CN114066422A - 一种基于bim的工程建设进度计划管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程建设技术领域，具体地说，涉及一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统。其包括进度计划编制单元、BIM进度跟踪单元和模型对比单元；进度计划编制单元用于编制工程建设的计划三维模型图；BIM进度跟踪单元用于建立现场三维模型图；模型对比单元用于将进度计划编制单元的计划三维模型图与BIM进度跟踪单元的现场三维模型图进行对比，计算相似度，在相似度小于对比阈值时进行反馈。本发明在超过对比阈值时进行反馈，使工作人员可以及时了解工程现场的进度，同时可以根据相似度确定工程现场施工与计划的偏差情况，方便及时作出调整和准备施工材料，避免由于计划偏差较大造成材料不足导致施工进度停滞。

Description

一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，具体地说，涉及一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统。

背景技术

工程建设是人类文明发生发展的基础性经济活动，直接对人类社会的政治、经济、文化、军事等方面的活动产生重要影响，随着我国社会经济的不断发展，也相应的促进了我国建设行业的发展，在进行建设工程施工的过程中，通过利用先进的技术，能够提高管理的质量和水平，实现建设工程项目的良好实施，其中，BIM技术在如今建设行业中应用的非常广泛，其主要是以三维建模技术为核心的技术，通过将其应用到建设工程施工进度的控制中，能够及时的了解建设工程施工进度情况，结合施工进度中存在着的问题，能够进行及时的调整，以免影响到建设工程项目的施工进度，确保建设项目施工的顺利进行和良好完成；

然而目前的BIM技术在扫描建模时，由于扫描的数据中没有进行消冗和降噪，导致建设复杂建筑物的效率低，三维模型的精度差，并且目前在采用BIM技术展现工程建设时，不能根据工程建设进度计划与实际建设的模型进行对比，导致在实际建设时超出预先计划，使工程建筑的材料不足和工期变动较大不能及时提醒工作人员进行准备，影响后续建设进程，鉴于此，我们提出一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统，包括进度计划编制单元、BIM进度跟踪单元和模型对比单元；

所述进度计划编制单元用于预先设计工程建设的计划，编制工程建设的计划三维模型图；

所述BIM进度跟踪单元用于接收工程建设现场的数据，建立现场三维模型图；

所述模型对比单元用于将进度计划编制单元的计划三维模型图与所述BIM进度跟踪单元的现场三维模型图进行对比，计算相似度，在相似度小于对比阈值时进行反馈，实现工程建设的远程交互；

其中，所述计算相似度采用映射距离衡量算法，包括：建立计划三维模型图和现场三维模型图之间的映射，确定编辑路径，得到计划三维模型图和现场三维模型图相似度。

本发明的具体原理为：通过进度计划编制单元先对工程建设进行设计，编制计划三维模型图，然后工人根据计划三维模型图进行工程建设现场施工，在施工的过程中采用BIM进度跟踪单元扫描工程建现场，生成现场三维模型图，然后模型对比单元分别接受计划三维模型图和现场三维模型图，计算两者之间的相似度，在超过对比阈值时进行反馈，使工作人员可以及时了解工程现场的进度，同时可以根据相似度确定工程现场施工与计划的偏差情况，方便及时作出调整和准备施工材料，避免由于计划偏差较大造成材料不足导致施工进度停滞。

作为本技术方案的进一步改进，设定计划三维模型图G＝(V,E,L)，其中，V为计划三维模型图G的顶点集，E为计划三维模型图G的边集，L为计划三维模型图G的顶点标签，现场三维模型图G’＝(V’,E’,L’)，其中，V’为现场三维模型图G’的顶点集，E’为现场三维模型图G’的边集，L’为现场三维模型图G’的顶点标签，为了表示计划三维模型图G和现场三维模型图G’的相似度，通过建立计划三维模型图G和现场三维模型图G’之间的映射关系，得到编辑路径，在所有可能的映射中，能够诱导最小编辑路径的映射为最优映射，因此，计划三维模型图G和现场三维模型图G’的相似度表达式为：

其中，S为相似度，ged为计划三维模型图G和现场三维模型图G’编辑路径的最小编辑距离，max{|V|,|V′|}+(||V|-|V′||)+|E′|+|E|为计划三维模型图G和现场三维模型图G’编辑路径最大编辑距离，是计划三维模型图G和现场三维模型图G’在最坏的情况下的编辑距离；

具体的，max{|V|,|V′|}是假设顶点标签都不相同的情况下的编辑距离，||V|-|V′||是计划三维模型图G和现场三维模型图G’之间顶点数目不同情况下的编辑距离，|E′|+|E|是计划三维模型图G和现场三维模型图G’的边完全不同时的编辑距离。

作为本技术方案的进一步改进，所述模型对比单元还包括阶段对比模块和远程交互模块；

所述阶段对比模块用于将所述BIM进度跟踪单元生成的现场三维模型分成多个阶段，设置每个阶段的对比阈值，计算每个阶段的三维模型与计划三维模型的相似度，对比相似度与对比阈值的大小；

所述远程交互模块用于接收所述阶段对比模块某一个阶段的相似度小于对比阈值时的反馈信号传输至终端提醒工作人员。

假设将工程建设生成的现场三维模型分为N个阶段，其中，设定对比阈值为M，相似度为S，S∈，S1表示第1阶段工程建设的现场三维模型图与计划三维模型的相似度，依次类推，Sk表示第k阶段工程建设的现场三维模型图与计划三维模型的相似度，其中对比阈值M∈，M1表示第1阶段工程建设的对比阈值，依次类推，Mk表示第k阶段工程建设的对比阈值；

因此将第1阶段的相似度与第1阶段的对比阈值进行比较，可以在接收到第1阶段的相似度时，判断工程建设的第1阶段完成，同时根据第1阶段的相似度与第1阶段的对比阈值进行比较结果进行反馈，在第1阶段的相似度小于第1阶段的对比阈值时反馈信号，由远程交互模块提醒工作人员，判断线程三维模型不符合计划三维模型，则实际工程建设与进度计划编制单元设定的计划有偏差，方便对材料的准备作出规划。

作为本技术方案的进一步改进，所述进度计划编制单元包括施工方案设置模块、模型编制模块和施工材料记录模块；

所述施工方案设置模块用于设计工程建设的施工计划；

所述模型编制模块用于根据施工方案构建效果图，生成计划三维模型图；

所述施工材料记录模型用于根据施工方案设置模块的施工计划和所述模型编制模块的计划三维模型图确定工程建设的材料和工期。

作为本技术方案的进一步改进，所述进度计划编制单元还包括计划优化模块，所述计划优化模块用于接收到所述远程交互模块的提醒工作人员的信号，根据现场三维模型调整所述远程交互模块的内容；

具体的，方便在工程建设超过预期计划时，工作人员接受到提醒后，通过计划优化模块更新远程交互模块的内容，确保材料和工期的计划充足，使工作人员做好准备，提高后续施工的进度，有利于按时完成工程建设。

作为本技术方案的进一步改进，所述BIM进度跟踪单元包括三维激光扫描模块、模型构建模块和视觉提高模块；

所述三维激光扫描模块用于三维激光扫描工程建设现场数据，采集建筑物几何模型的数据；

所述模型构建模块用于将三维激光扫描模块采集的数据进行构建三角网，生成现场三维模型图；

所述视觉提高模块用于对现场三维模型图进行纹理映射和灯光补偿设计。

作为本技术方案的进一步改进，所述三维激光扫描模块采用三维激光扫描仪。

作为本技术方案的进一步改进，所述模型构建模块采用TIN模型构建算法，包括：

外轮廓建模，构建建筑物外部轮廓，根据特征线的位置使所建模型轮廓与TIN匹配；

内部结构建模，理清内部建模顺序，依次对建筑物内部物体进行建模；

模型优化，将不在场景中显示的面删除减少数据量。

作为本技术方案的进一步改进，所述模型构建模型还包括云处理消冗算法，包括：

点云拼接，将三维激光扫描仪扫描的数据点坐标统一，以扫描站为基准，通过同名点的强制附和，将其他测站扫描图像统一到基准站坐标系中；

数据消冗，通过数据点坐标统一识别建筑物特征范围值，在保持模型精度的基础上减少数据点的量，删除建筑物特征范围值外的背景数据；

具体的，通过将扫描的数据统一坐标，确保只选取建筑物对应的数据点的坐标，将建筑物背景中的数据删除，减小数据存储的冗余，有利于后续建模更流畅。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

该基于BIM的工程建设进度计划管理系统中，通过模型对比单元分别接受计划三维模型图和现场三维模型图，计算两者之间的相似度，在超过对比阈值时进行反馈，使工作人员可以及时了解工程现场的进度，同时可以根据相似度确定工程现场施工与计划的偏差情况，方便及时作出调整和准备施工材料，避免由于计划偏差较大造成材料不足导致施工进度停滞。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体原理框图；

图2为本发明实施例1的映射距离衡量算法流程图；

图3为本发明实施例1的进度计划编制单元原理图；

图4为本发明实施例1的BIM进度跟踪单元原理图。

图中各个标号意义为：

100、进度计划编制单元；200、BIM进度跟踪单元；300、模型对比单元。

具体实施方式

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例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-图4所示，本实施例提供一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统，包括进度计划编制单元100、BIM进度跟踪单元200和模型对比单元300；

进度计划编制单元100用于预先设计工程建设的计划，编制工程建设的计划三维模型图；

本实施例中的，进度计划编制单元100包括施工方案设置模块、模型编制模块和施工材料记录模块；

施工方案设置模块用于设计工程建设的施工计划；

模型编制模块用于根据施工方案构建效果图，生成计划三维模型图，方便更直观的了解施工方案；

施工材料记录模型用于根据施工方案设置模块的施工计划和模型编制模块的计划三维模型图确定工程建设的材料和工期，方便对工程建设进行准备，有利于为工程建设的完成作出支撑。

进度计划编制单元100具体实现原理为：工作人员通过施工方案设置模块设计工程建设的基本施工计划(例如在一片面积为W的空地进行工程建设，在空地中自主的设计蓝图作为施工方案，方便后续根据蓝图施工)，完成工程建设的基本规划，然后根据施工方案设置模块的施工计划采用模型编制模块构建效果图，生成对应的计划三维模型图(可以借助软件3DMAX、SoftImage,Maya,UG以及AutoCAD等将蓝图编辑成三维模型，对工程建设的计划用几何模型表现)，方便更准确的了解工程建设的构架，然后根据计划三维模型图采用施工材料记录模型设置工程建设所需的材料，方便后续计算成本。

BIM进度跟踪单元200用于扫描工程建设现场建立现场三维模型图；

为了保证现场三维模型的准确构建，BIM进度跟踪单元200包括三维激光扫描模块、模型构建模块和视觉提高模块；

三维激光扫描模块用于三维激光扫描工程建设现场数据，采集建筑物几何模型的数据；

模型构建模块用于将三维激光扫描模块采集的数据进行构建三角网，生成现场三维模型图；

视觉提高模块用于对现场三维模型图进行纹理映射和灯光补偿设计，使建筑物模型更佳逼真，提高识别的准确性。

其中，三维激光扫描模块采用三维激光扫描仪。

具体的，模型构建模块采用TIN模型构建算法，包括：

外轮廓建模，构建建筑物外部轮廓，根据特征线的位置使所建模型轮廓与TIN匹配；

内部结构建模，理清内部建模顺序，依次对建筑物内部物体进行建模；

模型优化，将不在场景中显示的面删除减少数据量。

模型对比单元300用于将进度计划编制单元100的计划三维模型图与BIM进度跟踪单元200的现场三维模型图进行对比，计算相似度，在相似度小于对比阈值时进行反馈，实现工程建设的远程交互；

设定计划三维模型图G＝(V,E,L)其中，V为计划三维模型图G的顶点集，E为计划三维模型图G的边集，L为计划三维模型图G的顶点标签，现场三维模型图G’＝(V’,E’,L’)，其中，V’为现场三维模型图G’的顶点集，E’为现场三维模型图G’的边集，L’为现场三维模型图G’的顶点标签，为了表示计划三维模型图G和现场三维模型图G’的相似度，通过建立计划三维模型图G和现场三维模型图G’之间的映射关系，得到编辑路径，在所有可能的映射中，能够诱导最小编辑路径的映射为最优映射，因此，计划三维模型图G和现场三维模型图G’的相似度表达式为：

其中，S为相似度，gedG，G’为计划三维模型图G和现场三维模型图G’编辑路径的最小编辑距离，max{|V|,|V′|}+(||V|-|V′||)+|E′|+|E|为计划三维模型图G和现场三维模型图G’编辑路径最大编辑距离，是计划三维模型图G和现场三维模型图G’在最坏的情况下的编辑距离；

具体的，max{|V|,|V′|}是假设顶点标签都不相同的情况下的编辑距离，||V|-|V′||是计划三维模型图G和现场三维模型图G’之间顶点数目不同情况下的编辑距离，|E′|+|E|是计划三维模型图G和现场三维模型图G’的边完全不同时的编辑距离，为了提高计划三维模型图和现场模型图相似度的检测准确性，通过建立计划三维模型图G和现场三维模型图G’之间的映射关系，得到编辑路径，在所有可能的映射中，能够诱导最小编辑路径的映射为最优映射，根据最小编辑路径衡量相似度的权重，只需要检查计划三维模型图和现场模型图之间的最小编辑路径判断两者的相似度，操作方便，将虚化的相似度用实际编辑路径的距离表示提高了准确性。

为了提高计算的准确性，计算相似度采用映射距离衡量算法，包括以下步骤：

建立映射，将计划三维模型图和现场三维模型图之间的顶点集、边集和顶点标签作为映射节点，建立计划三维模型图和现场三维模型图之间的映射关系，两个图内映射节点之间存在编辑路径；

确定编辑路径，深度遍历所有的编辑路径，选择编辑路径中相对较短的路径代替上一条选中的编辑路径，直至找到编辑路径的最小编辑距离，计算计划三维模型图和现场三维模型图的相似度。

具体原理，相似度通过根据编辑路径的距离衡量，距离值越大，不相似度越大，则对应的相似度越小，反之距离值越小，相似度越大，因此可以判断计划三维模型图和现场三维模型图的相似度，不仅可以判定工程建设现场距离计划的完成进度，方便进行反馈，及时了解进度，而且，可以在工程建设现场与计划三维模型图偏差较大时进行提醒，方便及时作出规划调整，合理工程建设的材料分配，提高实用性。

为了方便提醒工作人员工程建设的进度，模型对比单元300还包括阶段对比模块和远程交互模块；

阶段对比模块用于将BIM进度跟踪单元200生成的现场三维模型分成多个阶段，设置每个阶段的对比阈值，计算每个阶段的三维模型与计划三维模型的相似度，对比相似度与对比阈值的大小；

远程交互模块用于接收阶段对比模块某一个阶段的相似度小于对比阈值时的反馈信号传输至终端提醒工作人员。

假设将工程建设生成的现场三维模型分为N个阶段，其中，设定对比阈值为M，对比阈值为人工设置的相似度临界值，相似度超过对比阈值，表明线程三维模型符合计划三维模型，没有超出计划范围，相反则超出计划范围相似度为S，S∈S1、S2、…、Sk，S1表示第1阶段工程建设的现场三维模型图与计划三维模型的相似度，依次类推，Sk表示第k阶段工程建设的现场三维模型图与计划三维模型的相似度，其中对比阈值M∈M1、M2、…Mk，M1表示第1阶段工程建设的对比阈值，依次类推，Mk表示第k阶段工程建设的对比阈值；

因此将第1阶段的相似度与第1阶段的对比阈值进行比较，可以在接收到第1阶段的相似度时，判断工程建设的第1阶段完成，同时根据第1阶段的相似度与第1阶段的对比阈值进行比较结果进行反馈，在第1阶段的相似度小于第1阶段的对比阈值时反馈信号，由远程交互模块提醒工作人员，判断线程三维模型不符合计划三维模型，则实际工程建设与进度计划编制单元100设定的计划有偏差，方便对材料的准备作出规划。

本发明的具体原理为：通过进度计划编制单元100先对工程建设进行设计，编制计划三维模型图，然后工人根据计划三维模型图进行工程建设现场施工，在施工的过程中采用BIM进度跟踪单元200扫描工程建现场，生成现场三维模型图，然后模型对比单元300分别接受计划三维模型图和现场三维模型图，计算两者之间的相似度，在超过对比阈值时进行反馈，使工作人员可以及时了解工程现场的进度，同时可以根据相似度确定工程现场施工与计划的偏差情况，方便及时作出调整和准备施工材料，避免由于计划偏差较大造成材料不足导致施工进度停滞。

实施例2

考虑到在工程建设超过预期的计划时不能及时更新材料和工期内容，影响后续正常的施工进度，本实施例与实施例1不同的是，其中：

进度计划编制单元100还包括计划优化模块，计划优化模块用于接收到远程交互模块的提醒工作人员的信号，根据现场三维模型调整远程交互模块的内容；

计划优化模块可以实现对施工材料记录模块记录的内容的修改，使用INSERT、DELETE和UPDATE之类的Transact-SQL语句在施工材料记录模块的数据库中添加、删除或更改信息的操作，从而根据实际工程施工进行调整施工材料，从而优化预先设计的工程建设计划。

具体的，方便在工程建设超过预期计划时，工作人员接受到提醒后，通过计划优化模块更新远程交互模块的内容，确保材料和工期的计划充足，使工作人员做好准备，提高后续施工的进度，有利于按时完成工程建设。

实施例3

考虑到三维激光扫描仪扫描的数据存在冗余，占用较大的空间，导致建模不流畅，不利于模型构建模块建模的准确性，因此在模型构建前进行云处理，本实施例与实施例1不同的是，其中：

模型构建模型还包括云处理消冗算法，包括以下步骤：

点云拼接，将三维激光扫描仪扫描的数据点坐标统一，以扫描站为基准，通过同名点的强制附和，将其他测站扫描图像统一到基准站坐标系中；

数据消冗，通过数据点坐标统一识别建筑物特征范围值，在保持模型精度的基础上减少数据点的量，删除建筑物特征范围值外的背景数据；

具体的，通过将扫描的数据统一坐标，确保只选取建筑物对应的数据点的坐标，将建筑物背景中的数据删除，减小数据存储的冗余，有利于后续建模更流畅。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于，包括进度计划编制单元(100)、BIM进度跟踪单元(200)和模型对比单元(300)；

所述进度计划编制单元(100)用于预先设计工程建设的计划，编制工程建设的计划三维模型图；

所述BIM进度跟踪单元(200)用于接收工程建设现场的数据，建立现场三维模型图；

所述模型对比单元(300)用于将进度计划编制单元(100)的计划三维模型图与所述BIM进度跟踪单元(200)的现场三维模型图进行对比，计算相似度，在相似度小于对比阈值时进行反馈；

其中，所述计算相似度采用映射距离衡量算法，包括：建立计划三维模型图和现场三维模型图之间的映射，确定编辑路径，得到计划三维模型图和现场三维模型图相似度。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：设定计划三维模型图G＝(V,E,L)，其中，V为计划三维模型图G的顶点集，E为计划三维模型图G的边集，L为计划三维模型图G的顶点标签，现场三维模型图G’＝(V’,E’,L’)，其中，V’为现场三维模型图G’的顶点集，E’为现场三维模型图G’的边集，L’为现场三维模型图G’的顶点标签，为了表示计划三维模型图G和现场三维模型图G’的相似度，通过建立计划三维模型图G和现场三维模型图G’之间的映射关系，得到编辑路径，在所有可能的映射中，能够诱导最小编辑路径的映射为最优映射，因此，计划三维模型图G和现场三维模型图G’的相似度表达式为：

其中，S为相似度，ged(G，G’)为计划三维模型图G和现场三维模型图G’编辑路径的最小编辑距离，max{|V|,|V′|}+(||V|-|V′||)+|E′|+|E|为计划三维模型图G和现场三维模型图G’编辑路径最大编辑距离。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述模型对比单元(300)还包括阶段对比模块和远程交互模块；

所述阶段对比模块用于将所述BIM进度跟踪单元(200)生成的现场三维模型分成多个阶段，设置每个阶段的对比阈值，计算每个阶段的三维模型与计划三维模型的相似度，对比相似度与对比阈值的大小；

所述远程交互模块用于接收所述阶段对比模块某一个阶段的相似度小于对比阈值时的反馈信号传输至终端提醒工作人员。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述进度计划编制单元(100)包括施工方案设置模块、模型编制模块和施工材料记录模块；

所述施工方案设置模块用于设计工程建设的施工计划；

所述模型编制模块用于根据施工方案构建效果图，生成计划三维模型图；

所述施工材料记录模型用于根据施工方案设置模块的施工计划和所述模型编制模块的计划三维模型图确定工程建设的材料和工期。

5.根据权利要求3所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述进度计划编制单元(100)还包括计划优化模块，所述计划优化模块用于接收到所述远程交互模块的提醒工作人员的信号，根据现场三维模型调整所述远程交互模块的内容。

6.根据权利要求1所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述BIM进度跟踪单元(200)包括三维激光扫描模块、模型构建模块和视觉提高模块；

所述三维激光扫描模块用于三维激光扫描工程建设现场数据，采集建筑物几何模型的数据；

所述模型构建模块用于将三维激光扫描模块采集的数据进行构建三角网，生成现场三维模型图；

所述视觉提高模块用于对现场三维模型图进行纹理映射和灯光补偿设计。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述三维激光扫描模块采用三维激光扫描仪。

8.根据权利要求7所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述模型构建模块采用TIN模型构建算法，包括：

外轮廓建模，构建建筑物外部轮廓，根据特征线的位置使所建模型轮廓与TIN匹配；

内部结构建模，理清内部建模顺序，依次对建筑物内部物体进行建模；

模型优化，将不在场景中显示的面删除减少数据量。

9.根据权利要求8所述的基于BIM的工程建设进度计划管理系统，其特征在于：所述模型构建模型还包括云处理消冗算法，包括：

点云拼接，将三维激光扫描仪扫描的数据点坐标统一，以扫描站为基准，通过同名点的强制附和，将其他测站扫描图像统一到基准站坐标系中；

数据消冗，通过数据点坐标统一识别建筑物特征范围值，在保持模型精度的基础上减少数据点的量，删除建筑物特征范围值外的背景数据。

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