CN110189106B - 一种基于rfid和bim技术的地下空间智慧施工人员管理系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，所述基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统包括，建筑信息模型BIM模型子系统和定位考勤子系统；BIM模型子系统与定位考勤子系统通过有线或无线网络进行连接，通过定位考勤子系统中的安全预警模块获得根据BIM模型子系统中的施工进度信息和仿真危险程度，对施工场所范围的用户进行预警，同时通过定位基站，实时获得定位信息，能够保障救援和施工安全。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息领域，具体涉及隧道施工中基于BIM技术和RFID技术对复杂情形下的隧道下施工的系统安全保障。通过基于BIM技术用于虚拟现实和增强现实的精确定位系统，来保障地下隧道施工的安全。
背景技术
建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是一个智能化的建筑物多维模型，它能够连接建设项目全生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对建筑工程对象的完整描述。它支持建设项目全生命期的信息管理，使得生命期的信息能够得到有效的组织和追踪，保证信息从一阶段传递到另一阶段时不会发生信息流失，减少信息歧义和不一致。BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，其可以支持项目数十年上百年生命周期内的成百上千项目参与方使用不同的信息表达方式(例如使用上百种不同的软件产品生成的信息)一起协同工作，分别完成各自的职责，即优化项目性能和质量、降低项目成本、缩短项目周期、提高运营维护效率。
隧道建设中，需要对各种信息和建筑对象的信息等，进行管理。由于地下地铁工程因建设周期长，施工环境复杂且具有危险性的影响，对于施工人员的安全管理方面仍然存在一些疏漏。随着工程量的增加，由人为管理因素和复杂地质环境导致的事故和存在的安全隐患风险也越来越大。
由于施工环境复杂，人员分布大多集中在工作区，随着作业区的不断推进，各类突发事故也对人员的安全构成了潜在威胁。另一方面，随着地下地铁线路的推进，对于施工人员管理的问题也越来越突出。为保障人员的安全及时对突发事故作出处理，本申请提出了基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统。
发明内容
一种基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，所述基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统包括，建筑信息模型BIM模型子系统和定位考勤子系统；BIM模型子系统与定位考勤子系统通过有线或无线网络进行连接；
所述BIM模型子系统，用于借助于RFID射频识别技术对施工的设备信息进行登记，并对施工的场景进行仿真模拟，实时更新获得施工进度信息；BIM模型子系统中保存危险设备与用户的匹配信息。
所述定位考勤子系统，包括多个定位基站和安全预警模块，所述多个定位基站用于定位隧道中用户的位置信息，安全预警模块与定位基站获得位置信息和用户的数据信息；所述多个定位基站具有无线中继通信功能，任意一个定位基站能与邻近的定位基站执行紧急通信；
所述定位考勤子系统中的安全预警用于基于BIM模型子系统中的施工进度信息，对隧道内的用户进行预警。
进一步，其中定位考勤子系统中的安全预警模块获得根据BIM模型子系统中的施工进度信息，对施工场所范围的用户进行预警，禁止非授权用户进入施工现场。
进一步，对施工现场范围的用户进行预警，禁止非授权用户进入施工现场，具体是通过定位基站设置地址围栏，当非授权用户靠近地址围栏边界时，通过用户设备佩戴的用户终端设备，进行用户终端设备的自我警告提示；当非授权用户靠近地址围栏边界且接近危险设备时，启动安全预警模块通知系统管理员执行人工警告。
进一步，所述定位基站具有备份电源，所述电源可为自储电池，在通信能够中断时，启动备份电源并执行无线中继传输，以便在危险发生时保障定位基站能与用户终端设备进行通信并将信息传送给BIM模型子系统。
进一步，所述定位基站采用Anti-Collision Algorithm防碰撞算法进行定位。
进一步，其中BIM模型子系统是借助于三维GIS平台进行施工模拟仿真，在危险施工之前，BIM模型子系统通过定位考勤子系统中的安全预警模块，对涉及的用户进行划分，依据不同的危险级别，设置不同的警报模式。
进一步，其中BIM模型子系统，基于三维GIS平台进行施工仿真模拟，设置不同施工场景的危险程度，定位考勤子系统根据该危险级别，通知不同的用户。
进一步，BIM模型子系统，还具备依据仿真模拟，配置不同的疏散策略，当危险真正发时，通过定位考勤子系统，向不同的用户发送信息，以便用户疏散策略。
进一步，所述用户的终端设备具有显示屏幕，以便在危险发生时显示疏散策略中的线路信息。
基于本发明的提供基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，能够实现在BIM管理平台的地下施工现场的人员管理机制和应急逃生救援相结合，通过定位技术等信息化的手段提高管理效率，并且保证人员安全。
附图说明
图1为：系统结构框架图；
图2为：系统结构硬件实现图；
图3为：分层结构的系统整体架构图
具体实施方式
实施例1
目前地下的工程施工队，相当多一部分是由流动性较大的农民工组成。人员流动性大，而且施工人员的薪酬发放一般是参考工作天数，甚至是按小时计算的钟点工。各个施工队或班组以往都是靠不精确的人工计时(如发牌登记等方法)统计施工人员的工作时长。不但给考勤计酬等管理工作增加了许多人力成本和工作量，而且也出现了许多管理漏洞。对于人员的管理难度比较大，当发生安全事故或在危险安装时，基于流动性比较大，人员的熟练程度以及安全意识都不够强。因此，本申请结合BIM模型子系统与RFID技术对地下空间的人员进行综合管理，以保障地下施工队的安全。
上述BIM模型子系统，建立装配式混凝土等结构的BIM模型，BIM模型包括装配式混凝土结构的预制构件的图元；在数据库中建立每个预制构件的基本信息、具体信息及图纸，将每个预制构件的基本信息写入各自预制构件上的RFID芯片中；通过扫描RFID芯片获取每个预制构件的基本信息，将每个预制构件等的与基本信息对应的各建造阶段的进度信息更新入数据库中；将数据库中每个预制构件的基本信息、具体信息、图纸及对应的各建造阶段的进度信息更新入BIM模型中对应的预制构件的图元上，上述数据可以存储在公共的后台服务器中，也可以存储在BIM模型子系统特有的服务器中。BIM模型子系统中还登记有重点、危险设备信息与可操作人员的匹配信息，当非授权人员靠近时，启动系统管理员人工警告模式。
在地下隧道施工中的基于BIM模型子系统，将人员信息与设隧道使用中的设备信息，通过BIM模型子系统对使用中的设备及人员等施工参数，并进行可视化进度、质量监控分析；在扫描安装在隧道管片上的RFID或人员信息所持有的RFID卡之的信息后，所述BIM模型子系统调用该隧道设备等所对应的BIM模型，并绑定相应的设备基本信息，将设备施工过程中记录的各项数据源与BIM模型相关联，通过实时的数据同步操作，能够通过BIM模型系统实现对隧道施工进程进行参数化的仿真模拟。
所述BIM模型子系统通过RFID读写器和前端操作终端配合操作，与员工定位考勤子系统的，RFID数据进行匹配，前端操作终端或员工的RFID终端将信息以网络方式传输到后台服务器，BIM模型子系统对隧道施工现场的人员情况，对现场可能发生或将可能面临的危险如：修补、渗漏水等进行可视化描述，并配合拍摄的现场照片作为辅助，实时获取到施工人员的定位信息，员工定位考勤子系统将在地下空间作业时需要及时获取对地下施工人员、危险品或贵重设备等移动或者静止目标的位置信息，通过定位子系统传输给BIM模型子系统。很显然BIM模型子系统，具备数据的采集和推送，以及能够具有二维GIS平台或三维GIS平台，提供直观的可动态化的数据分析。
定位考勤子系统将通过目标位置信息的采集和分析，使地下外的管理或救援人员能够精确而全面地掌握地下人员的数量、位置和分布情况，同时借助于RFID读写设备与操作终端相结合，对于地下施工现场人员的考勤等信息进行关注。上述系统能够通过施工现场人员所携带的用户终端设备传输到操作平台的显示装置上，如大型屏幕上，以便实时关注，大型屏幕也能够显示BIM模型子系统中的施工进度数据，和重点施工领域内施工围栏中的人员信息进行更新显示，该施工围栏为电子围栏，也可称为地址围栏，所述电子围栏信息有BIM子系统中进行配置，相应的人员信息与地址围栏的数据根据施工的需要提前设置。所述的定位考勤子系统还包括一个安全预警模块，依据定位考勤子系统获得考勤数据信息等，在一定地址围栏中的确保非指定人员或疲惫人员进入信息，当非授权人员进入时，执行报警，防止安全事故的发生。现有施工情况中，多数的误操作都是有用施工疲劳造成的，因此根据定位考勤子系统，获得进入重点施工领域内的人的信息，防止疲劳人员进入施工现场或非特点施工人员进入现场，靠近会接触危险设备，以保证施工的安全。同时基于人员地址围栏能够防止员工在施工作业面中有序施工，避免不同施工作业面人员相互交叉。当非授权用户靠近地址围栏边界时，通过用户设备佩戴的用户终端设备，进行用户设备的自我警告提示；当非授权用户靠近地址围栏边界且接近危险设备时，启动安全预警模块通知系统管理员执行人工警告。
同时借助于地址围栏和BIM模型对施工现场的模拟化操作，当进行施工时，通过定位考勤子系统，实时更新在附近施工人员的信息，同时根据BIM模型模拟施工存在的风险可能，根据不同的风险等级，扩大可通知的范围，对不同的危险，执行不同范围的提醒，当BIM模型子系统预判存在可能发生的危险状况时，对相应区域内的人员进行提前预警，并触发报警信号。由此，如果发生了突发事故需要及时疏散地下人员时，能够以在最短的时间内(一般只需几秒钟)进行疏散或特定广播，同时可以根据定位考勤子系统，将预先制定的逃生路线并通过移动端通知地下内的人员快速疏散。与此同时RFID考勤定位子系统也能够指挥救援人员这个时候就能根据人员定位的信息，了解人员撤离情况，并根据各区域受困人员的分布情况采取相应预案的救援方案实施救援。所述RFID定位考勤子系统通过地下的还可以通过自储电的定位基站，执行中继传输，以便防止在危险发生时，无法直接通过常备的连接线路与指挥员进行联系。所述定位考勤子系统中的定位基站能够通过采用Anti-Collision Algorithm防碰撞算法，优化了人员识别卡同一时刻的识别数量，避免了多人员同时定位感应时的识别漏算，保证了系统的可靠性，同时定位基站的信号覆盖范围的执行智能调节机制，使相邻的定位基站信号覆盖范围尽量不要有交叉重叠，又要求信号盲区的范围不能太大，保证信号感应的稳定。如图2所示，其中的识别器可具体包括在RFID定位基站中，该RFID定位基站能够接收标识卡发出的无线人员编码信号，能就地滚动显示所监测到的标识卡卡号，动态存储24小时内监测到的所有标识卡卡号，具备“黑匣子”功能，也可具有声光报警功能。地下施工员工用户终端，承载唯一的人员编码信息，当被无线信号激活后，将编码数据发送给动态目标识别器，该用户终端具体可为人员标识卡，该标识卡可以简略以有帽卡、胸卡、腰卡等方式，在危险施工领域中用户终端设备具备显示屏幕，提示应急疏散路线信息。很显然，用户的终端设备可以为移动智能终端，不仅具有传统的手机终端具备的GPS,GPRS,WIFI,BlueTooth等无线通信功能外，还具有物联网领域的RFID模块功能，还具有通过USB，串口等扩展方式与带有智能通信接口的设备直接通信的能力。
本发明的基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，如图3所示也可以层的结构将功能进行划分，在对地下进口工区、地下出口工区的施工现场进行全面的安全管理，包括二三维GIS平台和综合数据服务库，大型显示系统，安全监测监控，人员定位集成，及施工进度可视化等，基于BIM技术的可视化综合集成平台，为子系统接入与集成，联动提供可视化环境；各层之间的的各个子系统可以依据需要进行划分和组合，以实现系统集成；用户终端在应用层处，可以与操作人员在监控平台处的相匹配，实现预警等信息的接收，实现地下安全管理信息的移动互联，该信息的发布可以以移动终端发布系统的形式实现。各个系统中的数据能够以集中服务器的方式实现数据共享，并对数据进行综合分析和融合，实现联动报警。本发明提出的管理系统也可以采用GIS地理信息系统+BIM技术，结合RFID技术以实现基于隧道工程图的施工人员定位管理，达到可视化的位置化服务与应用；并利用轻量化BIM技术，使可视化平台在移动端可以流畅运行。通过借助于GIS地理信息系统,DOM文档对象模型和DEM数字高程模型实现对地面地形的数字化模拟，CAD计算机辅助设计等系统，实现施工的三维化，为用户提供良好的交互界面。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载用于解释权利要求的内容。
Claims (3)
1.一种基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，其特征在于，所述基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统包括，建筑信息模型BIM模型子系统和定位考勤子系统；BIM模型子系统与定位考勤子系统通过有线或无线网络进行连接；
所述BIM模型子系统，用于借助于RFID射频识别技术对施工的设备信息进行登记，并对施工的场景进行仿真模拟，实时更新获得施工进度信息；BIM模型子系统中保存危险设备与用户的匹配信息；所述BIM模型子系统，还用于对隧道施工现场的人员情况和现场可能发生或将可能面临的危险进行可视化描述，并将拍摄的现场照片作为辅助，实时获取到施工人员的定位信息；定位考勤子系统还用于将在地下空间作业时，需要及时获取的地下施工人员、危险品或贵重设备的位置信息，通过定位子系统传输给BIM模型子系统；
BIM模型子系统还具有二维GIS平台或三维GIS平台，用于提供直观的可动态化的数据分析；
所述定位考勤子系统，包括多个定位基站和安全预警模块，所述多个定位基站用于定位隧道中用户的位置信息，安全预警模块与定位基站获得位置信息和用户的数据信息；所述多个定位基站具有无线中继通信功能，任意一个定位基站能与邻近的定位基站执行紧急通信；危险发生时，将具有自储备电源的定位基站设置为中继传输基站，在通信能够中断时，启动备份电源并执行无线中继传输，所述定位基站的信号覆盖之间采用智能调节，定位基站的覆盖范围不交叉重叠，保证信号感应的稳定，以便在危险发生时保障定位基站能与用户终端设备进行通信并将信息传送给BIM模型子系统；所述定位基站能够接收标识卡发出的无线人员编码信号，能就地滚动显示所监测到的标识卡卡号，动态存储24小时内监测到的所有标识卡卡号；
通过定位考勤子系统，实时更新在附近施工人员的信息；同时根据 BIM模型模拟施工存在的风险可能，根据不同的风险等级，扩大可通知的范围，对不同的危险，执行不同范围的提醒，当BIM模型子系统预判存在可能发生的危险状况时，对相应区域内的人员进行提前预警，并触发报警信号；根据定位考勤子系统，将预先制定的逃生路线并通过用户终端设备通知地下区域内的人员快速疏散；
考勤定位子系统，还用于根据人员定位的信息，获取人员撤离情况，并根据各区域受困人员的分布情况采取相应预案的救援方案并实施救援；
其中定位考勤子系统中的安全预警模块获得根据BIM模型子系统中的施工进度信息，对施工场所范围的用户进行预警，通过定位基站设置电子围栏，当非授权用户靠近电子围栏边界时，通过用户佩戴的用户终端设备，进行用户终端设备的自我警告提示；当非授权用户靠近电子围栏边界且接近危险设备时，启动安全预警模块通知系统管理员执行人工警告；
其中，所述定位基站采用Anti-Collision Algorithm防碰撞算法进行定位。
2.如权利要求1所述的基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，其特征在于：其中BIM模型子系统是借助于三维GIS平台进行施工模拟仿真，在危险施工之前，BIM模型子系统通过定位考勤子系统中的安全预警模块，对涉及的用户进行划分，依据不同的危险级别，设置不同的警报模式。
3.如权利要求2所述的基于RFID和BIM技术的地下空间智慧施工人员管理系统，其特征在于：其中BIM模型子系统，基于三维GIS平台进行施工仿真模拟，设置不同施工场景的危险程度，定位考勤子系统根据该危险级别，通知不同的用户。
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