；否则，发出告警信号；

(3)对佩戴人员进行定位，采集佩戴人员的生理数据、环境数据以及施工过程数据；根据采集到的数据对人员怠工、身体欠佳、违规操作及危险状态情况进行识别，及时发出告警信号。