CN114595903B - 一种基于bim的施工现场布局优化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的施工现场布局优化系统及方法，该系统包括区域划分模块、设备分析模块、布局优化模块和区域分析模块，所述区域划分模块依据建筑信息对施工现场进行划分，得到若干个布局区域，所述区域分析模块用于对施工现场的各个布局区域进行分析，分析得到布局区域的区域等级，所述设备分析模块用于对施工现场的施工设备进行分析，分析得到布局区域内施工设备的设备使用值，所述布局优化模块用于对施工现场的施工设备进行布局优化；本发明依据施工现场的区域位置、设备数据、施工要求等因素实现施工设备的科学布局。

Description

一种基于BIM的施工现场布局优化系统及方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，涉及布局优化技术，具体是一种基于BIM的施工现场布局优化系统及方法。

背景技术

建筑施工是指工程建设实施阶段的生产活动，是各类建筑物的建造过程，也可以说是把设计图纸上的各种线条，在指定的地点，变成实物的过程。它包括基础工程施工、主体结构施工、屋面工程施工、装饰工程施工等。施工作业的场所称为建筑施工现场或施工现场，也叫工地。

现有技术中，施工现场的施工设备常常随意放置，没有根据施工要求进行科学布局和放置，后续施工使用时，需要再次调换施工设备的位置，费时费力，为此，我们提出一种基于BIM的施工现场布局优化系统及方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于BIM的施工现场布局优化系统及方法。

本发明所要解决的技术问题为：

如何基于区域位置、设备数据、施工要求等因素将施工设备科学布置的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于BIM的施工现场布局优化系统，包括数据采集模块、区域划分模块、设备分析模块、布局优化模块、区域分析模块、用户终端以及服务器，用户终端用于工作人员输入施工现场的建筑信息模型，并将建筑信息模型发送至服务器内存储；所述区域划分模块依据建筑信息模型将施工现场进行划分，划分得到若干个布局区域并发送至服务器；

所述数据采集模块用于采集布局区域的设备数据和区域数据，并将设备数据和区域数据发送至服务器，所述服务器将区域数据发送至区域分析模块，所述服务器将设备数据发送至设备分析模块；

所述区域分析模块用于对施工现场的各个区域进行分析，分析得到布局区域的区域等级反馈至服务器，所述服务器将布局区域的区域等级发送至布局优化模块；所述设备分析模块用于对施工现场的施工设备进行分析，分析得到布局区域内施工设备的设备使用值反馈至服务器，所述服务器将布局区域内施工设备的设备使用值发送至布局优化模块；

所述布局优化模块依据所述设备使用值和所述区域等级对施工设备进行布局优化，生成设备调换信号或设备匹配信号反馈至服务器；

服务器设置有所述区域等级对应的预设区域离散系数和设备使用阈值；

若服务器接收到设备匹配信号，则不进行任何操作；

若服务器接收到设备调换信号，则将设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，依据调换施工设备的设备使用值比对所述区域等级对应的设备使用阈值，进而得到对应的预设区域离散系数，选取符合预设区域离散系数的布局区域并标定为目标布局区域，将调换施工设备调换至目标布局区域。进一步地，所述区域划分模块将施工现场进行划分，划分得到若干个布局区域u，u=1，2，……，z，z为正整数。

进一步地，设备数据为布局区域中的设备数、以及设备的上一次使用时间、使用时长、单位时间内使用频率；

区域数据为布局区域的区域面积和区域位置。

进一步地，所述区域分析模块的分析过程具体如下：

步骤一：获取施工现场的整体平面图，以整体平面图为基准划定两条相互垂直的中轴线，两条中轴线的相交点为施工现场的中心点；

步骤二：获取布局区域距离中心点的间隔距离，并将间隔距离标记为JJ_u；

步骤三：获取布局区域的区域面积，并将区域面积标记为QM_u；

步骤四：通过公式

计算得到布局区域的区域等级值QD_u；式中，a1、a2和a3均为固定数值的比例系数，且a1、a2和a3的取值均大于零；

步骤五：获取服务器中存储的区域等级阈值X1和X2，将区域等级值与区域等级阈值进行比对；

步骤六：若QD_u＜X1，则布局区域的区域等级为第三等级区域；

若X1≤QD_u＜X2，则布局区域的区域等级为第二等级区域；

若X2≤QD_u，则布局区域的区域等级为第一等级区域。

进一步地，所述设备分析模块的分析过程具体如下：

步骤S1：将布局区域内的施工设备标记为S_ui，i=1，2，……，x，x为正整数，i代表布局区域中施工设备的编号；

步骤S2：获取布局区域中施工设备上一次的使用时间，利用服务器当前减去上一次的使用时间，得到布局区域中施工设备的使用间隔时间TJ_ui；

步骤S3：获取单位时间内布局区域中施工设备的使用次数，使用次数比对单位时间得到布局区域中施工设备的使用频率SP_ui；

步骤S4：获取布局区域中施工设备的使用时长，并将使用时长标记为TS_ui；

步骤S5：通过公式

计算得到布局区域内的设备使用值SS_ui；式中，b1和b2均为固定数值的比例系数，且b1和b2的取值均大于零，e为自然常数。

进一步地，所述布局优化模块的布局优化过程具体如下：

步骤SS1：获取布局区域的区域等级，依据区域等级为布局区域设定对应的区域离散系数；

步骤SS2：获取服务器中施工现场的布局优化表，布局优化表包括预设区域离散系数以及预设区域离散系数对应的设备使用阈值；

步骤SS3：根据区域离散系数确定符合的预设区域离散系数，并将预设区域离散系数对应的设备使用阈值与设备使用值进行比对；

步骤SS4：若不匹配，则生成设备调换信号；若相匹配，则生成设备匹配信号。

进一步地，第三等级区域的区域离散系数大于第二等级区域的区域离散系数，第二等级区域的区域离散系数大于第一等级区域的区域离散系数。

一种基于BIM的施工现场布局优化方法，使用上述施工现场布局优化系统，包括：

步骤S101，用户终端输入施工现场的建筑信息模型，区域划分模块依据建筑信息模型将施工现场进行划分得到若干个布局区域；

步骤S102，数据采集模块采集布局区域的设备数据和区域数据，区域数据发送至区域分析模块，设备数据发送至设备分析模块；

步骤S103，利用区域分析模块对施工现场的各个区域进行分析，计算得到布局区域的区域等级值并比对区域等级阈值，得到布局区域的区域等级并发送至布局优化模块；

步骤S104，通过设备分析模块对施工现场的施工设备进行分析，依据使用间隔时间、使用时长和使用频率得到布局区域内的设备使用值，并将设备使用值发送至布局优化模块；

步骤S105，布局优化模块对施工现场的施工设备进行布局优化，结合布局优化表并根据所述设备使用值和所述区域等级生成设备调换信号或设备匹配信号，若生成设备调换信号，则将与设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，并将该调换施工设备调换至对应的目标布局区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过区域分析模块对施工现场的各个区域进行分析，得到布局区域的区域等级值，区域等级值比对区域等级阈值后得到布局区域的区域等级发送至布局优化模块，再通过设备分析模块对施工现场的施工设备进行分析依据使用间隔时间、使用时长和使用频率计算得到布局区域内的设备使用值发送至布局优化模块，最后通过布局优化模块对施工现场的施工设备进行布局优化，结合布局优化表生成设备调换信号或设备匹配信号，若生成设备调换信号，则将与设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，并将该调换施工设备调换至对应的目标布局区域即可，本发明依据施工现场的区域位置、设备数据、施工要求等因素，从而实现施工设备的科学布置。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体系统框图；

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作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。

请参阅图1所示，一种基于BIM的施工现场布局优化系统，包括数据采集模块、区域划分模块、设备分析模块、布局优化模块、区域分析模块、用户终端以及服务器；

在具体实施时，施工现场可以为某个小区的施工场所，也可以是某个产业园工厂的施工场所，在本实施例中，施工现场为小区的施工场所；

所述用户终端用于工作人员输入个人信息后注册登录系统，并将个人信息发送至服务器内存储；所述用户终端可以是移动手机；

其中，个人信息包括工作人员的姓名、实名认证的手机号码等；

注册登录成功后，用户终端用于工作人员输入施工现场的建筑信息模型，并将建筑信息模型发送至服务器内存储；

所述区域划分模块依据建筑信息模型将施工现场进行划分，划分得到若干个布局区域u并发送至服务器，u=1，2，……，z，z为正整数；

其中，建筑信息模型是建筑学、工程学及土木工程的新工具，BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息，在具体实施时，可以根据功能区域、边界线等将建筑信息模型中的区域进行划分。

所述数据采集模块用于采集布局区域的设备数据和区域数据，并将设备数据和区域数据发送至服务器；

需要具体说明的是，设备数据为布局区域中的设备数、以及设备的上一次使用时间、使用时长、单位时间内使用频率等；区域数据为布局区域的区域面积、区域位置等；

所述服务器将区域数据发送至区域分析模块，所述服务器将设备数据发送至设备分析模块；

具体的，所述区域分析模块用于对施工现场的各个区域进行分析，区域分析模块的分析过程为：获取施工现场的整体平面图，以整体平面图为基准划定两条相互垂直的中轴线，两条中轴线的相交点为施工现场的中心点；获取布局区域距离中心点的间隔距离JJ_u和布局区域的区域面积QM_u；通过公式计算得到布局区域的区域等级值QD_u；获取服务器中存储的区域等级阈值，将区域等级值与区域等级阈值进行比对得到布局区域的区域等级；

其中，区域等级越高表示所述区域相对于中心点越分散。

在一个实施例中，区域分析模块分析过程具体如下：

步骤一：获取施工现场的整体平面图，以整体平面图为基准划定两条相互垂直的中轴线，两条中轴线的相交点为施工现场的中心点；

步骤二：获取布局区域距离中心点的间隔距离，并将间隔距离标记为JJ_u；

步骤三：获取布局区域的区域面积，并将区域面积标记为QM_u；

步骤四：通过公式

计算得到布局区域的区域等级值QD_u；式中，a1、a2和a3均为固定数值的比例系数，且a1、a2和a3的取值均大于零，在具体的一个实施例中，a1的取值可以为0.1，a2的取值可以为3，a3的取值可以为2，即在确定区域等级值时选取间隔距离的权重影响较大，区域面积的权重影响较小，此时，区域等级值越小表明该区域相对中心点位置越远，可以放置不常使用的设备。

步骤五：获取服务器中存储的区域等级阈值X1和X2，将区域等级值与区域等级阈值进行比对；

步骤六：若QD_u＜X1，则布局区域的区域等级为第三等级区域；

若X1≤QD_u＜X2，则布局区域的区域等级为第二等级区域；

若X2≤QD_u，则布局区域的区域等级为第一等级区域；

其中，X1和X2均为固定数值的区域等级阈值，且X1＜X2，在具体实施时，X1的取值可以为0.1，X2的取值可以为0.5，X1和X2的取值可以根据施工现场情况进行实际设置；

所述区域分析模块将布局区域的区域等级反馈至服务器，所述服务器将布局区域的区域等级发送至布局优化模块；

具体的，所述设备分析模块用于对施工现场的施工设备进行分析，设备分析模块的分析过程为：设备分析模块将布局区域内的施工设备标记为S_ui；获取布局区域中施工设备的使用间隔时间TJ_ui、使用频率SP_ui和使用时长TS_ui；通过公式计算得到布局区域内的设备使用值SS_ui；

在一个实施例中，设备分析模块的具体分析过程如下：

步骤S1：将布局区域内的施工设备标记为S_ui，i=1，2，……，x，x为正整数，i代表布局区域中施工设备的编号；

步骤S2：获取布局区域中施工设备上一次的使用时间，利用服务器当前减去上一次的使用时间，得到布局区域中施工设备的使用间隔时间TJ_ui；

步骤S3：获取单位时间内布局区域中施工设备的使用次数，使用次数比对单位时间得到布局区域中施工设备的使用频率SP_ui；

步骤S4：获取布局区域中施工设备的使用时长，并将使用时长标记为TS_ui；

步骤S5：通过公式

计算得到布局区域内的设备使用值SS_ui；式中，b1和b2均为固定数值的比例系数，且b1和b2的取值均大于零，e为自然常数，在一个具体的实施例中，b1的取值可以为2，b2的取值可以为3.2，设备使用值越小表示该设备相对利用率较低，可以布置在远离中心点的分布区域，设备使用值越大表明该设备利用率高，侧重于设备使用时长久，可以布置在中心点周边位置。

所述设备分析模块将布局区域内施工设备的设备使用值SS_ui反馈至服务器，所述服务器将布局区域内施工设备的设备使用值SS_ui发送至布局优化模块；

所述布局优化模块用于对施工现场的施工设备进行布局优化，布局优化过程为：布局优化模块获取布局区域的区域等级，依据区域等级为布局区域设定对应的区域离散系数；获取服务器中施工现场的布局优化表；将预设区域离散系数对应的设备使用阈值与设备使用值进行比对；若不匹配，则生成设备调换信号，若相匹配，则生成设备匹配信号；

在一个实施例中，布局优化模块的具体优化过程如下：

步骤SS1：获取布局区域的区域等级，依据区域等级为布局区域设定对应的区域离散系数；

需要具体说明的是，第三等级区域的区域离散系数大于第二等级区域的区域离散系数，第二等级区域的区域离散系数大于第一等级区域的区域离散系数；

步骤SS2：获取服务器中施工现场的布局优化表，布局优化表包括预设区域离散系数以及预设区域离散系数对应的设备使用阈值；

步骤SS3：根据区域离散系数确定符合的预设区域离散系数，并将预设区域离散系数对应的设备使用阈值与设备使用值进行比对；

步骤SS4：若不匹配，则生成设备调换信号；

若相匹配，则生成设备匹配信号；

所述布局优化模块将设备调换信号或设备匹配信号反馈至服务器；

若服务器接收到设备匹配信号，则不进行任何操作；

若服务器接收到设备调换信号，则将设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，依据调换施工设备的设备使用值比对所述区域等级对应的设备使用阈值，进而得到对应的预设区域离散系数，选取符合预设区域离散系数的布局区域并标定为目标布局区域，将调换施工设备调换至目标布局区域。

其中，需要说明的是，在对施工设备进行分析时，会根据设备的使用间隔时间，使用时长以及使用频率等来综合考量，例如挖掘机、推土机等大型设备，其相较于常规使用的钢筋折弯、混凝土搅拌等设备而言，其使用周期以及使用时长是存在较大差异的，因此采用该方案进行布局分析后，会根据其优先等级进行布局或调度，尤其是适用一些大型的工地使用。

请参阅图2所示，基于同一发明的又一构思，现提出一种基于BIM的施工现场布局优化方法，方法具体如下：

步骤S101，用户终端输入施工现场的建筑信息模型，区域划分模块依据建筑信息模型将施工现场进行划分得到若干个布局区域；

步骤S102，数据采集模块采集布局区域的设备数据和区域数据，区域数据发送至区域分析模块，设备数据发送至设备分析模块；

步骤S103，利用区域分析模块对施工现场的各个区域进行分析，计算得到布局区域的区域等级值并比对区域等级阈值，得到布局区域的区域等级并发送至布局优化模块；

步骤S104，通过设备分析模块对施工现场的施工设备进行分析，依据使用间隔时间、使用时长和使用频率得到布局区域内的设备使用值，并将设备使用值发送至布局优化模块；

步骤S105，布局优化模块对施工现场的施工设备进行布局优化，结合布局优化表并根据所述设备使用值和所述区域等级生成设备调换信号或设备匹配信号，若生成设备调换信号，则将与设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，并将该调换施工设备调换至对应的目标布局区域。

上述公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置，权重系数和比例系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，而权重系数和比例系数的大小则根据施工现场情况设置。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种基于BIM的施工现场布局优化系统，其特征在于，系统包括数据采集模块、区域划分模块、设备分析模块、布局优化模块、区域分析模块、用户终端以及服务器，用户终端用于工作人员输入施工现场的建筑信息模型，并将建筑信息模型发送至服务器内存储；区域划分模块依据建筑信息模型对施工现场进行划分，得到若干个布局区域并发送至服务器；

所述数据采集模块用于采集所述布局区域的设备数据和区域数据，并将设备数据和区域数据发送至服务器，然后由所述服务器将区域数据发送至区域分析模块，将设备数据发送至设备分析模块；

所述区域分析模块用于对施工现场的各个布局区域进行分析，获取布局区域的区域等级并反馈至服务器，所述服务器将所述区域等级发送至布局优化模块；所述设备分析模块用于对施工现场的施工设备进行分析，获取布局区域内施工设备的设备使用值并反馈至服务器，所述服务器将所述设备使用值发送至布局优化模块；

所述布局优化模块依据所述设备使用值和所述区域等级对施工设备进行布局优化，生成设备调换信号或设备匹配信号反馈至服务器；

所述服务器设置有所述区域等级对应的预设区域离散系数和设备使用阈值；

若服务器接收到设备匹配信号，则不进行任何操作；

若服务器接收到设备调换信号，则将设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，依据调换施工设备的设备使用值比对所述区域等级对应的设备使用阈值，进而得到对应的预设区域离散系数，选取符合预设区域离散系数的布局区域并标定为目标布局区域，将调换施工设备调换至目标布局区域；

所述区域分析模块的分析过程具体如下：

步骤一：获取施工现场的整体平面图，以整体平面图为基准划定两条相互垂直的中轴线，两条中轴线的相交点为施工现场的中心点；

步骤二：获取布局区域距离中心点的间隔距离，并将间隔距离标记为JJu；

步骤三：获取布局区域的区域面积，并将区域面积标记为QMu；

步骤四：通过公式

计算得到布局区域的区域等级值QDu；式中，a1、a2和a3均为固定数值的比例系数，且a1、a2和a3的取值均大于零；

步骤五：获取服务器中存储的区域等级阈值X1和X2，将计算的区域等级值与区域等级阈值进行比对；

步骤六：若QDu＜X1，则布局区域的区域等级为第三等级区域；

若X1≤QDu＜X2，则布局区域的区域等级为第二等级区域；

若X2≤QDu，则布局区域的区域等级为第一等级区域；

区域等级越高表示所述布局区域相对于中心点越分散；

所述设备分析模块的分析过程具体如下：

步骤S1：将布局区域内的施工设备标记为Sui，i=1，2，……，x，x为正整数，i代表布局区域中施工设备的编号；

步骤S2：获取布局区域中施工设备上一次的使用时间，利用服务器当前时间减去上一次的使用时间，得到布局区域中施工设备的使用间隔时间TJui；

步骤S3：获取单位时间内布局区域中施工设备的使用次数，使用次数比对单位时间得到布局区域中施工设备的使用频率SPui；

步骤S4：获取布局区域中施工设备的使用时长，并将使用时长标记为TSui；

步骤S5：通过公式

计算得到布局区域内的设备使用值SSui；式中，b1和b2均为固定数值的比例系数，且b1和b2的取值均大于零，e为自然常数；

所述布局优化模块的布局优化过程具体如下：

步骤SS1：获取布局区域的区域等级，依据区域等级为布局区域设定对应的区域离散系数；

步骤SS2：获取服务器中施工现场的布局优化表，布局优化表包括预设区域离散系数以及预设区域离散系数对应的设备使用阈值；

步骤SS3：根据区域离散系数确定符合的预设区域离散系数，并将预设区域离散系数对应的设备使用阈值与设备使用值进行比对；

步骤SS4：若不匹配，则生成设备调换信号；

若相匹配，则生成设备匹配信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的施工现场布局优化系统，其特征在于，所述区域划分模块将施工现场进行划分得到若干个布局区域u，u=1，2，……，z，z为正整数。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM的施工现场布局优化系统，其特征在于，设备数据为布局区域中的设备数、以及设备的上一次使用时间、使用时长、单位时间内使用频率；区域数据为布局区域的区域面积和区域位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的施工现场布局优化系统，其特征在于，第三等级区域的区域离散系数大于第二等级区域的区域离散系数，第二等级区域的区域离散系数大于第一等级区域的区域离散系数。

5.一种基于BIM的施工现场布局优化方法，其特征在于，使用权利要求1-4任一项所述的施工现场布局优化系统，包括：

步骤S101，用户终端输入施工现场的建筑信息模型，区域划分模块依据建筑信息模型将施工现场进行划分得到若干个布局区域；

步骤S102，数据采集模块采集布局区域的设备数据和区域数据，区域数据发送至区域分析模块，设备数据发送至设备分析模块；

步骤S103，利用区域分析模块对施工现场的各个区域进行分析，计算得到布局区域的区域等级值并比对区域等级阈值，得到布局区域的区域等级并发送至布局优化模块；

步骤S104，通过设备分析模块对施工现场的施工设备进行分析，依据使用间隔时间、使用时长和使用频率得到布局区域内的设备使用值，并将设备使用值发送至布局优化模块；

步骤S105，布局优化模块对施工现场的施工设备进行布局优化，结合布局优化表并根据所述设备使用值和所述区域等级生成设备调换信号或设备匹配信号，若生成设备调换信号，则将与设备调换信号对应的施工设备标记为调换施工设备，并将该调换施工设备调换至对应的目标布局区域。

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