CN114689230A - 一种建筑施工用钢结构安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑施工用钢结构安全监测系统，属于钢结构吊装安全技术领域，包括监控模块、过程分析模块、预警模块和服务器；监控模块用于建立钢结构现场施工的监控体系模型，包括施工过程模型和空域监控模型；所述过程分析模块用于对施工过程进行分析，获取空域监控模型，设置协调单元，所述协调单元用于基于空域监控模型的监控数据对空域监控模型中的吊装设备和Fi构件进行动态调整，将空域监控模型和协调单元整合为第一分析模型；识别吊装设备信息和Fi构件信息，将识别的吊装设备信息和Fi构件信息整合为目标力学信息，根据目标力学信息构建吊装力学模型；将吊装力学模型与第一分析模型进行整合标记为力学分析模型。

Description

一种建筑施工用钢结构安全监测系统

技术领域

本发明属于钢结构吊装安全技术领域，具体是一种建筑施工用钢结构安全监测系统。

背景技术

近年来，由于钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好和材料可回收再生等诸多优点，使得钢结构建筑在现代化建设中得到广泛的应用。随着社会的快速发展，钢结构建筑已经在工业领域得到了广泛的应用，而且在住宅领域也得到了部分应用；但是钢结构因为施工方式的不同，在吊装过程中容易发生安全事故，因此为了保障钢结构工程的安全施工，本发明提供了一种建筑施工用钢结构安全监测系统。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种建筑施工用钢结构安全监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种建筑施工用钢结构安全监测系统，包括监控模块、过程分析模块、预警模块和服务器；

监控模块用于建立钢结构现场施工的监控体系模型，包括施工过程模型和空域监控模型；

所述过程分析模块用于对施工过程进行分析，获取空域监控模型，设置协调单元，所述协调单元用于基于空域监控模型的监控数据对空域监控模型中的吊装设备和Fi构件进行动态调整，将空域监控模型和协调单元整合为第一分析模型；识别吊装设备信息和Fi构件信息，将识别的吊装设备信息和Fi构件信息整合为目标力学信息，根据目标力学信息构建吊装力学模型；将吊装力学模型与第一分析模型进行整合标记为力学分析模型，通过力学分析模型实时分析吊装过程中的受力是否处于安全允许范围，当分析不处于安全允许范围内时，生成受力预警报警信号，并发送给预警模块；

预警模块用于对钢结构施工进行安全预警。

进一步地，监控模块的工作方法包括：

建立施工过程模型，基于施工过程模型建立固定监控点位，根据建立的监控点位在施工现场的对应位置上安装监控设备，获得固定监控区域；获取将要施工的Fi构件信息，在施工过程模型中进行区别标记；获取对应的现场吊装设备位置，在施工过程模型中的对应位置上设置吊装设备模型；进行施工过程模型的定位放样，获取将要施工的Fi构件实地坐标，以获取的Fi构件实地坐标为圆心构建空域监控模型，通过空域监控模型对钢结构施工过程进行实时监控。

进一步地，建立施工过程模型的方法包括：

获取钢结构建筑的监控图纸，建立重点构件表，根据重点构件表对监控图纸进行匹配，获得钢结构建筑中需要进行重点监控的构件，根据重点监控构件的施工顺序分别标记为Fi构件，根据监控图纸建立钢架构模型，并根据Fi构件的安装顺序进行拆分，仅装配当前施工进度的钢结构模型，标记为施工过程模型。

进一步地，以获取的Fi构件实地坐标为圆心构建空域监控模型的方法包括：

识别Fi构件实地坐标和吊装设备位置，以Fi构件实地坐标为圆心设置空间区域和空间坐标系；在空间区域内标记固定监控区域，根据固定监控区域和吊装设备位置设置若干个监控无人机，通过监控无人机进行补充监控，将固定监控区域和补充监控的采集数据进行整合输出，将空间区域、监控无人机和固定监控区域整合标记为空域监控模型。

进一步地，通过监控无人机进行补充监控的方法包括：

实时根据固定监控区域和吊装设备位置计算未监控区域，根据吊装设备运行安全要求设置禁飞区，获取监控无人机运行参数，建立运行模型，将监控无人机运行参数、禁飞区和未监控区域输入到运行模型中，获得各个监控无人机的空间监控坐标，监控无人机根据获得的空间监控坐标进行补充监控。

进一步地，基于施工过程模型建立固定监控点位的方法包括：

获取施工现场具有的能够使用的监控设备位置和现有监控区域，根据施工过程模型分析施工过程中所必需的固定监控区域，通过固定监控区域和监控区域计算补充监控区域，获取补充监控设备的设备信息，根据获得的补充监控设备信息设置补充监控设备的安装点位，汇总补充监控设备安装点位和现有监控设备位置在施工过程模型中建立固定监控点位。

进一步地，根据目标力学信息构建吊装力学模型的方法包括：

获取适用当前应用环境的力学分析模型，分析当前的吊装设备和Fi构件具有的吊装角度，建立修正模型，通过修正模型对力学分析模型进行实时修正，将修正后符合要求的力学分析模型标记为吊装力学模型。

进一步地，预警模块的工作方法包括：

获取施工过程模型，识别各个空域监控模型，根据安全施工要求在施工过程模型内设置人员警戒区，通过空域监控模型的监控数据分析是否有人员位于人员警戒区内，当没有时，不进行操作；当分析有人员位于人员警戒区内时，生成人员报警信号，对对应人员警戒区内的人员进行驱离；

当接收到受力预警报警信号时，识别对应的吊装力学模型，对对应的吊装设备人员和现场管理人员进行报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过监控模块和过程分析模块的相互配合，实现在钢结构吊装施工过程中的实时受力分析，及时对吊装过程中的可能存在的受力问题进行及时预警，避免造成吊装物掉落或者吊装设备倾覆，极大的降低安全事故的发生；通过设置监控无人机进行补充监控，实现对吊装过程的全方位监控，同时使得监控数据的采集更加的灵活；通过建立吊装力学模型，使得吊装安全分析更加的自动化和智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明原理框图。

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。

如图1所示，一种建筑施工用钢结构安全监测系统，包括监控模块、过程分析模块、预警模块和服务器；

监控模块用于建立钢结构现场施工的监控体系模型，具体方法包括：

获取钢结构建筑的监控图纸，建立重点构件表，根据重点构件表对监控图纸进行匹配，获得钢结构建筑中需要进行重点监控的构件，根据重点监控构件的施工顺序分别标记为Fi构件，其中i＝1、2、……、n，n为正整数；F1构件表示第一安装顺序构件，一般为柱子，F2构件表示第二安装顺序构件，依此类推；根据监控图纸建立钢架构模型，即为三维建筑模型；并根据Fi构件的安装顺序进行拆分，仅装配当前施工进度的钢结构模型，标记为施工过程模型；

基于施工过程模型建立固定监控点位，根据建立的监控点位在施工现场的对应位置上安装监控设备，获得固定监控区域；获取将要施工的Fi构件信息，在施工过程模型中进行区别标记；获取对应的现场吊装设备位置，一般为吊车进行吊装；在施工过程模型中的对应位置上设置吊装设备模型；进行施工过程模型的定位放样，获取将要施工的Fi构件实地坐标，以获取的Fi构件实地坐标为圆心构建空域监控模型，通过空域监控模型对钢结构施工过程进行实时监控；完成钢结构现场施工的监控体系模型建立。

钢结构建筑一般为钢结构厂房，监控图纸包括施工图、结构图、建筑图，坐标图等在本申请中需要用到的现有图纸；

建立重点构件表是由专家组进行讨论设置的，主要是根据施工吊装过程中具有极大的安全隐患设置的构件，如在进行柱子吊装施工时，就具有极大的安全隐患。

在施工过程模型中进行将要施工的Fi构件的区别标记指的使用不同于其他构件的颜色或其他方式使其和其他构件具有观看区别，施工过程模型是包括下一阶段将要施工的构件的，如将要进行柱子的吊装施工，是包括柱子吊装前地基等建筑结构和柱子模型。

基于施工过程模型建立固定监控点位的方法包括：

获取施工现场具有的能够使用的监控设备位置和现有监控区域，根据施工过程模型分析施工过程中所必需的固定监控区域，通过固定监控区域和监控区域计算补充监控区域，获取补充监控设备的设备信息，包括型号、分辨率、最佳监控范围等信息，根据获得的补充监控设备信息设置补充监控设备的安装点位，汇总补充监控设备安装点位和现有监控设备位置在施工过程模型中建立固定监控点位。

根据施工过程模型分析施工过程中所必需的固定监控区域的方法为：由专家组进行讨论设置，综合考虑安装难度和监控覆盖度；还可以通过建立神经网络模型进行智能分析。

根据固定监控区域和吊装设备位置设置若干个监控无人机的方法包括：

根据固定监控区域和吊装设备位置获取吊装设备运行过程中的未监控区域，如因为设备遮挡等多方面原因导致有部分的吊装区域无法进行监控，对应的就是未监控区域，根据监控无人机运行参数和未监控区域确定具体的监控无人机数量，具体的实施方法为本领域常识，因此不进行详细叙述。

以获取的Fi构件实地坐标为圆心构建空域监控模型的方法包括：

识别Fi构件实地坐标和吊装设备位置，以Fi构件实地坐标为圆心设置空间区域和空间坐标系；在空间区域内标记固定监控区域，根据固定监控区域和吊装设备位置设置若干个监控无人机，通过监控无人机进行补充监控，将固定监控区域和补充监控的采集数据进行整合输出，将空间区域、监控无人机和固定监控区域整合标记为空域监控模型。

以Fi构件实地坐标为圆心设置空间区域就是这个空间区域包括了吊装设备吊装Fi构件的工作范围，根据实地情况直接设置获取，因此不进行详细叙述。

通过监控无人机进行补充监控的方法包括：

实时根据固定监控区域和吊装设备位置计算未监控区域，根据吊装设备运行安全要求设置禁飞区，获取监控无人机运行参数，建立运行模型，将监控无人机运行参数、禁飞区和未监控区域输入到运行模型中，获得各个监控无人机的空间监控坐标，监控无人机根据获得的空间监控坐标进行补充监控。

根据吊装设备运行安全要求设置禁飞区就是在这个区域内飞行将会影响吊装设备运行或者影响监控无人机的飞行安全，吊装设备运行安全要求是直接可以获得的，若没有，可以由专家组进行设置。

监控无人机运行参数包括飞行高度、视频分辨率、像素等在本申请中将会用到的可以直接获取的参数。

运行模型是基于CNN网络或DNN网络进行建立的，设置训练集进行训练，具体的建立和训练过程为本领域常识，因此不进行详细叙述。

所述过程分析模块用于对施工过程进行分析，具体方法包括：

获取空域监控模型，设置协调单元，所述协调单元用于基于空域监控模型的监控数据对空域监控模型中的吊装设备和Fi构件进行动态调整，将空域监控模型和协调单元整合为第一分析模型；

识别吊装设备信息和Fi构件信息，包括相应的型号、尺寸、固定方式、承载力等信息，即为在后续需要使用的可以直接获得的信息，如吊装设备当前的固定方式可以承受的力为多大；将识别的吊装设备信息和Fi构件信息整合为目标力学信息，根据目标力学信息构建吊装力学模型；将吊装力学模型与第一分析模型进行整合标记为力学分析模型，通过力学分析模型实时分析吊装过程中的受力是否处于安全允许范围，当分析处于安全允许范围内时，不进行操作；当分析不处于安全允许范围内时，生成受力预警报警信号，并发送给预警模块。

协调单元的工作方法包括：

获取监控数据，对监控数据进行图像分析，获得吊装设备和Fi构件的动态坐标，根据获得的吊装设备和Fi构件的动态坐标对空域监控模型中的吊装设备模型和Fi构件模型进行动态调整，使其实时跟随实际吊装设备和Fi构件的运动。

对监控数据进行图像分析可以直接利用现有的图像分析技术，分析图像的位置变动坐标。

根据目标力学信息构建吊装力学模型的方法包括：

获取适用当前应用环境的力学分析模型，这个在当前的教学和检测过程中是具有相似的力学分析模型的，当没有时，可以由专家组进行相应的改编设置；分析当前的吊装设备和Fi构件具有的吊装角度，可以直接进行分析获得；基于CNN网络或DNN网络建立智能模型，根据吊装角度、目标力学信息、环境风力信息和力学分析模型构建训练集，通过构建的训练集对智能模型进行训练，将训练成功的智能模型标记为修正模型，通过修正模型对力学分析模型进行实时修正，将修正后符合要求的力学分析模型标记为吊装力学模型。

根据吊装角度、目标力学信息和力学分析模型构建训练集与智能模型的建立和训练过程均为本领域常识，因此不进行详细叙述。

将吊装力学模型与第一分析模型进行整合标记为力学分析模型就是根据第一分析模型中的动态吊装角度实时的由吊装力学模型计算对应的受力。

所述预警模块用于对钢结构施工进行安全预警，具体方法包括：

获取施工过程模型，识别各个空域监控模型，根据安全施工要求在施工过程模型内设置人员警戒区，通过空域监控模型的监控数据分析是否有人员位于人员警戒区内，当没有时，不进行操作；当分析有人员位于人员警戒区内时，生成人员报警信号，对对应人员警戒区内的人员进行驱离；

当接收到受力预警报警信号时，识别对应的吊装力学模型，对对应的吊装设备人员和现场管理人员进行报警。

通过空域监控模型的监控数据分析是否有人员位于人员警戒区内的方法就是通过现有的图像分析技术识别出监控数据中的人员位置，判断其是否位于人员警戒区内。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，包括监控模块、过程分析模块、预警模块和服务器；

监控模块用于建立钢结构现场施工的监控体系模型，包括施工过程模型和空域监控模型；

所述过程分析模块用于对施工过程进行分析，获取空域监控模型，设置协调单元，所述协调单元用于基于空域监控模型的监控数据对空域监控模型中的吊装设备和Fi构件进行动态调整，将空域监控模型和协调单元整合为第一分析模型；识别吊装设备信息和Fi构件信息，将识别的吊装设备信息和Fi构件信息整合为目标力学信息，根据目标力学信息构建吊装力学模型；将吊装力学模型与第一分析模型进行整合标记为力学分析模型，通过力学分析模型实时分析吊装过程中的受力是否处于安全允许范围，当分析不处于安全允许范围内时，生成受力预警报警信号，并发送给预警模块；

预警模块用于对钢结构施工进行安全预警。

2.根据权利要求1所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，监控模块的工作方法包括：

建立施工过程模型，基于施工过程模型建立固定监控点位，根据建立的监控点位在施工现场的对应位置上安装监控设备，获得固定监控区域；获取将要施工的Fi构件信息，在施工过程模型中进行区别标记；获取对应的现场吊装设备位置，在施工过程模型中的对应位置上设置吊装设备模型；进行施工过程模型的定位放样，获取将要施工的Fi构件实地坐标，以获取的Fi构件实地坐标为圆心构建空域监控模型，通过空域监控模型对钢结构施工过程进行实时监控。

3.根据权利要求2所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，建立施工过程模型的方法包括：

获取钢结构建筑的监控图纸，建立重点构件表，根据重点构件表对监控图纸进行匹配，获得钢结构建筑中需要进行重点监控的构件，根据重点监控构件的施工顺序分别标记为Fi构件，根据监控图纸建立钢架构模型，并根据Fi构件的安装顺序进行拆分，仅装配当前施工进度的钢结构模型，标记为施工过程模型。

4.根据权利要求2所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，以获取的Fi构件实地坐标为圆心构建空域监控模型的方法包括：

识别Fi构件实地坐标和吊装设备位置，以Fi构件实地坐标为圆心设置空间区域和空间坐标系；在空间区域内标记固定监控区域，根据固定监控区域和吊装设备位置设置若干个监控无人机，通过监控无人机进行补充监控，将固定监控区域和补充监控的采集数据进行整合输出，将空间区域、监控无人机和固定监控区域整合标记为空域监控模型。

5.根据权利要求4所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，通过监控无人机进行补充监控的方法包括：

实时根据固定监控区域和吊装设备位置计算未监控区域，根据吊装设备运行安全要求设置禁飞区，获取监控无人机运行参数，建立运行模型，将监控无人机运行参数、禁飞区和未监控区域输入到运行模型中，获得各个监控无人机的空间监控坐标，监控无人机根据获得的空间监控坐标进行补充监控。

6.根据权利要求2所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，基于施工过程模型建立固定监控点位的方法包括：

获取施工现场具有的能够使用的监控设备位置和现有监控区域，根据施工过程模型分析施工过程中所必需的固定监控区域，通过固定监控区域和监控区域计算补充监控区域，获取补充监控设备的设备信息，根据获得的补充监控设备信息设置补充监控设备的安装点位，汇总补充监控设备安装点位和现有监控设备位置在施工过程模型中建立固定监控点位。

7.根据权利要求1所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，根据目标力学信息构建吊装力学模型的方法包括：

获取适用当前应用环境的力学分析模型，分析当前的吊装设备和Fi构件具有的吊装角度，建立修正模型，通过修正模型对力学分析模型进行实时修正，将修正后符合要求的力学分析模型标记为吊装力学模型。

8.根据权利要求1所述的一种建筑施工用钢结构安全监测系统，其特征在于，预警模块的工作方法包括：

获取施工过程模型，识别各个空域监控模型，根据安全施工要求在施工过程模型内设置人员警戒区，通过空域监控模型的监控数据分析是否有人员位于人员警戒区内，当没有时，不进行操作；当分析有人员位于人员警戒区内时，生成人员报警信号，对对应人员警戒区内的人员进行驱离；

当接收到受力预警报警信号时，识别对应的吊装力学模型，对对应的吊装设备人员和现场管理人员进行报警。

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