CN111145479A - 基于bim定位技术的施工危险环境实时预警平台与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警平台和方法，包括信息收集模块、输入模块、运算模块和输出模块，其中：信息收集模块用于实时收集施工现场的相关项目数据信息；输入模块与信息收集模块通信连接，用于读取目标定位数据信息，并对目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；运算模块与输入模块通信连接，基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；输出模块与运算模块通信连接，用于在判定工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工技术领域，特别是涉及一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警平台及方法。
背景技术
近年来，随着国民经济的飞速发展，促进了我国基础设施的快速发展，各式各样的建筑应运而生。
建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)作为一种新兴的建筑设计方法，BIM被誉为继CAD之后的第二次设计革命。与传统的二维图纸不同，BIM可以说是三维、四维(空间+时间)甚至更多维度的设计。BIM在建筑施工中的关键应用在于现场情况与管理用户的实时连接，通过信息的快速传递，最大程度地消除安全隐患。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警平台及方法，其能够减少甚至杜绝因工作人员擅自进入不安全区域而引发的施工安全事故。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警平台，包括：信息收集模块，该信息收集模块用于实时收集施工现场的相关项目数据信息，其中，相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；输入模块，其与信息收集模块通信连接，输入模块用于读取目标定位数据信息，并对目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；运算模块，其与输入模块通信连接，运算模块基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及输出模块，其与运算模块通信连接，输出模块用于在判定工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
在本发明的一实施方式中，所述的实时识别预警平台是利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位的，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台。
在本发明的一实施方式中，基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊或吊车、电线或电缆和重要岗位。
在本发明的一实施方式中，运算模块的基本工作流程为：提取不安全环境因素的定位数据；判断不安全环境因素的属性；界定不安全区域类型；提取工作人员的定位数据；判断工作人员是否处于不安全区域；以及如果判断工作人员处于不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式。
在本发明的一实施方式中，在输出模块中，根据工作人员的属性判断工作人员在不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。
本发明还提供了一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警方法，包括如下步骤：基于工程项目实际勘察与调研，确定施工现场能够造成施工事故的不安全环境因素，并对施工环境的不安全区域进行划分；实时收集施工现场的相关项目数据信息，建立实时识别预警平台BIM模型，其中，相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；读取目标定位数据信息，并对目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及如果判定工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
在本发明的一实施方式中，实时识别预警方法利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台。
在本发明的一实施方式中，基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊或吊车、电线或电缆和重要岗位。
在本发明的一实施方式中，基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定的具体流程为：提取不安全环境因素的定位数据；判断不安全环境因素的属性；界定不安全区域类型；提取工作人员的定位数据；判断工作人员是否处于不安全区域；以及如果判断工作人员处于不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式。
在本发明的一实施方式中，实时识别预警方法还包括：根据工作人员的属性判断工作人员在不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明基于工程项目实际勘察与调研，在施工现场的典型事故中提炼和总结了施工现场可能引发和造成施工事故的不安全环境因素，提出了适于施工不安全区域定义的六种，即高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位。通过将施工现场的不安全区域进行识别，结合现场工作人员的具体位置，从而减少甚至杜绝了因工作人员擅自进入不安全区域而引发的施工安全事故的问题，在结构施工阶段确保了工作人员不安全行为以及危险区域的实时预警报警。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警平台的结构框图；
图2是根据本发明一实施方式的定位技术和BIM技术的集成机理示意图；
图3是根据本发明一实施方式的运算模块的工作流程图；
图4是根据本发明一实施方式的实时识别预警方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明优选实施方式的基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警平台100，包括：信息收集模块101、输入模块102、运算模块103以及输出模块104。其中，信息收集模块101用于实时收集施工现场的相关项目数据信息，其中，相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则，目标定位数据信息包括工作人员数据信息和机械设备数据信息。输入模块102与信息收集模块101通信连接，输入模块102用于读取目标定位数据信息，并对目标定位数据信息进行初步处理，以进行施工方案模拟，获得工作人员属性信息、安全装配佩戴信息、施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置。运算模块103与输入模块102通信连接，运算模块102基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定及危险区域识别及监测。输出模块104与运算模块103通信连接，输出模块104用于在判定工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
在本发明的一实施方式中，运算模块102还用于人员操作培训及安全装配佩戴监测，以使得输出模块104能够进行输出人员操作培训方案并输出人员安全装备佩戴是否正常的监测结果，并能够输出危险区域是否存在闲杂人员及机械设备的监测结果。
在本发明的一实施方式中，基于工程项目实际勘察与调研，在施工现场的典型事故中提炼和总结了施工现场可能引发和造成施工事故的不安全环境因素，基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位。根据界定条件和界定规则确定了施工现场的不安全区域界定规则，如表1所示，从而将施工现场的不安全区域进行识别，结合现场工作人员的具体位置，进而实现减少甚至杜绝因工作人员擅自进入不安全区域而引发的施工安全事故的目的。其中，不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊/吊车、电线/电缆和重要岗位。
表1不安全区域界定规则
在本发明的一实施方式中，实时识别预警平台是利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位的，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台。
定位技术中，GPS定位技术和UWB定位技术分别有他们各自的不同点——GPS定位技术只能在视野开阔没有遮挡物的环境下进行工作，而UWB定位技术的较强的穿透能力则正好弥补了这一漏洞，在室内场所甚至地下环境都可以进行稳定的定位工作；同时，UWB定位技术的传输距离不如GPS定位技术，在开阔的室外施工环境却不能完全替代GPS定位技术，因此两者缺一不可，本发明综合GPS技术和UWB技术进行定位。
本发明提供了基于定位技术和BIM技术的集成机理。定位技术和BIM技术的集成机理可以按照工作流的划分分为四个部分：建模→定位→计算→输出，如图2所示。通过导入建筑模型、导入场地模型、导入设备模型生成系统模型，通过读取位置数据信息、对位置数据转换获得人员设备位置显示，根据导入的安全行为规则来识别不安全源，并根据上述不安全区域界定规则来界定不安全区域，计算不安全状态从而输出报警信号。
在本发明的一实施方式中，运算模块的基本工作流程为：提取不安全环境因素的定位数据；判断不安全环境因素的属性；界定不安全区域类型；提取工作人员的定位数据；判断工作人员是否处于不安全区域；以及如果判断工作人员处于不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式，其工作机制如图3所示。通过在机械设备上设置定位标签，能够对机械设备进行定位。
在本发明的一实施方式中，在输出模块中，根据工作人员的属性判断工作人员在不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。
本发明还提供了一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警方法，包括如下步骤：步骤401：基于工程项目实际勘察与调研，确定施工现场能够造成施工事故的不安全环境因素，并对施工环境的不安全区域进行划分；步骤402：实时收集施工现场的相关项目数据信息，建立实时识别预警平台BIM模型，其中，相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；步骤403：读取目标定位数据信息，并对目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；步骤404：基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及步骤405：如果判定工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
在本发明的一实施方式中，实时识别预警方法利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台。
在本发明的一实施方式中，基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊/吊车、电线/电缆和重要岗位。
在本发明的一实施方式中，基于工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于安全计算规则的计算以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定的具体流程为：提取不安全环境因素的定位数据；判断不安全环境因素的属性；界定不安全区域类型；提取工作人员的定位数据；判断工作人员是否处于不安全区域；以及如果判断工作人员处于不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式。
在本发明的一实施方式中，实时识别预警方法还包括：根据工作人员的属性判断工作人员在不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了达到说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种基于BIM定位技术的危险环境实时识别预警平台，其特征在于，所述实时识别预警平台包括信息收集模块、输入模块、运算模块和输出模块，其中：
所述的信息收集模块用于实时收集施工现场的相关项目数据信息，其中，所述相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；
所述的输入模块与所述信息收集模块通信连接，所述输入模块用于读取所述目标定位数据信息，并对所述目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；
所述的运算模块与所述输入模块通信连接，所述运算模块基于所述工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于所述安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及
所述的输出模块与所述运算模块通信连接，所述输出模块用于在判定所述工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
2.如权利要求1所述的实时识别预警平台，其特征在于，所述实时识别预警平台是利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位的，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台。
3.如权利要求1所述的实时识别预警平台，其特征在于，基于所述不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将所述不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，所述不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊或吊车、电线或电缆和重要岗位。
4.如权利要求3所述的实时识别预警平台，其特征在于，所述运算模块的基本工作流程为：
提取所述不安全环境因素的定位数据；
判断所述不安全环境因素的属性；
界定不安全区域类型；
提取工作人员的定位数据；
判断所述工作人员是否处于所述不安全区域；以及
如果判断所述工作人员处于所述不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式。
5.如权利要求3所述的实时识别预警平台，其特征在于，在所述输出模块中，根据所述工作人员的属性判断所述工作人员在所述不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断所述不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。
6.一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警方法，其特征在于，所述实时识别预警方法包括如下步骤：
基于工程项目实际勘察与调研，确定施工现场能够造成施工事故的不安全环境因素，并对施工环境的不安全区域进行划分；
实时收集施工现场的相关项目数据信息，建立实时识别预警平台BIM模型，其中，所述相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；
读取所述目标定位数据信息，并对所述目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；
基于所述工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于所述安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及
如果判定所述工作人员处于不安全区域时，输出预警信号。
7.如权利要求6所述的实时识别预警方法，其特征在于，所述实时识别预警方法利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台。
8.如权利要求6所述的实时识别预警方法，其特征在于，基于所述不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将所述不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，所述不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊或吊车、电线或电缆和重要岗位。
9.如权利要求8所述的实时识别预警方法，其特征在于，所述基于所述工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于所述安全计算规则的计算以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定的具体流程为：
提取所述不安全环境因素的定位数据；
判断所述不安全环境因素的属性；
界定不安全区域类型；
提取工作人员的定位数据；
判断所述工作人员是否处于所述不安全区域；以及
如果判断所述工作人员处于所述不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式。
10.如权利要求8所述的实时识别预警方法，其特征在于，所述实时识别预警方法还包括：根据所述工作人员的属性判断所述工作人员在所述不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断所述不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。
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