CN115456206A - 基于bim+gis的隧道施工可视化管控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控方法及系统，通过在基于BIM+GIS的轻量化模型场景基础上实时加载隧道施工中的主要元素，以及基于物联网技术获取的各类施工现场监测数据，实现了施工现场各种信息的可视化、集成化；进而通过对各类数据的预警判断和预警传播，对施工安全隐患自动做出预警提示和闭环反馈，全面提升了隧道施工的可视化管理水平和遇到安全事故时的应急反应能力。

Description

基于BIM+GIS的隧道施工可视化管控方法及系统
技术领域
本发明涉及隧道施工管理技术领域，具体涉及一种隧道施工领域的可视化管控方法及系统。
背景技术
相对于其他工程项目，隧道建设工程普遍具有多断裂带、高地应力、高瓦斯、多地质灾害、隧道距离长等特点，以及海量施工生产数据、施工安全意识薄弱、施工难度加大、现场环境更复杂等等。
目前，在隧道施工过程中运用BIM技术辅助现场管控，还存在诸多不足：采集信息不统一，数据分散，难以全面、及时获取隧道内的施工信息；没有全面进行可视化管控，缺乏将三维BIM和GIS模型数据与施工现场数据的全面整合及呈现；对隧道施工安全的判断监测缺少高效的技术手段等等，造成了数据信息离散、没有实现融合与共享、管理效率低下等等现状。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控方法及系统，能够实现对隧道施工项目进行宏观-微观一体的可视化呈现，并全面获取施工现场的各项重要数据，与BIM+GIS三维复合模型进行关联显示，实现施工现场和后方管理的互联互通，对危及安全的情况进行自动预警，保障隧道施工的安全管理。
本公开提供的基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控方法，包括以下步骤：
构建生成能在同一平台显示的轻量化BIM+GIS三维复合模型；
实时采集、传送施工现场的各种数据信息，包括定位信息，各种环境数据信息，以及音视频信息；
根据采集到的数据信息，提取、计算施工现场主要元素的定位坐标及各项监测数据，获取关键工序当前作业面的位置，并与BIM+GIS复合模型进行关联；
加载显示BIM+GIS三维复合模型及其关联的施工现场主要元素，各项监测数据，标注关键工序的当前作业面；
根据所述监测数据，进行施工安全预警判断，做出预警或报警提示。
进一步的，所述定位信息的采集方法包括：
通过施工现场人员、设备佩戴移动式定位装置，与隧道内按相对洞口的距离布设的定位基站或读卡器进行交互，获得相对洞口的里程数据；隧道内生成的定位数据，由定位基站引至洞外，通过中继设备传输至后台进行处理；
所述音视频信息的采集方法包括：通过施工现场固定安装的音视频采集设备采集。
进一步的，所述计算施工现场主要元素的定位坐标的步骤，包括：
获取施工现场的定位信息，该定位信息为相对于隧道洞口的距离值；
将隧道按10m一段进行纵向分割，则所述定位信息根据差值计算落在某一个10m的区间内；
取该区间两端点经纬度的平均值，作为定位点的经纬度。
进一步的，所述关键工序当前作业面的位置，获取方法包括：
二衬、仰拱：
通过在二衬台车、仰拱栈桥上安装的定位装置，实时获取当前工序所在位置；
掌子面：
在机械作业隧道，通过在掌子面处的机械作业设备上安装的定位装置，获取施工期间除清理、爆破期间外的掌子面坐标；
在人工作业隧道，通过处于掌子面作业的人员佩戴定位装置，记录人员的驻留时长及最前端定位数据，获取在施期间掌子面坐标；
特殊工种前往掌子面区域作业，佩戴定位装置，根据特殊班组在施期间的定位，获取掌子面坐标；
通过三维激光扫描仪对掌子面、初支区域进行扫描，分别获取掌子面、初支当前所在位置的里程数据，但存在一定时效性；
对不同途径获取的掌子面位置数据进行综合判断处理，优选组合信任度高的数据，确定掌子面坐标位置。
进一步的，所述与BIM+GIS三维复合模型进行关联，具体包括：
根据定位坐标，将施工现场的主要元素与BIM+GIS三维复合模型建立关联，其中主要元素包括：人员、设备及用于采集监测数据的传感器；
根据传感器的定位，将传感器与相邻的施工构件模型进行关联，以标识来自该传感器的监测数据与施工区域间的关联关系。
进一步的，所述根据施工现场采集到的数据，进行施工安全预警判断，包括：
根据人员定位信息进行统计，对掌子面超员进行预警判断；
根据关键工序的作业面定位，对隧道挖掘过程中的步距进行计算，对步距超标进行预警和报警判断，其中，步距根据掌子面、二衬、仰拱的坐标，通过自动计算掌子面坐标-二衬坐标，掌子面坐标-仰拱坐标获得；
根据掌子面距离洞口的位置，对隧道不良地质信息进行预警；
对隧道内的有毒有害气体含量或浓度超标情况进行预警；
对洞内拱顶沉降、水平收敛进行监测及预警。
进一步的，所述做出预警或报警提示包括以下途径中的一种或多种：
在显示的BIM+GIS三维复合模型场景中做出提示，包括对相关的区域、设备或数据进行闪烁或重点提示；
在施工现场相关区域发出警示信号，包括声光、振动、烟雾中的一种或多种；
通过手机App通知或短信通知施工相关人员。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
在收到预警通知后，通过施工现场人员的手持移动设备，采集现场图片、视频、语音、文字中的一种或多种信息，通过手机app或web上传。
本公开提供的基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控系统，包括：
BIM+GIS模型单元，用于生成、保存能在同一平台显示的轻量化BIM+GIS复合模型，以及施工现场要素的BIM模型；
采集和传送单元，用于实时采集、传送施工现场的各种数据信息，包括定位信息，各种环境数据，以及重点区域的视频信息；
数据处理及存储单元，用于接收、保存、处理收到的施工现场数据信息，提取、计算施工现场主要元素的坐标定位，及各项监测数据，获取关键工序当前作业面的位置，并与BIM+GIS复合模型进行关联；
预警单元，用于根据所述监测数据，进行施工安全预警判断，发出告警提示；
显示单元，用于加载显示BIM+GIS复合模型及其关联的施工现场主要元素模型，标注关键工序当前作业面，根据用户浏览需求显示相关监测数据；在收到所述告警提示时，对模型场景中的相关区域、设备做出提示性显示。
进一步的，所述采集和传送单元包括：
采集人员设备定位信息的定位设备，采集施工现场环境数据的传感器，以及采集重点区域视频的音视频采集设备；
其中，所述定位设备包括：
定位基站：主要用于接收及传输定位信息，一般布置隧道洞口、二衬台车、防水板台车处，已施工完成段，按距离铺设；
读卡器：与定位基站配套安装，主要用于实时读取移动式定位装置信息；
移动式定位装置：由作业人员及设备佩戴，获取里程定位数据；
所述视频采集设备包括：固定于施工现场的视频监控设备；以及施工现场人员手持的采集设备，采集的音视频信息通过手机App上传。
本公开提供的基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控方法及系统，以BIM+GIS一体化模型为基础，通过实时加载基于物联网技术获取的施工现场人员、设备、关键作业面等主要元素模型及监测数据，实现了模型场景和施工现场的一体化呈现，以及施工信息的关联集成；同时，通过对各类监测数据的自动判断，对施工安全隐患发出预警提示，并将预警反馈到施工现场以及显示终端和施工相关人员等各个环节，进而再由收到预警的人员对现场信息进行针对性的信息采集，实现了信息由“采集-监控-预警通知-采集”的多重、高效闭环管理，全面提高了隧道施工的安全性和管理效率。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)将BIM+GIS模型作为数字表达核心和动态数据呈现的底板，赋予隧道可视化生产管理环境，同时由IOT技术承担信息感知、采集、传递、反馈的功能，二者集成实现了“信息流闭环”，使得管理方不仅能够及时、可视地掌握施工现场的进度情况，同时能对隧道施工安全隐患做出迅速、高效的连环反应，极大地提高了施工管理的现代化水平；
(2)充分集成了现有的各种有线和无线信息采集和传递手段，在传统设备外将手机等移动智能设备纳入系统，实现多源异构信息采集传输的同时，能将预警信息传递到电脑、手机、施工现场等多种终端，并能进一步通过手持设备进行施工现场多种信息的采集，通过App上传，有效补充了传统、固定设备信息采集的不足，提升了系统对各类安全事故的应急反应和处置能力；
(3)对BIM+GIS模型进行多层级、瓦片化划分，实现超大模型的轻量化处理，客户能够通过web、移动端等多种途径、多个角度进行浏览，实现了对施工现场的全局可视化掌控；
(4)通过传感器模型与施工构件模型关联，实现了隧道施工中采集到的数据与隧道施工区域的关联，能在进入预警状态时快速定位所处区域，并做出报警提示；
(5)能根据设备定位信息，自动获取重要工序的作业位置，并能对不满足步距要求的情况等等自动进行预警，提高了管理效率，节省了管理人工。
附图说明
图1为根据本公开的管控方法示例性实施例流程图。
图2为根据本公开的管控系统示例性实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控方法，附图1给出了示例性实施例的流程图，主要包括以下步骤：
步骤1，BIM+GIS模型生成
获取施工区域的GIS模型、隧道内场景的BIM模型，并对模型进行处理，集成为能在同一平台展示的BIM+GIS三维模型。
BIM施工建模流程主要包括，首先确定BIM模型精度；其次是制定项目实施目标(指导施工、可视化、思维施工虚拟建造)；第三，划分项目拆分原则(按区域划分、按构件划分)；第四，人员的分工；第五，选定协作方式；第六，BIM工具的选择(翻模工具等)。然后，利用BIM软件工具，基于工程构划，建立高精度BIM三维模型。GIS模型的获取方式包括：一是采用建模软件，对地理信息进行进行数据建模；二是采用无人机进行倾斜摄影或RTK等外部硬件，获取周边环境地理信息，实现地理信息模型建立；三是通过国家地理信息平台或其他第三方平台，获取地理模型。
示例性实施例中，用BIM建模软件对隧道工序与设备建立了三维模型库，用于实现隧道施工时各物体及实时状态在三维场景中的数字孪生。包括：隧道标准段内轮廓、洞口加强衬砌以及衬砌台车、湿喷机械手等设备；对用于采集监测数据的传感器和隧道施工构件，基于BIM技术进行建模，得到传感器模型和隧道施工构件模型。
本实施例中，为了实现客户通过Web和移动端、以及从各个角度都能浏览BIM+GIS模型场景，对BIM模型进行瓦片化、轻量化处理，包括：运用高性能加载算法，利用动态分辨率技术以及硬件设备支持，对模型进行多层级、瓦片化划分，判断场景可见性，将不需要表现的实体剔除或隐藏，实现超大模型的轻量化处理；
之后进行BIM模型数据格式的转换，把IFC数据格式导出为3DTiles标准格式，便于用WebGL图形引擎进行显示，该引擎同时支持GIS模型的加载显示，能够实现BIM数据和GIS信息的统一平台应用；
同时，对BIM与GIS模型基于位置进行对准，由此实现BIM与GIS模型的集成。
步骤2，实时获取施工现场数据。
在得到由BIM和GIS结合形成的新的数据模型后，在施工现场安装监测设备，通过IOT等技术获取施工现场的数据信息，并基于定位信息，将施工现场采集到的数据信息跟BIM和GIS模型进一步融合。
采集的监测数据包括：人员设备定位信息；有毒有害气体含量，风速，监控视频，不良地质信息，洞内监控量测数据等环境信息；以及重点区域的音视频信息，以及施工现场人员采集的照片、视频、语音、文字等信息。
本实施例中，隧道内的定位信息采集，采用相对于隧道洞口为基准的相对定位方法，通过进入隧道的人员和设备携带的可佩戴式定位装置，以及部署于隧道内的读卡器、定位基站，共同完成隧道内人员和设备的定位。隧道内生成的定位数据，由定位基站引至洞外，通过中继设备传输至后台进行处理。
有毒有害气体监测主要对掌子面、初支、仰拱、二衬等作业面进行监测，根据有毒有害气体密度不同，空间安设区域不同，主要实时监测洞内气体含量；
通风监测，主要对隧道掌子面、二衬等作业面进行风速采集，通过将风速仪接入监控风速值，可远程实时监控洞内当前风速流量；
监控量测，主要通过传感器或全站仪，对隧道拱顶沉降、水平收敛等关键数据进行测量采集。
施工现场收集的数据通过有线或无线引出洞外，进而传送至后台，实现数据的实时共享。
施工现场的音视频信息，主要由施工现场固定安装的视频采集设备采集；另外，还可以由施工现场的日常巡查人员，或收到预警通知后的相关人员，通过手机或pad等手持移动设备，采集现场的图片、视频、语音、文字中的一种或多种信息，通过手机app或web上传。
步骤3，将施工现场的主要元素及各项监测数据与BIM+GIS复合模型进行关联。
本公开将BIM+GIS三维模型作为物联网数据的载体，将采集到的数据信息与三维模型关联起来，即可在模型场景中集成加载施工现场的主要元素模型，显示相关的监测数据，标注当前关键工序的作业位置，实现施工现场与模型场景的充分融合。
具体主要包括：
(1)根据定位信息，将施工现场的主要元素与BIM+GIS三维复合模型建立关联，其中主要元素包括：人员、设备及用于采集监测数据的传感器等等，便于在模型场景中按照位置实时加载、显示这些元素，并对其中移动元素的位置进行实时更新。
洞内施工现场采集的定位信息，与BIM+GIS复合模型进行关联的方法，包括：
获取定位信息，该定位信息为相对于隧道洞口的距离值；
将隧道按10m一段进行纵向分割，则所述定位信息根据差值计算落在某一个10m的区间内；
将该区间两端点经纬度的平均值，作为定位点的经纬度，即可与GIS关联。
在具体的实现软件中，将计算好的定位数据通过websocket推送到前端模型显示页面，以标注在GIS地图模型上。
(2)根据传感器的定位，将传感器与相邻的施工构件模型通过唯一编码进行关联，则源自该传感器的监测数据与施工构件所在施工区域间也随之建立对应关系。
步骤4，获取关键工序的当前作业面位置。
对于二衬、仰拱，通过二衬台车、仰拱栈桥上安装定位装置，可第一时间反馈当前工序所在位置；
掌子面作为活动性较大区域，识别掌子面坐标通过以下几种方法解决：
方法一：机械作业隧道，掌子面处的三臂凿岩台车或其他设备安装定位装置，判定在施期间掌子面坐标(清理、爆破期间需后撤)；
方法二：人工作业隧道，人员处于掌子面作业，佩戴定位装置，后台记录驻留时长，判定在施期间掌子面坐标；
方法三：特殊工种前往掌子面区域作业，佩戴定位装置，以特殊班组在施期间判定掌子面坐标；
方法四：三维激光扫描仪对掌子面、初支区域进行扫描，获取里程数据(存在空窗期)；
结合四种判定方法，优化掌子面识别定义数据，锁定信任数据，以优选项或筛选项组合，解决掌子面位置难识别问题。
步骤5，BIM+GIS三维复合模型场景的集成加载显示。
加载显示经过瓦片化、轻量化处理的BIM+GIS复合模型，及其相关的施工现场各种要素和数据，标注当前关键工序的作业位置。用户可按照需求，通过移动端APP、PC端Web等不同途径，以不同角度，浏览模型不同的地方，可以获取所对应的施工区域的信息，进而分析、决策，能够对隧道施工过程实现可视化管控，提高沟通效率，提升隧道施工关联效率。
步骤6，自动预警。
根据现场采集的数据，进行安全预警判断，并在判断进入预警或报警状态时，进行报警提示。具体包括：
(1)根据人员定位信息进行统计，对掌子面超员进行预警判断。
(2)根据关键工序的作业面定位，对隧道挖掘过程中的步距进行计算，对步距超标进行预警和报警判断。
传统管理模式上，安全步距作为隧道施工安全重点管控条件之一，项目部根据每日日报判定掌子面、二衬、仰拱等关键工序所在里程，手动计算步距，时效性较差。在本实施例中，将定位信息延伸至安全步距计算，根据定位信息获得掌子面、二衬、仰拱坐标后，通过自动计算掌子面坐标-二衬坐标，掌子面坐标-仰拱坐标，获得步距信息。
(3)根据掌子面距离洞口的位置，对隧道不良地质信息进行预警；
(4)对隧道内的有毒有害气体含量或浓度超标情况进行预警；
(5)对洞内拱顶沉降、水平收敛进行监测及预警。
判断数据超标后，可通过以下途径给出预警或报警提示：
在显示的BIM+GIS三维复合模型场景中做出提示，包括对相关的区域、设备或数据等进行闪烁或重点提示；
在施工现场相关区域发出声光、振动、烟雾等警示信号；
通过手机App通知或短信通知施工相关人员。
本实施例还包括以下步骤：
在收到预警通知后，由施工现场人员通过手持移动设备，采集现场的图片、视频、语音、文字等，通过手机app或web上传。
由此，本公开不仅实现了基于三维复合模型的施工现场可视化，同时还实现了从信息采集-自动预警判断-发出通知-信息采集的闭环管理，保证了隧道施工在出现各类安全事故时的迅速反应和应急处置能力。
附图2提供了一种根据本公开所述的隧道施工可视化管控系统示例性实施例。该系统按照IOT(Internet of Things，物联网)的层次构建。
IOT从层次结构上分为四个层级，一是感知层，利用传感器及时获取施工现场数据信息；二是网络层，数据信息的传输，通过各种网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去，应用BIM软件构建的数据源信息，其包含工程的几何信息、附着在模型上的非几何信息；三是平台层，是集成以及共享数据信息的平台，其可以对数据信息进行一系列操作，主要包括模型整合的各种可视化模拟软件平台和动态施工管理的平台；四是应用层，为管理者提供决策依据，对感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。
系统具体包括：
(一)BIM+GIS模型单元
用于构建生成能在同一平台显示的、轻量化BIM+GIS复合模型。
(二)采集设备
与IOT数据传输装置相耦合，是对隧道施工构件数据信息进行实时采集的设备，进行施工数据实时采集，用于通过可视化平台进行展示。
采集设备包括：传感器，定位设备，及音视频采集装置等。
传感器主要采集隧道施工的沉降、倾角、位移、变形、应力、轴力、土压、水压的运行等反映施工生产要素状态的数据。目前常用传感器包括轴力计、倾斜仪、位移计、应力计、温湿度传感器、有害气体检测仪等。
有害气体检测仪，用于对掌子面、初支、仰拱、二衬等作业面，根据有毒有害气体密度不同，空间安设区域不同，主要实时监测洞内气体含量。
风速仪，用于对隧道掌子面、二衬等作业面进行风速采集，通过接入监控，可远程实时监控洞内当前风速流量。
地质灾害监测设备将接入洞口GPS设备，用于实现洞口GPS设备展示、监测数据列表展示、分析预警；接入超前地质监测传感器，用于实现超前地质预测展示、监测数据分析预警。
监控量测，主要通过传感器或全站仪，对隧道拱顶沉降、水平收敛等必测关键数据进行分析，判断结构、支护是否符合设计要求。
本实施例中，用于采集定位信息的定位设备包括：
定位基站：主要用于接收及传输定位信息，一般布置于隧道洞口、二衬台车、防水板台车处，已施工完成段，按距离铺设定位基站或中继网桥。
读卡器：与定位基站配套安装，主要用于实时读取定位装置信息。
移动式定位装置：由作业人员及设备佩戴，获取里程定位数据。
隧道内生成的定位数据，由定位基站引至洞外，通过中继设备传输至数据处理及存储单元。
本实施例中，音视频采集设备包括：
固定于施工现场的视频监控设备：用于对重点施工区域或位置进行音视频采集，通过接入视频监控设备，接入监控视频资源，可以远程实时监控各监控设备前方的具体情况。在视频监控页面可查询某个隧道的视频设备，统计数据。
施工现场人员手持的智能手机、pad等采集设备，采集的音视频信息通过手机App或web等上传。
(三)IOT数据传输装置
分别与云平台服务器、采集设备相耦合，用于将隧道施工监测设备采集的施工过程的实时数据和历史数据发送至所述云平台服务器。
(四)云平台服务器
分别与IOT数据传输装置和客户端相耦合，对所述IOT数据传输装置发送的隧道施工地表沉降观测数据、人员及设备定位、里程数据、视频监控、有毒有害气体、通风监测数据等信息，提取、计算施工现场主要元素的定位坐标及各项监测数据，与BIM+GIS复合模型进行关联，获取关键工序当前作业面的位置；进行安全预警分析，并将分析结果发送至客户端。
具体包括：数据接收入库模块、数据解算及模型数据关联模块、预警分析模块和报警阈值设定模块。其中：
数据接收入库模块，与所述数据传输装置相耦合，用于接收所述数据传输设备发送的数据，进行分类存储；
数据解算和模型数据关联模块，根据接收到的信息，提取、计算施工现场主要元素的定位坐标及各项监测数据；根据定位坐标，将施工现场的主要元素包括人员、设备、传感器等的模型与BIM+GIS复合模型建立关联，并将传感器模型和隧道施工构件模型通过唯一编码进行关联，从而将采集的各项信息，通过GIS技术精确定位并在BIM模型中与相应的构件相关联；
所述报警阈值设定模块，按照设计规范要求，对各监测值进行安全阈值设定；
预警分析模块，分别与所述数据接收入库模块、数据解算和模型数据关联模块、和报警阈值设定模块相耦合，用于对施工现场采集到的实时数据和历史数据进行对比分析、趋势分析和相关性分析，判断隧道施工处于预警状态时，发送报警信息至客户端。
(五)客户端
与所述BIM+GIS模型单元，云平台服务器的数据接收入库模块、预警分析模块、和报警阈值设定模块相耦合，用于：通过BIM+GIS技术对所述监测数据进行展示；当接收到所述预警分析模块发送的报警信息时进行报警提示。
所述客户端包括数据展示模块、报警模块、巡查模块、手机App报警子模块和Web客户端报警子模块，以及施工现场预警终端，其中，
所述数据展示模块，包括基于电脑应用程序、Web浏览器、手机App等的多种显示终端，用于GIS地图和BIM模型的集成展示，包括：将监测的隧道在地图上进行空间定位，将隧道施工监测状态进行标识，展示隧道施工构件、现场人员设备等要素、以及采集设备的BIM模型，将所述监测数据实时显示于模型场景中；当因监测数据超出报警阀值而收到预警分析模块发送的预警信息时，在所显示的模型场景中对所述采集设备和与其关联的隧道构件等进行红色闪烁显示；
所述报警模块，用于接收所述预警分析模块发送的报警信息，将报警信息发送至施工现场的预警终端，巡查模块、手机App报警子模块和Web客户端报警子模块，以及作为优选的报警总结、还原模块；
所述巡查模块，与所述报警模块相耦合，用于接收到所述报警信息后发送巡查指令给巡查人员，巡查人员收到所述巡查指令后，及时到现场探查情况，通过手机App拍照、录制视频、或以文字或语音等形式将现场的情况通过App上传到云平台服务器；
所述手机App报警子模块和Web客户端报警子模块，通过P2P搜索技术，向具有权限的手机App、Web客户端、手机短信中的一种或多种推送报警信息。预警时，能够在BIM+GIS模型中定位到报警传感器的精确位置，展示报警数据信息。
施工现场预警终端设备包括烟雾、声光、振动等报警设备。
可见，本公开的示例性实施例，对BIM+GIS模型进行瓦片化、轻量化处理，缩小模型体量；在隧道内充分应用感知技术，将隧道内人、机、料、法、环、测多源异构融合生产数据通过物联网技术实现全面集成感知；将采集到的数据与BIM+GIS模型进行关联融合，实现施工现场与模型场景的一体化展示；对施工现场的安全隐患数据进行自动判断和报警；监测设备和传感器与隧道三维模型关联，可在模型中直接定位报警的实际发生位置；由此，以BIM+GIS模型技术为基础，实现了对隧道施工集场景展示、数据采集、安全监测为一体的可视化管控。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BIM+GIS的隧道施工可视化管控方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建生成能在同一平台显示的轻量化BIM+GIS三维复合模型；
实时采集、传送施工现场的各种数据信息，包括定位信息，各种环境数据信息，以及音视频信息；
数据提取、解算及模型关联，包括：根据采集到的数据信息，提取、计算施工现场主要元素的定位坐标及各项监测数据，获取关键工序当前作业面的位置，并与BIM+GIS三维复合模型进行关联；
加载显示BIM+GIS三维复合模型及其关联的施工现场主要元素，各项监测数据，标注关键工序的当前作业面；
根据所述监测数据，进行施工安全预警判断，做出预警或报警提示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位信息的采集方法包括：
通过施工现场人员、设备佩戴移动式定位装置，与隧道内按相对洞口的距离布设的定位基站或读卡器进行交互，获得相对洞口的里程数据；隧道内生成的定位数据，由定位基站引至洞外，通过中继设备传输至后台进行处理；
所述音视频信息的采集方法包括：通过施工现场固定安装的音视频采集设备采集，以及施工现场人员手持采集设备采集，通过手机APP或Web上传。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述计算施工现场主要元素的定位坐标的步骤，包括：
获取施工现场的定位信息，该定位信息为相对于隧道洞口的距离值；
将隧道按10m一段进行纵向分割，则所述定位信息根据差值计算落在某一个10m的区间内；
取该区间两端点经纬度的平均值，作为定位点的经纬度。
4.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述关键工序当前作业面的位置，具体获取方法包括：
二衬、仰拱：
通过在二衬台车、仰拱栈桥上安装定位装置，实时获取当前工序所在位置；
掌子面：
在机械作业隧道，通过在掌子面处的机械作业设备上安装定位装置，获取施工期间除清理、爆破期间外的掌子面坐标；
在人工作业隧道，通过处于掌子面作业的人员佩戴定位装置，记录人员的驻留时长及最前端定位数据，获取在施期间掌子面坐标；
特殊工种前往掌子面区域作业，佩戴定位装置，根据特殊班组在施期间的定位，获取掌子面坐标；
通过三维激光扫描仪对掌子面、初支区域进行扫描，分别获取掌子面、初支当前所在位置的里程数据，但存在一定时效性；
对不同途径获取的掌子面位置数据进行综合判断处理，优选组合信任度高的数据，确定掌子面坐标位置。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述与BIM+GIS三维复合模型进行关联，具体包括：
根据定位坐标，将施工现场的主要元素与BIM+GIS三维复合模型建立关联，其中主要元素包括：人员、设备及用于采集监测数据的传感器；
根据传感器的定位，将传感器与相邻的施工构件模型进行关联，以标识来自该传感器的监测数据与施工区域间的关联关系。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述根据施工现场采集到的数据，进行施工安全预警判断，包括：
根据人员定位信息进行统计，对掌子面超员进行预警判断；
根据关键工序的作业面定位，对隧道挖掘过程中的步距进行计算，对步距超标进行预警和报警判断，其中，步距根据掌子面、二衬、仰拱的坐标，通过自动计算掌子面坐标-二衬坐标，掌子面坐标-仰拱坐标获得；
根据掌子面距离洞口的位置，对隧道不良地质信息进行预警；
对隧道内的有毒有害气体含量或浓度超标情况进行预警；
对洞内拱顶沉降、水平收敛进行监测及预警。
7.如权利要求1-6中任一所述方法，其特征在于，所述做出预警或报警提示包括以下途径中的一种或多种：
在显示的BIM+GIS三维复合模型场景中做出提示，包括对相关的区域、设备或数据进行闪烁或重点提示；
在施工现场相关区域发出警示信号，包括声光、振动、烟雾中的一种或多种；
通过手机App通知或短信通知施工相关人员。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在收到预警通知后，通过施工现场人员的手持移动设备，采集现场图片、视频、语音、文字中的一种或多种信息，通过手机app或web上传。
9.一种基于BIM+GIS技术的隧道施工可视化管控系统，其特征在于，包括：
BIM+GIS模型单元，用于生成、保存能在同一平台显示的轻量化BIM+GIS三维复合模型，以及施工现场要素的BIM模型；
采集和传送单元，用于实时采集、传送施工现场的各种数据信息，包括定位信息，各种环境数据信息，以及重点区域的音视频信息；
数据处理及存储单元，用于接收、保存、处理收到的施工现场数据信息，提取、计算施工现场主要元素的坐标定位及各项监测数据，获取关键工序当前作业面的位置，并与BIM+GIS三维复合模型进行关联；
预警单元，用于根据所述监测数据，进行施工安全预警判断，发出告警提示；
显示单元，用于加载显示BIM+GIS复合模型及其关联的施工现场主要元素模型，标注关键工序当前作业面，根据用户浏览需求显示相关监测数据；在收到所述告警提示时，对模型场景中的相关区域、设备、或数据做出提示性显示。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述采集和传送单元包括：
采集人员设备定位信息的定位设备，采集施工现场环境数据的传感器，以及采集重点区域视频的音视频采集设备；
其中，所述定位设备包括：
定位基站：主要用于接收及传输定位信息，一般布置隧道洞口、二衬台车、防水板台车处，已施工完成段，按距离铺设；
读卡器：与定位基站配套安装，主要用于实时读取移动式定位装置信息；
移动式定位装置：由作业人员及设备佩戴，获取里程定位数据；
所述音视频采集设备包括：固定于施工现场的音视频监控设备；以及施工现场人员手持的采集设备，采集的音视频信息通过手机App上传。
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