CN110008588A - 多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统及方法。其系统包括三维仿真模型、公路工程施工进度计划模块、动态采集系统、进度可视化模型和施工进度管理平台；三维仿真模型基于建筑信息模型和地理信息系统建立；公路工程施工进度计划模块通过按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解而成；动态采集系统用于监控公路工程施工进度，收集多维度信息；进度可视化模型通过公路工程施工进度计划模块与三维仿真模型进行关联形成；施工进度管理平台包括一体化展示系统和纠偏系统。本发明能够采集施工现场多维度施工进度信息，与计划施工进度和三维仿真模型对比，形象展现出建设进度情况，有利于管理人员实现施工进度的动态控制。

Description

多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统及方法，属于公路工程管理技术领域。

背景技术

公路工程建设规模一般较大，且造价高、投资大，具有点多、线长、面广、机械化程度高的特点，公路工程的进度管理是工程全寿命周期管理中的重要环节，传统进度管理方法信息琐碎、来源单一，制约公路工程进度管理的发展。

目前，我国公路工程施工进度信息的采集、管理和展示，主要采用填写报表和制作二维横道图的方式。由于涉及到的部门和人员众多，信息来源没有可靠保证，存在虚报、错报、漏报等现象，使管理方陷入被动处境。

另外，现有技术中的施工进度管理系统虽然能实现无纸化办公，但是其展示和管理维度较为单一，局限于书面化，工程进度信息不能实现多维度的查询、对比和展示。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统及方法，该管理系统及方法使得管理人员能够从宏观、中观、微观三个层次全方位多维度的对施工进度进行掌控，可视化程度高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，包括三维仿真模型、公路工程施工进度计划模块、动态采集系统、进度可视化模型和施工进度管理平台，所述的三维仿真模型，是基于建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)建立待施工公路工程的三维仿真模型；所述的公路工程施工进度计划模块，通过按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解(WBS)，明确工作任务、工作阶段和施工顺序编制而成；所述的动态采集系统，用于以全天候或者固定周期监控公路工程施工进度，利用4G网络收集多维度信息；所述的进度可视化模型，利用Autodesk Navisworks 2016软件将公路工程施工进度计划模块与三维仿真模型进行关联，通过时间维度进行公路工程施工模拟而形成；所述的施工进度管理平台包括一体化展示系统和纠偏系统；一体化展示系统，用于对动态采集系统采集的多维度信息数据进行汇总，将计划施工进度和实际施工进度进行比对，通过三维可视化技术进行工程进度一体化展示；纠偏系统，根据建设工程项目目标动态控制原理，进行项目目标的计划值和实际值比较，如有偏差，则采取纠偏措施进行纠偏。

采用所述维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统的项目管理方法，包括如下步骤：

S1：基于建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)建立待施工的公路工程三维仿真模型；

S2：编制公路工程施工进度计划，按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解(WBS)，明确工作任务、工作阶段和施工顺序，与S1中建立的模型进行关联，通过时间维度进行公路工程施工模拟，形成进度可视化模型；

S3：通过动态采集系统，以全天候或者固定周期监控公路工程施工进度，利用4G网络收集多维度信息；

S4：对多维度数据进行汇总，将计划施工进度和实际施工进度进行比对，通过三维可视化技术进行工程进度一体化展示；

S5:根据建设工程项目目标动态控制原理，进行项目目标的计划值和实际值比较，如有偏差，则采取纠偏措施进行纠偏，如无则继续下一阶段施工重复S3步骤进入下一个进度管理周期。

相比现有技术，本发明的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统及方法，通过构建公路工程三维仿真模型，采集多种维度工程施工进度信息，集成三维模型、时间维度、进度维度，符合公路工程特点要求，实现了公路信息模型和施工现场进度的动态同步和可视化。本发明可以应用于公路工程全寿命周期的建设过程中，提高了了施工进度的精细化管理和信息化管理水平，实现了更为高效便捷的公路工程施工进度管理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的系统框架图。

图2为本发明实施例的管理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1和图2示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的。

多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，包括三维仿真模型、公路工程施工进度计划模块、动态采集系统、进度可视化模型和施工进度管理平台。其中，所述的三维仿真模型，是基于建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)建立待施工公路工程的三维仿真模型；所述的地理信息系统包括数字表面模型(DSM)和数字正射影像图(DOM)；建筑信息模型包括线路的宏观模型，各施工段的中观模型以及施工重要节点的微观模型；建筑信息模型根据设计平面坐标位置及高程位置融合在地理信息系统的数字表面模型之中。

所述的公路工程施工进度计划模块，通过按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解(WBS)，明确工作任务、工作阶段和施工顺序编制而成。

所述的动态采集系统，用于以全天候或者固定周期监控公路工程施工进度，利用4G网络收集多维度信息；所述的动态采集系统主要包括航空采集模块、移动激光三维扫描模块、地面固定采集模块和施工机械采集模块。所述的航空采集模块，用于工程宏观监控，获取整个工程范围内空对地的图像和视频，生成倾斜摄影模型。所述的移动激光三维扫描模块，通过三维激光扫描弥补航空采集模块在公路工程中桥梁、隧道部分的缺失，获得高精度激光三维点云模型。所述的地面固定采集模块，用于视频监控施工节点，图像通过摄像头所在坐标位置及朝向融合在施工进度模型中，对高风险对象进行全天候实时监控。所述的施工机械采集模块，用于监控机械设备运行情况，收集行走路线、速度、压实遍数等施工参数。

所述的进度可视化模型，利用Autodesk Navisworks 2016软件将公路工程施工进度计划模块与三维仿真模型进行关联，通过时间维度进行公路工程施工模拟而形成；

所述的施工进度管理平台包括一体化展示系统和纠偏系统；一体化展示系统，用于对动态采集系统采集的多维度信息数据进行汇总，将计划施工进度和实际施工进度进行比对，通过三维可视化技术进行工程进度一体化展示；纠偏系统，根据建设工程项目目标动态控制原理，进行项目目标的计划值和实际值比较，如有偏差，则采取纠偏措施进行纠偏。所述一体化展示系统的计划施工进度和实际施工进度进行比对，包括根据施工段将倾斜摄影模型和激光三维点云模型进行划分，采用Geomagic Qualify 2015软件将划分模型与设计进度BIM模型比对，实现显示完成部分，半透明显示未完成部分；所述纠偏系统的项目目标的计划值和实际值比较过程，是分别以工程计划投入时间和实际投入时间为依据，根据进度的提前或落后程度对各施工节点进行不同颜色的可视化标注。

本发明实施例信息管理系统的项目管理方法，主要步骤如下：

S1：基于BIM和GIS建立待施工的公路工程三维仿真模型；

首先，构建施工现场数字表面模型(DSM)和数字正射影像图(DOM)作为施工进度管理平台的空间数据支撑。

其中，数字表面模型(DSM)包含了地形高程信息，地表建筑物、桥梁和树木等高度，数字正射影像图(DOM)通过无人机采集，地面分辨率应优于0.5m，两者均采用2000国家大地坐标系和1985国家高程基准。

具体地，空间数据采集利用带有F-CAM300航测模块的飞马F300固定翼无人机进行1:500航测法高精度成图。

根据设计要求构建道路、桥涵、隧道BIM模型，其中BIM模型包括线路的宏观模型，各施工段的中观模型以及施工重要节点的微观模型。

具体地，利用Autodesk REVIT 2016软件将设计图纸转换为BIM模型，BIM模型精度应达到LOD400标准：模型组件被以图形方式,依据大小、形状、位置、数量、方向,还有详细图、制造、组合和安装的信息，表达成模型中的一个具体的系统、对象或组件。非图形信息也可以被链接到此模型组件。

随后BIM模型根据设计平面坐标位置及高程位置放置在数字表面模型之中。

S2：编制公路工程施工进度计划，按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解(WBS)，明确工作任务、工作阶段和施工顺序，与S1中建立的模型进行关联，通过时间维度进行公路工程施工模拟，形成进度可视化模型；

施工进度与模型的关联，主要利用Autodesk Navisworks 2016软件加入进度维度及施工过程组织方法。

具体地，按照类别对上述标准构件一一添加分类信息，将添加分类信息后的标准构件载入所述施工进度平台，解析所述标准构件的分类信息，并根据解析后所述标准构件对应的分类对所述标准构件进行分类管理，由此组建标准构件库。利用AutodeskNavisworks 2016软件将工作任务、工作阶段和施工顺序信息链接到标准库，通过时间维度形成施工模拟动画，从而形成进度可视化模型。

S3：通过动态采集系统，以全天候或者固定周期监控公路工程施工进度，利用4G网络收集多维度信息；

进一步地，步骤S3中动态采集系统主要包括航空采集模块、移动激光三维扫描模块、地面固定采集模块、施工机械采集模块。

航空采集模块，用于工程宏观监控，获取整个工程范围内空对地的图像和视频，生成倾斜摄影模型。

具体地，航空采集模块主要运用搭载五目CCD相机、RTK定位系统的无人机，按固定周期或者实时需求，对项目施工全范围进行拍摄，航线旁向重叠度70％以上，航线(纵向)重叠度80％以上。航拍数据包括航拍图像、航拍视频、航拍高度、航拍角度、航拍坐标、航拍时间。通过ContextCapturev4.4.9.516软件进行实景三维建模。

移动激光三维扫描模块，通过三维激光扫描弥补航空采集模块在公路工程中桥梁、隧道部分的缺失，获得高精度激光三维点云模型。

具体地，移动激光三维扫描模块主要运用车载三维激光扫描仪，按照航空模块采集数据的相同时间节点，对公路工程中的隧道或桥梁等重点部位进行采集，所采集点云模型应该包含航空采集模块中漏缺的隐蔽部分。采集的点云数据利用FARO SCENE 2018软件进行降噪拼接处理，建立已完工构件的完整点云模型。

地面固定采集模块，用于视频监控施工节点，图像通过摄像头所在坐标位置及朝向融合在施工进度模型中，对高风险对象进行全天候实时监控。

具体地，摄像头的布置应对相应监控对象全覆盖，具有360°可控旋转功能和夜视功能。所有用于地面固定采集模块的摄像头都应带有坐标信息和监控区域信息，从而摄像头位置能反应在施工进度管理系统之中的三维模型场景上，所得到的视频图像也对应表示在三维模型场景之中。

进一步地，监控的高风险对象包括：基坑开挖、支护、降水工程；滑坡处理和填、挖方路基工程；基础工程；大型临时工程；桥涵工程；隧道工程；起重吊装工程；拆除、爆破工程。

施工机械采集模块，用于监控机械设备运行情况，收集的施工参数包括：行走路线、速度、施工状态；

具体地，施工机械采集模块带有GPS定位设备，通过4G网络传输，能将施工机械实时反映于施工进度管理系统之中的三维模型场景上，记录的机械施工参数包括运行轨迹、速度、施工状态，给管理者提供现场施工作业的实时情况。

步骤S3中运用全动态视频(FMV)技术，通过定位定姿系统(POS)、CCD摄像头成像参数、时间参数的解算，这允许在播放视频时，在三维模型上投影并显示视频帧轨迹和传感器位置。可以在视频播放器中收集要素并使其在三维模型上可视化，或者在三维模型中收集要素并在视频播放器中显示。

例如，当放飞无人机进行巡线时，无人机CCD相机获得的视频数据返回至施工进度管理系统，当管理者观看视频时，在视频中发现影响施工进度的安全事故，可以在视频播放器中标记要素，使其在三维场景中同步反映，从而确定其具体位置。

S4：对多维度数据进行汇总，将计划施工进度和实际施工进度进行比对，通过三维可视化技术进行工程进度一体化展示。

步骤S4中多维数据汇总包括，将S3步骤中动态采集系统所获得的倾斜摄影模型和激光三维点云模型叠加在S1步骤中所建立的工程三维仿真模型上。

进一步地，步骤S4中将计划施工进度和实际施工进度进行比对包括，根据施工段将倾斜摄影模型和激光三维点云模型进行划分，采用GeomagicQualify 2015软件将划分模型和设计进度BIM模型比对，实现显示完成部分，半透明显示未完成部分；

进一步地，利用数据采集的时间进行归档，通过时间轴的方式，可以对工程实施情况进行回溯。

S5:根据建设工程项目目标动态控制原理，进行项目目标的计划值和实际值比较，如有偏差，则采取纠偏措施进行纠偏，如无则继续下一阶段施工重复S3步骤进入下一个进度管理周期。

具体地，所述步骤S5中的进行项目目标的计划值和实际值比较，分别以工程计划投入时间和实际投入时间为依据，根据进度的提前或落后程度对各施工节点进行不同颜色的可视化标注。

具体地，将进度可视化模型模拟应用于公路工程施工的动态监控，通过动态采集系统所获得的多维度信息反映为实际施工进度，将所述实际公路工程施工进度与进预计施工进度进行对比确认是否有偏差，以了解实际施工工作状态。

进一步，若所述实际工程施工进度与预计施工进度存在偏差时，向管理人员提示出现问题的主要环节，由管理人员进行实时调整。若所述实际工程施工进度与预计施工进度没有偏差，则继续进入下一施工阶段，对待施工公路工程的每一阶段进行动态监控直至完成所有施工阶段。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，包括三维仿真模型、公路工程施工进度计划模块、动态采集系统、进度可视化模型和施工进度管理平台，其特征是：

所述的三维仿真模型，是基于建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)建立待施工公路工程的三维仿真模型；

所述的公路工程施工进度计划模块，通过按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解(WBS)，明确工作任务、工作阶段和施工顺序编制而成；

所述的动态采集系统，用于以全天候或者固定周期监控公路工程施工进度，利用4G网络收集多维度信息；

所述的进度可视化模型，利用Autodesk Navisworks2016软件将公路工程施工进度计划模块与三维仿真模型进行关联，通过时间维度进行公路工程施工模拟而形成；

所述的施工进度管理平台包括一体化展示系统和纠偏系统；一体化展示系统，用于对动态采集系统采集的多维度信息数据进行汇总，将计划施工进度和实际施工进度进行比对，通过三维可视化技术进行工程进度一体化展示；纠偏系统，根据建设工程项目目标动态控制原理，进行项目目标的计划值和实际值比较，如有偏差，则采取纠偏措施进行纠偏。

2.根据权利要求1所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述的地理信息系统包括数字表面模型(DSM)和数字正射影像图(DOM)；建筑信息模型包括线路的宏观模型，各施工段的中观模型以及施工重要节点的微观模型；建筑信息模型根据设计平面坐标位置及高程位置融合在地理信息系统的数字表面模型之中。

3.根据权利要求1所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述的动态采集系统主要包括航空采集模块、移动激光三维扫描模块、地面固定采集模块和施工机械采集模块。

4.根据权利要求3所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述的航空采集模块，用于工程宏观监控，获取整个工程范围内空对地的图像和视频，生成倾斜摄影模型。

5.根据权利要求3所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述的移动激光三维扫描模块，通过三维激光扫描弥补航空采集模块在公路工程中桥梁、隧道部分的缺失，获得高精度激光三维点云模型。

6.根据权利要求3所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述的地面固定采集模块，用于视频监控施工节点，图像通过摄像头所在坐标位置及朝向融合在施工进度模型中，对高风险对象进行全天候实时监控。

7.根据权利要求3所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述的施工机械采集模块，用于监控机械设备运行情况，收集行走路线、速度、压实遍数等施工参数。

8.根据权利要求1所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述一体化展示系统的计划施工进度和实际施工进度进行比对，包括根据施工段将倾斜摄影模型和激光三维点云模型进行划分，采用Geomagic Qualify2015软件将划分模型与设计进度BIM模型比对，实现显示完成部分，半透明显示未完成部分。

9.根据权利要求1所述的多维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统，其特征是：所述纠偏系统的项目目标的计划值和实际值比较过程，是分别以工程计划投入时间和实际投入时间为依据，根据进度的提前或落后程度对各施工节点进行不同颜色的可视化标注。

10.采用权利要求1-9所述维度一体化的公路工程施工进度信息管理系统的项目管理方法，其特征是，包括如下步骤：

S1：基于建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)建立待施工的公路工程三维仿真模型；

S2：编制公路工程施工进度计划，按照单位工程、分部工程、分项工程三个层次进行工作结构分解(WBS)，明确工作任务、工作阶段和施工顺序，与S1中建立的模型进行关联，通过时间维度进行公路工程施工模拟，形成进度可视化模型；

S3：通过动态采集系统，以全天候或者固定周期监控公路工程施工进度，利用4G网络收集多维度信息；

S4：对多维度数据进行汇总，将计划施工进度和实际施工进度进行比对，通过三维可视化技术进行工程进度一体化展示；

S5:根据建设工程项目目标动态控制原理，进行项目目标的计划值和实际值比较，如有偏差，则采取纠偏措施进行纠偏，如无则继续下一阶段施工重复S3步骤进入下一个进度管理周期。