CN110864661B - 一种基于bim脚手架的安全监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脚手架安全监测技术领域，目的是提供一种基于BIM脚手架的安全监测方法和系统，系统包括BIM模型、采集模块和支架监测模块，根据现场脚手架制作BIM模型，根据所述BIM模型得出脚手架中的监测点位，在现场脚手架上的所述监测点位上设置传感器，根据模型计算出脚手架中的最不利位置，将传感器安装在脚手架上面，现场布置传感器连接到采集模块上，支架监测平台接收到传感器采集的数据，进行数据分析，将预警情况结合BIM模型在平台中实时展示出来。
Description
技术领域
本发明涉及脚手架安全监测领域，具体涉及一种基于BIM脚手架的安全监测方法和系统。
背景技术
临时支撑结构是为建筑工程施工临时搭设的由立杆、水平杆、斜杆等构配件组成的支撑结构，其主要作用是承受上部结构传递下来的竖向荷载，保证高处施工作业的便利性和安全性。施工完成后需要拆除的支撑、设备、工具统称为临时结构物，工程上常见的支撑结构就是脚手架。
CN201820823583.1，一种基于BIM技术的施工风险自动监测系统，该发明公开了一种基于BIM技术的施工风险自动监测系统，包括风险点位监测系统；BIM信息处理计算机系统，BIM信息处理计算机系统通过无线网络与风险点位监测系统的各个传感器相连，用于将风险监测数据显示在BIM信息处理计算机系统中的BIM三维信息模型中，并对数据实时更新；施工风险预警计算机系统，施工风险预警计算机系统用于读取BIM信息处理计算机系统输出的风险监测数据并在有风险时发出信号。实现了数据高度整合，使监测预警更加精确、迅速、直观可视，降低了工程风险方面的施工成本，但无法针对特定的脚手架的受力部件进行监测，难以保证施工方案实施过程中的安全性、稳定性满足现场施工需求。
因此需要一种脚手架安全监测的系统的方法，可以基于BIM技术建立脚手架模型，根据脚手架临时支撑力学行为分析，确保脚手架架设的施工安全性及稳定性，确定施工监测测点，对施工过程中的主要受力部位进行应力监测及位移监测。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于BIM脚手架的安全监测方法和系统，根据脚手架临时支撑力学行为分析，根据有限元计算结果，布设测试元件，将监测结果与有限元分析进行对比，验证施工方案的安全性；
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于BIM脚手架的安全监测方法和系统，包括BIM模型、采集模块和支架监测模块；根据现场脚手架制作BIM模型，根据所述BIM模型得出脚手架中的监测点位，在现场脚手架上的所述监测点位上设置传感器；
所述采集模块还设置有警报器，所述采集模块将所述传感器采集的数据输送给所述支架监测模块，其中，所述采集模块上预存有警戒值，当所述传感器采集的数据达到所述警戒值时，所述采集模块向所述警报器发送启动信号；
所述支架监测模块，所述支架监测模块将所述传感器采集的数据处理后输送到所述BIM模型上，所述BIM模型上显示出预警点位，当所述传感器采集的数据未达到所述警戒值时，所述支架监测模块向所述警报器发送停止信号。
通过采用上述技术方案，根据现场情况制作BIM模型，根据模型计算出脚手架中的最不利位置，将传感器安装在脚手架上面，现场布置传感器连接到采集模块上，支架监测平台接收到传感器采集的数据，进行数据分析，将预警情况结合BIM模型在平台中实时展示出来。
优选的，所述传感器包括有应变式传感器和位移传感器。
通过采用上述技术方案，使用应变式传感器采集脚手架应变信息，通过脚手架的弹性模量可以计算出结构体的应力，使用位移传感器采集脚手架的位移信息。
优选的，所述脚手架上设置有立柱和横杆，所述横杆与水平面平行设置，所述立柱与所述横杆之间垂直连接，所述应变式传感器位于所述立柱的底部和底层的斜撑部位，所述位移传感器设置在所述横杆垮中位移最大处。
通过采用上述技术方案，可以提高传感器采集脚手架信息的精确度。
优选的，还包括无线模块与局域网，所述采集模块通过所述无线模块与所述局域网连接，所述局域网将所述传感器采集的数据输送给若干个平台上的支架监测模块。
通过采用上述技术方案，传感器通过无线网络把数据上传到平台里，平台将自动记录传感器的数据，并且分析出当前的数据预警情况。在不同用户登录平台中都可以查看传感器的数据，并且能够导出保存到本地用于实验结果分析。
优选的，还包括摄像装置和存储器，现场脚手架上设置有摄像装置，所述摄像装置与所述局域网与所述支架监测模块上的存储器连接。
通过采用上述技术方案，现场安装摄像头，记录脚手架的使用情况，对实验过程进行全程录像，便于实验结果的分析。摄像头连接存储设备，连入局域网。在监控室里面登录支架监测平台就可以查看监控视频。
一种基于BIM脚手架的安全监测的方法，基于权利要求1至5中任意一项所述的一种基于BIM脚手架的安全监测的系统，该方法包括
S1:根据现场脚手架架设，输入脚手架各项参数建立BIM模型，根据有限元的计算得出脚手架上的监测点位；
S2:在现场脚手架上的所述监测点位上设置传感器，根据有限元的计算设置警戒值，当所述传感器采集的数据达到所述警戒值，系统进行预警；
S3:系统并将采集的数据发送给指定的用户平台，所述平台上的BIM模型显示预警所在的脚手架位置。
通过采用上述技术方案，支架监测平台是方便数据管理，经数据处理分析而设计，实验负责人安装支架传感器并关联BIM模型，然后在经过有限元计算分析出各个测点的最大承受值输入到平台中。监测过程中可在平台上查看现场的支架稳定情况，如果有超出预警的范围时进行报警，向预警推送人发送警告短消息。在预警推送过后在平台中查看详细信息，分为不同类型的传感器进行管理，能够直观的在模型中展示，项目负责人可以快速、简单的查看当前传感器的数据和现场的支架支撑情况。
优选的，现场脚手架上还设置有支座，所述传感器通过所述支座与现场脚手架连接。
通过采用上述技术方案，通过所述支座固定所述传感器。
优选的，所述传感器还包括有姿态传感器、风向风速传感器和温度湿度传感器。
通过采用上述技术方案，全面采集脚手架上的位置信息、温度湿度信息和风速风向信息。
本发明的有益效果为在预警推送过后在平台中查看详细信息，分为不同类型的传感器进行管理，能够直观的在模型中展示，操作人员可以快速、简单的查看当前传感器的数据和现场的支架支撑情况，管理方便，数据实时更新，有利于项目负责人更好的进行数据分析。
附图说明
图1为一种基于BIM脚手架的安全监测系统的结构图；
图2为本发明的一个实施例中的现场脚手架上的传感器位置图。
附图说明：1、应变式传感器；2、位移传感器。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
请参照图1，包括BIM模型、采集模块和支架监测模块；根据现场脚手架制作BIM模型，根据所述BIM模型得出脚手架中的监测点位，在现场脚手架上的所述监测点位上设置传感器；
所述采集模块还设置有警报器，所述采集模块将所述传感器采集的数据输送给所述支架监测模块，其中，所述采集模块上预存有警戒值，当所述传感器采集的数据达到所述警戒值时，所述采集模块向所述警报器发送启动信号；
所述支架监测模块，所述支架监测模块将所述传感器采集的数据处理后输送到所述BIM模型上，所述BIM模型上显示出预警点位，当所述传感器采集的数据未达到所述警戒值时，所述支架监测模块向所述警报器发送停止信号。
值得说明的是，还包括无线模块与局域网，所述采集模块通过所述无线模块与所述局域网连接，所述局域网将所述传感器采集的数据输送给若干个平台上的支架监测模块，所述支架监测模块在本实施例中为支架监测，其中传感器，采集模块，无线模块均需要现场调试安装。项目总工组织项目部技术、生产人员熟悉现场施工环境，掌握仪器安装使用的内容、要求和特点，针对传感器信号，现场信息做好记录，将现场的问题与设计、建设、监理共同协商解决，取得一致意见后有专业技术人员进行安装。
值得说明的是，传感器采用振弦理论设计制造，钢弦两端采用焊接锚固，钢弦内置张力结构，安装方便，且对安装座无剪力要求，固定更可靠，不锈钢全密封结构，结构性能良好，防水耐用。具有高灵敏度、高精度、高稳定性的优点，适于长期观测。弦式传感器内置高性能激振器，采用脉冲激振方式，具有测试速度快、钢弦振动稳定可靠、频率信号长距离传输不失真，抗干扰能力强等特点。内置温度传感器可直接测量测点温度，测试人员可对应变值进行温度修正。内置智能芯片，全数字监测，具有智能记忆功能。传感器中能存贮传感器型号、电子编号、标定系数、出产日期等参数。配接自动综合采集系统可实现无人自动测量。
值得说明的是，使用应变计的测试可以了解结构体应变(即变形)情况，通过结构体的弹性模量可以计算出结构体的应力。通常方式为应变计安装完成、结构体稳定后读取应变计的初值，随后当结构体被施力或其他情况影响，再读取应变计的测量值。此时差值＝(测量值–初值)即为结构体的应变情况，该差值包括了所有影响结构体变形的因素，例如某结构体受力前后测得应变计的差值，则需剔除差值中温度、结构体化学变化等对结构体变形的影响，剔除后应变值才能计算结构体的应力。智能数码型应变计可自动计算出差值，即显示“测值”(指钢弦的应变)和“差值”(指此时应变值与储存的零点值差)，也就是与零点应变(即初始应变)相比较的变化增量。测试钢弦的频率可直接连接红线与黄线，此时仪表自动显示钢弦的频率(分辨率为0.1Hz),应变与频率的计算公式为A＝k1×k2×f×f(A为应变值，单位为με，f为振弦频率，k1＝0.00095106，k2＝3.7545)；温度修正，当结构体的线膨胀系数与应变计中钢弦不一致时，温度变化也可引起应变变化，测试中需消除其影响。计算公式如下，结构体真实应变变化量ε＝(ε1－ε0)+(T1－T0)(F钢弦－F结构体)，ε1为当前仪器测量应变值，单位为με；ε0为初始应变值；T1为当前传感器测试温度；T0为初始温度；F钢弦选用12.2，因为钢弦的线膨胀系数为12.2με/℃；F结构体选用10，因为一般情况下钢筋混凝土的线膨胀系数10με/℃。
值得说明的是，本实施例中的应变式传感器首先安装支座,安装支座可采用焊接或者胶粘的方法,我们这里采用AB胶粘接的方法固定,将AB胶混合在一起搅拌均匀后,把铁制支座和脚手架粘连在一起，固定传感器,等待支座粘接牢固之后,松动支座上的螺丝,将传感器放置在支座里,调整好位置,拧紧支座螺丝，安装保护罩,将保护罩扣在传感器上,用胶带固定好保护罩边缘,将所有布点的传感器线整理好,连接在采集模块上；位移传感器的安装，首先牵引钢丝绳,用卷尺测量安装传感器的距离及高度,将钢丝绳缠绕在脚手架需要固定传感器的位置,留出足够的长度用来固定传感器，固定传感器,将传感器与钢丝绳的套索连接,拉长至一定长度,固定好传感器的两端,将传感器数据线顺着脚手架固定,连接在采集模块上，将声光报警器,风速仪,风向仪,温度湿度传感器分别固定在脚手架的端部,将数据线沿着脚手架,连接在采集模块上。
请参考图2，根据有限元分析结果，在最不利危险点位置进行监测测点布置，临时支撑应变式传感器1的安装共八个测点，分别位于立柱底部以及底层斜撑部位，四个位移传感器2位于横杆跨中位移最大处，当需要采集检测数据的时候，实验人员需要在系统中定义好传感器的编号及其他信息，并且绑定模型中放置传感器的位置，这里就可以把系统中的传感器汇总。实验人员可以通过类别，编号方便地找到对应的传感器，传感器通过无线网络把数据上传到平台里，平台将自动记录传感器的数据，并且分析出当前的数据预警情况。在不同用户登录平台中都可以查看传感器的数据，并且能够导出保存到本地用于实验结果分析。通过模型和折线图的方式展示当前实验的数据，更加直观。
值得说明的是，从传感器到局域网中采用无线传输的方式，采用两个LORA无线传输设备，一个在传感器端安装发送数据，另一个在局域网这里接收数据，所述应变式传感器的型号选用JMZX-212HAT表面智能数码弦式应变式传感器，局域网端选用型号为E90-DTU-(400SL30-ETH)，支持自适应网络速率；传感器端选用E90-DTU(230N27),电台工作在230MHz，通讯距离可达5km。
实施例2：
一种基于BIM脚手架的安全监测的方法，基于权利要求1至5中任意一项所述的一种基于BIM脚手架的安全监测的系统，该方法包括
S1:根据现场脚手架架设，输入脚手架各项参数建立BIM模型，根据有限元的计算得出脚手架上的监测点位；
S2:在现场脚手架上的所述监测点位上设置传感器，根据有限元的计算设置警戒值，当所述传感器采集的数据达到所述警戒值，系统进行预警；
S3:系统并将采集的数据发送给指定的用户平台，所述平台上的BIM模型显示预警所在的脚手架位置。
值得说明的是，BIM技术用于临时支撑杆件库模型的建立；设计杆件的相关参数如编码、厂家、力学属性、材料、库存、价格等；设计预制构件的关键参数如出厂时间、尺寸、材料、力学属性、编码等；根绝脚手架临时支撑力学行为分析，确保脚手架架设的施工安全性及稳定性，确定施工监测测点；根据有限元计算结果，布设测试元件，对施工过程中的主要受力部位进行应力监测及位移监测，将监测结果与有限元分析进行对比，验证施工方案的安全性；基于BIM模型，开发临时支撑安全监控系统，对无线传感系统与监控系统平台对接进行研究，对施工中支架的应力及位移进行实时的掌控，遇到问题可以及时发现并解决，确保施工过程的安全性。
值得说明的是，支架监测平台是方便数据管理，经行数据处理分析而设计，实验负责人安装支架传感器并关联BIM模型，然后在经过有限元计算分析出各个测点的最大承受值输入到平台中。监测过程中可在平台上查看现场的支架稳定情况，如果有超出预警的范围时进行报警，向预警推送人发送警告短消息。在预警推送过后在平台中查看详细信息，分为不同类型的传感器进行管理，能够直观的在模型中展示，项目负责人可以快速、简单的查看当前传感器的数据和现场的支架支撑情况。管理方便，数据实时更新，有利于项目负责人更好的进行数据分析。
值得说明的是，基于BIM的临时支撑施工监控系统主要实现五个功能：临时支撑结构体系BIM模型可视化平台：建立临时支撑结构体系BIM模型，用3D模型代替传统的CAD图纸中的文字标注和线条等表现形式，模型中添加好构件的关键参数，设置相应的属性值，实现信息化管理。平台设计预留接口，方便后续实现施工监测与BIM模型对接。
值得说明的是，临时支撑结构施工过程实时监测：该功能将临时支撑结构体系BIM模型与施工监测数据相结合，既可以实时查看整体结构体系重点部位施工监测数据曲线，也可以查看某一部位数据监测数值。在施工阶段对临时支撑结构薄弱点进行监测，通过与BIM模型对接，形成可视化监测平台。
值得说明的是，施工监控与预警：根据有限元计算预设施工限值，当施工监测数据达到限值，系统进行施工预警，并将相关信息发送给指定用户，报告施工预警所在的杆件位置，结合构件的实际监测值与理论分析值对项目的实际施工状态进行把控，保障项目的顺利实施。
值得说明的是，传感器管理：当需要采集检测数据的时候，实验人员需要在系统中定义好传感器的编号及其他信息，并且绑定模型中放置传感器的位置，这里就可以把系统中的传感器汇总。实验人员可以通过类别，编号方便地找到对应的传感器。
值得说明的是，数据管理：确定了实验内容之后，并且在现场搭建好了传感器，传感器通过无线网络把数据上传到平台里，平台将自动记录传感器的数据，并且分析出当前的数据预警情况。在不同用户登录平台中都可以查看传感器的数据，并且能够导出保存到本地用于实验结果分析。
综上所述，本发明的实施原理为：支架监测平台是方便数据管理，经行数据处理分析而设计，实验负责人安装支架传感器并关联BIM模型，然后在经过有限元计算分析出各个测点的最大承受值输入到平台中。监测过程中可在平台上查看现场的支架稳定情况，如果有超出预警的范围时进行报警，向预警推送人发送警告短消息。在预警推送过后在平台中查看详细信息，分为不同类型的传感器进行管理，能够直观的在模型中展示，项目负责人可以快速、简单的查看当前传感器的数据和现场的支架支撑情况。管理方便，数据实时更新，有利于项目负责人更好的进行数据分析。
Claims (1)
1.一种基于BIM脚手架的安全监测的系统，其特征在于，包括BIM模型、采集模块和支架监测模块；根据现场脚手架制作BIM模型，根据所述BIM模型得出脚手架中的监测点位，在现场脚手架上的所述监测点位上设置传感器，其中，传感器采用振弦理论制造，钢弦两端采用焊接锚固，钢弦内置张力结构；
所述采集模块还连接有警报器，所述采集模块将所述传感器采集的数据输送给所述支架监测模块，其中，所述采集模块上预存有警戒值，当所述传感器采集的数据达到所述警戒值时，所述采集模块向所述警报器发送启动信号，所述警报器工作；
所述支架监测模块将所述传感器采集的数据处理后输送到所述BIM模型上，所述BIM模型上显示出预警点位，当所述传感器采集的数据未达到所述警戒值时，所述支架监测模块向所述采集模块发送停止信号，所述采集模块向所述警报器发送信号，所述警报器停止工作，所述传感器包括有应变式传感器和位移传感器，所述脚手架上设置有立柱和横杆，所述横杆与水平面平行设置，所述立柱与所述横杆之间垂直连接，所述应变式传感器位于所述立柱的底部和底层的斜撑部位，所述位移传感器设置在所述横杆垮中位移最大处，所述采集模块通过无线模块与局域网连接，所述局域网将所述传感器采集的数据输送给若干个平台上的支架监测模块，现场脚手架上设置有摄像装置，所述摄像装置通过所述局域网与所述支架监测模块上的存储器连接，应变式传感器首先安装支座,安装支座可采用焊接或者胶粘的方法 ,将胶搅拌均匀后,把铁制支座和脚手架粘连在一起，等待支座粘接牢固之后,松动支座上的螺丝,将传感器放置在支座里,调整好位置,拧紧支座螺丝，安装保护罩,将保护罩扣在传感器上,用胶带固定好保护罩边缘,将所有布点的传感器线整理好,连接在采集模块上；位移传感器的安装，首先牵引钢丝绳,用卷尺测量安装传感器的距离及高度,将钢丝绳缠绕在脚手架需要固定传感器的位置,留出足够的长度用来固定传感器，将传感器与钢丝绳的套索连接,拉长至一定长度,固定好传感器的两端,将传感器数据线顺着脚手架固定,连接在采集模块上。
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