CN112907389A - 一种地陆空天一体化智能工地系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地陆空天一体化智能工地系统及管理方法，其中地陆空天一体化智能工地系统包括：地下管理单元、陆面管理单元、空中管理单元以及天上管理单元；所述地下管理单元采用BIM模型构建，所述陆面管理单元采用智能手段分析，所述空中管理单元采用无人机巡检，所述天上管理单元利用北斗卫星导航；通过上述不同的管理单元对工地施工进行监控，以实现对工地上劳务人员管理模块、机械设备管理模块、物料管理模块、工艺工法模块、绿色施工模块、质量管理模块、安全管理模块以及进度管理模块地陆空天一体化的管理。本发明能够实现工地地下、陆面、空中、天上全方位一体化协同施工以及立体管理，多层次协同高效推进施工过程智慧化进行。

Description

一种地陆空天一体化智能工地系统及管理方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种地陆空天一体化智能工地系统及管理方法。

背景技术

建筑业作为我国基础建设领域中一个重要的产业分支，为我国的经济发展做出了重要贡献。但是在建筑过程中，传统建筑行业也存在一些施工流程不规范、施工安全问题频发、施工效率还需提高、施工成本偏高、环境污染严重等问题。

随着我国经济运行由高速增长转为高质量发展阶段，时代和科技的发展对建筑行业提出了新的建设施工要求，传统的工地施工管理模式表现手段单一、方法陈旧、预控风险能力不强等特征制约了新的发展。现实迫切需要由追求高速建设向高质量建设方向转变，同时注重工地管理水平、安全施工、绿色施工、提高效率、降低成本等方面。

为了满足安全、质量、效率施工管理要求，加上物联网技术的快速发展，促进传统建筑施工模式向智慧工地转型升级，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种地陆空天一体化智能工地系统，通过融合GIS、BIM、VR、AI算法识别以及网格化管理技术等智能技术，使工地上人员、机械、物料之间全面物联，达到地下、陆面、空中、天上全方位一体化协同施工，实现智能工地的数据共享、协同高效以及智能运行。

本发明提供的地陆空天一体化智能工地系统，包括：

地下管理单元、陆面管理单元、空中管理单元以及天上管理单元；

所述地下管理单元采用BIM模型构建，所述陆面管理单元采用智能手段分析，所述空中管理单元采用无人机巡检，所述天上管理单元利用北斗卫星导航；

通过上述不同的管理单元对工地施工进行监控，以实现对智能工地系统所包括的劳务人员管理模块、机械设备管理模块、物料管理模块、工艺工法模块、绿色施工模块、质量管理模块、安全管理模块以及进度管理模块进行地陆空天一体化的智能管理；

所述智能手段分析包括地面视频监控、AI算法影像分析、GIS、3D建模、倾斜摄影叠加、视频融合、地面基站人员定位、机器人巡检、人脸智能识别算法以及二维码信息技术。

进一步，所述劳务人员管理模块包括信息录入系统、门禁系统以及室内外人员定位系统，并通过人脸识别智能算法进行劳务人员的管理。

进一步，所述机械设备管理模块包括车辆管理系统及车辆识别系统，并通过二维码信息技术进行机械设备的管理。

进一步，所述物料管理模块包括智能地磅系统及车辆进出管理系统，能够通过自动生成的物料报表进行材料成本的管理。

进一步，所述绿色施工模块包括噪声监测系统及自动喷淋系统，能够通过工地监测修复机制进行环境保护的管理。

进一步，所述质量管理模块包括质量管理系统及混凝土测温系统，能够通过建筑混凝土温度监测进行质量反馈的管理。

进一步，所述安全管理模块包括施工安全管理系统，通过所述施工安全管理系统并结合AI算法影像分析实现对人员、机械、物料以及环境的实时监控。

进一步，所述进度管理模块通过所述BIM模型所包括的流水段进行数据关联，形成总、月、周三级计划体系联动监控体系，实现三级实际进度数据逐级反馈。

进一步，采用GIS对工地进行可视化管理，并结合3D倾斜摄影模型和视频融合技术对施工区域全景实时展示。

进一步，采用VR技术对劳务人员进行安全教育培训及高风险作业模拟训练。

本发明中的地陆空天一体化智能工地系统，通过融合GIS、BIM、3D倾斜摄影模型、人车定位和AI算法识别等技术手段，工地作业实现地下、陆面、空中、天上全方位一体化协同施工以及立体管理，多层次协同高效推进施工过程智慧化进行。

通过技术融合手段，围绕各个管理模块有机建立管理系统，从地陆空天多层次立体化全面智慧化管理，可实现全天候的管理监控、全流程的安全监管、全方位的智能分析，通过管理平台与企业监管部门、政府安监管理部门进行信息共享，既解决了跨地域管理过程中的沟通障碍、沟通效率低等，也节省了监管部门的时间成本，提升了监管效率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明中地陆空天一体化智能工地系统的结构示意图；

图2为本发明中地陆空天一体化智能工地系统的逻辑框架图。

具体实施方式

为清楚说明本发明的发明内容，下面结合实施例对本发明进行说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-图2所示，本发明中的地陆空天一体化智能工地系统，包括：

地下管理单元、陆面管理单元、空中管理单元以及天上管理单元；

所述地下管理单元采用BIM模型构建，所述陆面管理单元采用智能手段分析，所述空中管理单元采用无人机巡检，所述天上管理单元利用北斗卫星导航；

通过上述不同的管理单元对工地施工进行监控，以实现对工地上劳务人员管理模块、机械设备管理模块、物料管理模块、工艺工法模块、绿色施工模块、质量管理模块、安全管理模块以及进度管理模块地陆空天一体化的管理；

所述智能手段分析包括地面视频监控、AI算法影像分析、GIS、3D建模、倾斜摄影叠加、视频融合、地面基站人员定位、机器人巡检、人脸智能识别算法以及二维码信息技术。

本发明中的地陆空天一体化智能工地系统，通过融合GIS、BIM、VR、AI算法识别以及网格化管理技术等智能技术手段，围绕着不同的管理模块有机建立系统，从地陆空天多层次立体化全面智慧化管理。

具体地，地下管理单元采用BIM模型构建，在建筑三维信息模型基础上，让施工人员全面了解地下施工情况。BIM模型能够自动反应管道交叉碰撞情况和建筑结构的空间几何关系，可以清晰地做出表达地下施工状况，因管线布局不合理发生碰撞而导致返工，造成不必要的经济和能耗的损失等这些问题可以避免。

陆面管理单元采用AI算法影像分析，实现全方位视频监控，同时，融合GIS、3D建模、倾斜摄影叠加和视频融合技术，实现对建筑工程的精细化管理和施工现场进度、安全、质量的监控。另外，采用地面基站人员定位，机器人巡检和人脸识别，实时获取作业人员地位置信息，当人员遇到危险情况时，实时监控系统可以及时向施工人员发出警告，进行有效救援，对工地作业人员设置权限，保障智慧工地安全施工。

空中管理单元利用无人机巡检，可以对施工人员的行为进行有效监控。无人机可从不同高度、不同角度对现场进行航拍，把视频和图像资料实时回传给操作人员，通过软件的收录和分析，从而将整个施工现场的全貌展现在管理人员的面前，便于管理者及时开展现场管理，并根据施工情况及时调整工程策略，从而优化整个施工流程。

天上管理单元利用北斗卫星导航，可对工地上车辆机械定位管理，结合传感器和施工机械算法模型，精确计算工作部位的三维坐标值。通过对工地车辆机械动态追踪，可以直观的看到每辆工程车的工作状态，对未处于工作状态的车辆进行调度，可协调施工中车辆机械资源优化配置，提高工程车辆的利用率。

智能工地的工程项目以信息化手段作为切入点，建立起大数据监管平台，达到科学的管理要求，以及智能化的标准，从安全管控到信息交互，从智慧物联到人才升级，智慧建筑生态圈，为建筑行业提供全方位升级整体解决方案，包括了较为完善的智慧工地管理系统。

基于工地上包括的劳务人员管理模块、机械设备管理模块、物料管理模块、工艺工法模块、绿色施工模块、质量管理模块、安全管理模块以及进度管理模块，通过本发明中的智能工地能够实现工地上的人员、机械、物料之间的全面物联。通过涵盖地下、陆面、空中、天上立体管理，多层次信息交互、协同高效推进施工过程智慧化进行，实现数据共享、协同高效、智能运行的智慧工地。

其中，劳务人员管理模块中，智慧工地现场施工作业，通过信息录入系统，对劳务人员信息资料进行有效整合，实现劳务人员信息管理系统化；通过速通门禁系统，对劳务人员个人身份信息识别，认证确认后允许进入工地现场；通过室内外人员定位系统，对工地现场人员位置监控，及时发现人员位置进行安全管控；利用人脸识别智能算法，精确判定识别施工人员身份，识别后给与工地上作业权限。

机械设备管理模块中，机械设备管理方面，能够做到实时管控。在机械管理方面，可以根据施工进度计划模拟，合理安排机械的进出场时间。近年来，二维码信息技术已推广运用在工程项目管理中，将二维码广泛运用在现场施工管理中，能进一步提升工程项目标准化和信息管理水平。在机械设备进场时，管理人员可以通过二维码的信息了解进出设备的位置和使用情况，在机械设备退场时，管理人员通过二维码附加的信息及时找到机械设备，以防丢失和损坏。智慧工地中的车辆管理系统，可以直观的看到每辆工程车的工作状态，对未处于工作状态的车辆进行调度，派遣到工作量大、人手不足的施工区域，提高工程车辆的利用率。同时在施工现场各重要关卡架设车辆识别系统，对经过检测点的每一辆机动车，检测车辆速度，自动抓拍超速行驶的车辆，并记录车辆通过信息，通过对工地的车辆安全进行有效管控，保障工地生产安全。

物料管理模块中，通过安装智能地磅系统及车辆进出管理系统，自动识别车牌、登记并获取进出场的混凝土，钢筋、模板等运输量。实施上传数据，系统自动计算并生成物料报表，实施管控项目主材成本，进行材料成本的控制管理。

工艺工法模块中，通过施工技术交底，在智慧工地建设前期，由工地相关专业技术人员向参与施工的人员进行技术交待，通过技术交底，使施工人员对工程特点、技术质量要求、施工方法于措施和安全等方面有一个详细的了解，以便于科学地组织施工，避免技术质量等事故的发生。在智慧工地施工过程中，资料共享可以施工人员和技术人员加深对工程进度的掌握，明确在工程作业中业务需求的统一和推进，避免在工程建设中出现过多的意见分歧，资料共享保证了工程信息的透明度，提高施工效率，协同工作进度。

绿色施工模块中，绿色施工模块包括噪声监测系统及自动喷淋系统，能够通过工地监测修复机制进行环境保护的管理；在保证安全、质量等基本要求前提下，工地项目通过自动喷淋系统作为扬尘防治措施减少粉尘排放，通过噪声监测系统对噪声检测控制，并通过污水二次利用，现场排水设施等对工地用水科学管理，最大限度节约资源，减少环境破坏，开启绿色施工模式。

质量管理模块中，质量管理模块包括质量管理系统及混凝土测温系统，能够通过建筑混凝土温度监测进行质量反馈的管理。同时在智慧工地工程施工前，召开施工单位的技术负责人、质监员及有关各工程队组长质量会议，加强质量管理意识。严格制定试工方案，加强管理力度，对于重要部位或有特殊工艺要求的部位的施工过程中，监理方须全程监控。

安全管理模块中，通过施工安全管理系统通过安装在建筑工业现场的各类监控装置，构建智能监控和防范体系，结合AI算法影像分析，AI隐患识别、AI人员卡口识别、AI施工现场违章识别、AI车辆卡口识别，有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现对人员、机械、物料、环境等的全方位实时监控。

进度管理模块中，项目运用BIM平台，集成项目各专业模型、并以模型为载体集成项目进度、安全、技术、图纸等信息，为项目提供了可视化的实时管控平台。通过BIM模型流水段进行数据关联，形成总、月、周三级计划体系联动监控体系，实现三级实际进度数据逐级反馈，从而帮助项目自动获取一线生产真实数据，可及时预警项目进度风险，帮助项目领导把控项目进度。

本发明中采用先进的人工智能手段，实现地下、陆面、空中、天上全方位一体化协同施工管理，采用GIS对工地、厂区进行可视化管理，定位到某一工地通过结合3D倾斜摄影模型和视频融合技术对施工区域全景实时展示。

通过BIM对地下物可视化管理，通过机器人进入地下管道、隧道进行探测、巡检，影像拍摄，并部分替代人工进行地下高风险作业。通过全方位摄像头布控结合AI算法识别对地面施工过程实时监控、分析、报警，并采用网格化管理方式将不同区域进行风险等级差异化管理，并将隐患事件实时通知区域负责人。

采用VR技术对劳务人员进行安全教育培训及高风险作业模拟训练。采用地面基站定位对施工人员和机械进行跟踪管理。通过地面机器人自动巡检对重要路线关键区域进行隐患排查。

空中安排无人机巡检，从空中俯视角度对全工地进行巡检，通过集成的AI算法将识别出的隐患和违规事件实时推送到中台。

借助北斗卫星对车辆和人员进行定位跟踪，对路线和进出时间进行统计分析。

智慧工地是传统建筑施工行业转型升级的重要一步，运用GIS、BIM、VR、AI算法识别、网格化管理融合技术，采用先进的人工智能技术方法，实现地陆空天一体化协同施工，多层次协同高效推进智慧化施工过程，让施工安全有效，现场人员工作更加智能，监管方便快捷，项目参建更加协作，使得建筑业发展更智能现代化，推动国民经济高质量发展。

建筑施工现场的安全管理是保证工地顺利建设的重要问题，在施工现场加强安全管理、降低事故发生、避免违规操作和不文明施工监管、提高工程质量，是各施工单位和政府部门面临的一项重要课题，因此，智慧工地管理理念越来越受到关注。智慧工地融合人工智能、GIS、BIM、VR等高科技技术，通过植入到建筑、机械、人员穿戴设施、场地进出关口各类物体中，实现工地现场物物互联，采用先进的人工智能技术手段，实现地下、陆面、空中、天上全方位多层次一体化协同施工。

智慧工地借助于信息化手段，基于BIM技术对建筑工程进行精确设计和施工模拟，建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈，并将在虚拟现实环境下数据与采集到的工程信息进行对比分析，提供趋势预测及专家处理预案，实现工程施工可视化智能管理，以提高信息化水平，逐步实现建筑业的绿色建造和生态建造。

智慧工地将GIS、BIM、VR、物联网等技术植入到建筑、施工机械、人员穿戴设备、场地关口等各类物体中，实现普遍互联，并与互联网集成，从而实现建筑工程人的因素与施工现场的因素完美结合，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。智慧工地系统在项目中的应用，能够降低运营成本，节省人力投入，减少安全隐患，规范施工管理，有效缓解项目施工现场劳务、进度、安全、质量等方面的管理难题。

BIM技术(Building Information Modeling，建筑信息模型)建筑信息模型技术通过对建筑的数据化、信息化模型整合，应用于工程设计、建造、管理的数据化工具。在项目策划、运行和维护的生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为建筑设计团队和施工单位提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

物联网技术(IOT，Internet of Things)，即万物相互连接的互联网技术，通过各种信息传感器和芯片，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

云计算(Cloud computing)是分布式计算的一种，通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到的结果并返回给用户。云计算解决任务并发，并进行计算结果的合并，又称为网格计算。可以在很短的时间内完成数以万计的数据的处理，从而达到强大的网络服务。除此之外，智慧工地系统通过服务平台搭建，网络通讯技术，数字化施工系统协同配合，共同实现工地上智慧的施工作业。

智慧工地将GIS、BIM、VR、物联网等技术植入到建筑、施工机械、人员穿戴设备、场地关口等各类物体中，实现普遍互联，并与互联网集成，从而实现建筑工程人的因素与施工现场的因素完美结合，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。智慧工地系统在项目中的应用，能够降低运营成本，节省人力投入，减少安全隐患，规范施工管理，有效缓解项目施工现场劳务、进度、安全、质量等方面的管理难题。通过先进的技术融合手段，实现地下、陆面、空中、天上立体管理，多层次协同高效推进施工作业智慧化进行。

实施例2

本发明还提供了一种基于上述智能工地系统的智能工地管理方法，通过采用地陆空天一体化智能工地系统对工地进行智能化管理，包括以下步骤：

在智慧工地施工作业中，技术实现方法融合GIS、3D倾斜摄影模型、人车定位和AI算法识别等技术手段，实现地陆空天全方位一体化协同施工。地下、陆面、空中、天上立体管理，工地上人员、机械、物料之间全面物联。通过构建地陆空天一体化的工地智慧化作业运行体系，实现数据共享、协同高效、智能运行的智慧工地。

所述智慧工地通过建立智慧工地云服务平台，实现施工现场监管信息的统一存储于管理，形成统一的数据库，利用GIS、BIM、VR、AI算法识别、网格化管理技术统计产生的工程信息数据存储在对应的项目数据库中；

建立统一的基础数据管理，应用维护和数据交换子系统以实现智慧工地的统一数据交互及运营维护，通过前后端信息交互，协调维护智慧工地作业中的人员、物料、项目参数等个各种数据信息；

以智慧工地云服务平台为基础，利用物联网技术综合采集工地现场各类数据，通过建立各类监管业务子系统，并综合运用人工智能、神经网络等多种数据分析模型，实现对施工现场的日常行为监管，达到规范施工现场作业行为、检测工程质量及施工安全状况等效果。

本发明中的智能工地管理方法，通过结合GIS、BIM、VR、AI算法识别、网格化管理在智慧工地系统中的应用，采用先进的人工智能手段，实现地下、陆面、空中、天上全方位一体化协同施工，并围绕智慧工地系统所包括的劳务人员管理模块、机械设备管理模块、物料管理模块、工艺工法模块、绿色施工模块、质量管理模块、安全管理模块以及进度管理模块的八大模块有机建立系统，从地陆空天多层次立体化全面智慧管理。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，包括：

地下管理单元、陆面管理单元、空中管理单元以及天上管理单元；

所述地下管理单元采用BIM模型构建，所述陆面管理单元采用智能手段分析，所述空中管理单元采用无人机巡检，所述天上管理单元利用北斗卫星导航；

通过上述不同的管理单元对工地施工进行监控，以实现对智能工地系统所包括的劳务人员管理模块、机械设备管理模块、物料管理模块、工艺工法模块、绿色施工模块、质量管理模块、安全管理模块以及进度管理模块进行地陆空天一体化的智能管理；

所述智能手段分析包括地面视频监控、AI算法影像分析、GIS、3D建模、倾斜摄影叠加、视频融合、地面基站人员定位、机器人巡检、人脸智能识别算法以及二维码信息技术。

2.根据权利要求1所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，所述劳务人员管理模块包括信息录入系统、门禁系统以及室内外人员定位系统，并通过人脸识别智能算法进行劳务人员的管理。

3.根据权利要求1所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，所述机械设备管理模块包括车辆管理系统及车辆识别系统，并通过二维码信息技术进行机械设备的管理。

4.根据权利要求1所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，所述物料管理模块包括智能地磅系统及车辆进出管理系统，能够通过自动生成的物料报表进行材料成本的管理。

5.根据权利要求1所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，所述绿色施工模块包括噪声监测系统及自动喷淋系统，能够通过工地监测修复机制进行环境保护的管理；所述质量管理模块包括质量管理系统及混凝土测温系统，能够通过建筑混凝土温度监测进行质量反馈的管理。

6.根据权利要求1所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，所述安全管理模块包括施工安全管理系统，通过所述施工安全管理系统并结合AI算法影像分析实现对人员、机械、物料以及环境的实时监控。

7.根据权利要求1所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，所述进度管理模块通过所述BIM模型所包括的流水段进行数据关联，形成总、月、周三级计划体系联动监控体系，实现三级实际进度数据逐级反馈。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，采用GIS对工地进行可视化管理，并结合3D倾斜摄影模型和视频融合技术对施工区域全景实时展示。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的地陆空天一体化智能工地系统，其特征在于，采用VR技术对劳务人员进行安全教育培训及高风险作业模拟训练。

10.一种智能工地管理方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的地陆空天一体化智能工地系统对工地进行智能化管理。

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