CN116882670A - 基于bim的水运工程智慧工地管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，包括状态监测模块、数据集成模块、数据分析模块、预警通知模块和BIM展示模块。通过状态监测模块中，对水域、场地、人员等不安全因素进行监测；通过数据集成模块，实现监测数据的清洗、转换、存储；通过数据分析模块，对各监测要素进行指标分析，划分指标分类库、指标阈值库和问题解决方案库，根据监测数据形成不同处理方案；通过预警通知模块和BIM展示模块，及时将各类危险信息通知到位，并直观展示。本发明能够实现水运工程工地现场人、机、料、法、环的展示、监控、预警，及时发现施工过程中存在的偏差和危险因素，并通过有效手段进行处理，提高了对水运工程施工管理的智慧化程度。
Description
技术领域
本发明涉及水运工程工地管理技术领域，更具体地说，涉及一种基于BIM的水运工程智慧工地管理系统。
背景技术
水运工程项目具有工期长、施工环境恶劣、野外作业、水上作业及受地形、地质、气候影响大等特点，传统的工程管理模式针对水运工程项目存在诸多的弊端，诸如，无法短时间了解场地内施工作业人员、水域内船舶、环境信息，监管不及时，落实不到位，信息时效性低，无法实时掌握现场动态等问题，可能造成施工进度迟滞，影响安全生产管理。
BIM是工程设计施工管理的数据化工具，通过参数模型整合了项目的各种相关数据，并在整个项目设计、施工、运行和维护中进行共享和传递，使工程技术人员能够正确理解和有效处理各种工程信息。
智慧工地特指通过信息化手段，对工程项目精准设计并进行施工模拟，围绕施工过程管理，构筑科学管理，智能生产的施工项目信息化生态圈，将计算出来的数据在虚拟现实环境下，融合物联网收集到的工程信息来深度挖掘并进行分析，提供趋势预测和专家预案。
在其他行业已经有采用BIM+智慧工地技术进行项目施工管理的应用案例，但是对于水运工程项目环境复杂、水上作业多的特点，现有的BIM+智慧工地技术往往难以应用，有必要针对水运工程项目特点进行智慧工地管理系统建设。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其能够实现水运工程工地现场人、机、料、法、环的展示、监控、预警，及时发现施工过程中存在的偏差和危险因素，并通过有效手段进行处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，包括状态监测模块、数据集成模块、数据分析模块、预警通知模块和BIM展示模块；
所述状态监测模块监测水运工程施工现场要素的实时状态，获取到数据后，利用5G/4G通信模组，将数据实时推送到智慧工地管理系统，完成数据采集；
所述数据集成模块用于整合环境传感器、设备传感器、定位传感器等数据，通过数据清洗、数据转换、数据存储步骤，实现多源异构数据的统一处理；
所述数据分析模块用于接收数据集成模块处理后的数据，按照预设的环境监测、机械设备监测、人员监测的阈值、边界和规则，对数据进行分类分析，形成现场问题分析报告，结合问题解决方案库，给出问题所匹配的处理方式；
所述预警通知模块结合数据分析结果和现场问题解决方案，对现场是否符合作业条件、是否存在安全风险等进行短信通知，对需要现场解决的问题，结合现场广播系统，实时播报问题位置、负责人及处理方式；
所述BIM展示模块：基于BIM技术，集成GIS数据和多种IOT实时数据，实现施工现场场景、工况的可视化展示。
按上述方案，所述状态监测模块包括水上监测、场地监测、人员监控等模块；
所述水上监测对现场的水位、流量、波浪、风力、船舶、水上作业人员进行监测，实时监测现场水域情况；
所述场地监测对场地内的噪声、扬尘、温湿度、危险源、车辆进出、能耗情况、基坑位移、塔机安全进行监测；
所述人员监控对施工人员进出场、位置和动态进行实时监控，掌握人员动态。
按上述方案，所述数据分析模块的处理步骤如下：
S1、首先对原始数据进行数据清洗，将不完整的数据、错误的数据、重复的数据进行过滤、修正，减少后续处理成本；
S2、在数据清洗后，对数据进行转换，具体对不同传感器、监控设备传过来的多源异构数据进行统一化处理，统一数据粒度、统一属性，便于对数据进行存储；
S3、进行数据存储，将统一后的数据，集中存储在一个或多个数据库表中，便于数据的使用和分析。
按上述方案，所述数据分析模块的分析步骤如下：
Sa、将处理后的实时监控数据与指标分类库进行比对，将监控数据划分为以指标为维度的不同数据组别；
Sb、将数据与预设各指标阈值库进行比较，判断是否在安全阈值内，安全阈值内的数据不做处理；
Sc、安全阈值外的数据，判断数据严重级别，结合问题解决方案库，形成现场问题解决方案。
按上述方案，所述步骤Sa中，利用PNPoly算法对船舶是否在作业围栏内进行分析，算法流程如下：
Step1、首先获取作业围栏经度最大值Lngmax和最小值Lngmin，纬度的最大值Latmax和最小值Latmin；
Step2、若船舶当前坐标(lngt，latt)符合如下任一情况：lngt小于Lngmin、lngt大于Lngmax、latt小于Latmin、latt大于Latmax，则船舶在围栏外，结束计算，记录当前船舶状态为围栏外S_Out，否则进入Step3；
Step3、遍历组成围栏的各边，计算过当前坐标点的水平射线与各边交点数，以当前点为起点，与当前坐标点纬度相同的一系列点组成的射线，各边由相邻的两个坐标点(lngi，lati)、(lngi+1，lati+1)组成，判断是否有交点的计算流程如下：
①判断当前点是否满足以下任一条件，
若满足，则无交点，判断结束；否则继续进行②；
②判断当前水平射线的交点是否在当前点的右侧，即满足以下条件：
若满足以上公式，则射线与当前边有交点；否则无交点；
Step4、计算交点数量，若交点数为奇数，则船舶当前在围栏内，记录当前船舶状态为围栏内S_In，否则，记录当前船舶状态为围栏外S_Out；
Step5、根据上一时段船舶状态与当前时刻船舶状态，判断船舶目前是动态状态是驶入围栏还是驶出围栏，共有四种状态：驶入(S_Out-S_In)、驶出(S_In-S_Out)、始终在围栏内(S_In-S_In)、始终在围栏外(S_Out-S_Out)，根据船舶是否是作业船舶，制定预警方案。
按上述方案，所述BIM展示模块展示的内容包括：施工三维场景、现场人员展示、水域信息展示、场地信息展示和预警通知展示。
实施本发明的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，具有以下有益效果：
1、基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，通过数据集成、可视化展示等方式，将施工中的人、机、料、法、环等各类要素在三维模拟场景中展示，提升工地管理的可视化、精细化水平；
2、基于对实时采集数据的指标分类，结合图像识别、机器学习等数据分析算法，确定各监控要素的安全等级，实现现场各类问题的智慧化识别和预警，提升工地管理的智慧化水平；
3、基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，提供了一套对施工现场安全问题处理流程，实现了安全问题实时监测、合理分析、及时预警、有效闭环，减少安全事故的发生。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于BIM的水运工程智慧工地管理系统的结构示意图；
图2是本发明水上监测单元功能架构示意图；
图3是本发明数据分析处理流程图；
图4是本发明船舶定位分析流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，包括：状态监测模块、数据集成模块、数据分析模块、预警通知模块、BIM展示模块。
本发明的工作过程如下：
状态监测模块负责监测水运工程施工现场各类要素的实时状态，包括水上监测、场地监测、人员监控等子模块，监控模块获取到数据后，再通过5G/4G通信方式，将数据传送到公网部署的数据集成模块中，完成数据采集步骤，数据采集内容如下：
(1)水上监测单元如图2所示，包括水域环境监测、船舶监测和水上作业监测，其中水域环境监测主要是通过水位传感器、流量传感器、波浪传感器、风力传感器对现场的水位、流量、波浪、风力等进行监测，实时监测现场水域环境情况；船舶监测主要是基于AIS实现施工区域各类船舶的实时监测，并与BIM展示模块集成，达到施工区域船舶三维可视化监管，再通过划定电子围栏等手段，当船舶越过电子围栏时，系统能自动报警，提高船舶监控水平；水上作业监测基于智能摄像头和人员定位系统，监测水上作业人员安全帽、救生衣、聚集、跌倒跌落、抽烟、电话等行为。(2)场地监测单元具体为：通过环境监测设备、智能摄像头、场地道闸、智能水表、智能电表、北斗定位基站、塔机等，对场地内的噪声、扬尘、温湿度、危险源、车辆进出、能耗情况、基坑位移、塔机安全等进行监测。(3)人员监控单元具体为：基于人脸识别闸机、智能安全帽，实时监控施工人员进出场、位置和动态，掌握人员动态，非法进入规定区域进行报警，避免安全事故发生。
数据集成模块接收状态监控模块传输过来的原始监控数据，按照数据清洗、数据转换、数据存储的步骤，对数据进行处理的过程包括以下步骤：
S1、首先对原始数据进行数据清洗，将不符合要求的数据进行过滤、修正，减少后续处理成本，此处不符合要求的数据主要是指不完整的数据、错误的数据、重复的数据。
S2、数据清洗后，对数据进行转换，主要是对不同传感器、监控设备传过来的多源异构数据进行统一化处理，统一数据粒度、统一属性，便于对数据进行存储。
S3、数据集成的最后一步是数据存储，将统一后的数据，集中存储在一个或多个数据库表中，便于数据的使用和分析。
如图3所示，数据分析模块从数据集成模块中获取处理后的实时监控数据，数据分析过程：
Sa、将处理后的实时监控数据与指标分类库进行比对，划分为不同的数据组别；
Sb、将数据与预设各指标阈值库进行比较，判断是否在安全阈值内，安全阈值内的数据不做处理；
Sc、安全阈值外的数据，判断数据严重级别，结合问题解决方案库，形成现场问题解决方案。
其中，利用PNPoly算法对船舶是否在作业围栏内进行分析，并制定预警措施，算法流程图如图4所示，PNPoly算法流程如下：
Step1、首先获取作业围栏经度最大值Lngmax和最小值Lngmin，纬度的最大值Latmax和最小值Latmin；
Step2、若船舶当前坐标(lngt，latt)符合如下任一情况：lngt小于Lngmin、lngt大于Lngmax、latt小于Latmin、latt大于Latmax，则船舶在围栏外，结束计算，记录当前船舶状态为围栏外S_Out，否则进入Step3；
Step3、遍历组成围栏的各边，计算过当前坐标点的水平射线(以当前点为起点，与当前坐标点纬度相同的一系列点组成的射线)与各边交点数，各边由相邻的两个坐标点(lngi，lati)、(lngi+1，lati+1)组成，判断是否有交点的计算流程如下：
①判断当前点是否满足以下任一条件，
若满足，则无交点，判断结束；否则继续进行②；
②判断当前水平射线的交点是否在当前点的右侧，即满足以下条件:
若满足以上公式，则射线与当前边有交点；否则无交点。
Step4、计算交点数量，若交点数为奇数，则船舶当前在围栏内，记录当前船舶状态为围栏内S_In，否则，记录当前船舶状态为围栏外S_Out；
Step5、根据上一时段船舶状态与当前时刻船舶状态，判断船舶目前是动态状态是驶入围栏还是驶出围栏，共有四种状态：驶入(S_Out-S_In)、驶出(S_In-S_Out)、始终在围栏内(S_In-S_In)、始终在围栏外(S_Out-S_Out)，根据船舶是否是作业船舶，制定预警方案。
数据分析模块产生的现场问题解决方案，在预警通知模块进行处理，对现场是否符合作业条件、是否存在安全风险等信息实现多种方式通知：包括短信、平台通知等，另外，对需要现场解决的问题，结合现场广播系统，实时播报问题位置、负责人及处理方式，做到快速反应。
将数据分析模块、预警通知模块产生的数据在BIM展示模块进行展示，通过BIM模型和GIS场景结合，实现施工现场场景、各类工况、各种问题的可视化展示，让管理者可以做到远程监控和管理，展示内容包括：
(1)施工三维场景：以BIM模型和GIS数据为基础，展示工程三维场景；
(2)现场人员展示：在三维场景中展示人员实时定位、人员历史轨迹和人员进出场记录等数据；
(3)水域信息展示：在三维场景中展示水域环境监测数据趋势图，监测水域船舶定位、船舶历史轨迹等数据；
(4)场地信息展示：在三维场景中展示现场视频监控、能耗数据、危险源点位等数据；
(5)预警通知展示：在三维场景中实时展示预警通知位置和严重程度。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其特征在于，包括状态监测模块、数据集成模块、数据分析模块、预警通知模块和BIM展示模块；
所述状态监测模块监测水运工程施工现场要素的实时状态，获取到数据后，利用5G/4G通信模组，将数据实时推送到智慧工地管理系统，完成数据采集；
所述数据集成模块用于整合环境传感器、设备传感器、定位传感器等数据，通过数据清洗、数据转换、数据存储步骤，实现多源异构数据的统一处理；
所述数据分析模块用于接收数据集成模块处理后的数据，按照预设的环境监测、机械设备监测、人员监测的阈值、边界和规则，对数据进行分类分析，形成现场问题分析报告，结合问题解决方案库，给出问题所匹配的处理方式；
所述预警通知模块结合数据分析结果和现场问题解决方案，对现场是否符合作业条件、是否存在安全风险等进行短信通知，对需要现场解决的问题，结合现场广播系统，实时播报问题位置、负责人及处理方式；
所述BIM展示模块：基于BIM技术，集成GIS数据和多种IOT实时数据，实现施工现场场景、工况的可视化展示。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其特征在于，所述状态监测模块包括水上监测、场地监测、人员监控等模块；
所述水上监测对现场的水位、流量、波浪、风力、船舶、水上作业人员进行监测，实时监测现场水域情况；
所述场地监测对场地内的噪声、扬尘、温湿度、危险源、车辆进出、能耗情况、基坑位移、塔机安全进行监测；
所述人员监控对施工人员进出场、位置和动态进行实时监控，掌握人员动态。
3.根据权利要求1所述的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其特征在于，所述数据分析模块的处理步骤如下：
S1、首先对原始数据进行数据清洗，将不完整的数据、错误的数据、重复的数据进行过滤、修正，减少后续处理成本；
S2、在数据清洗后，对数据进行转换，具体对不同传感器、监控设备传过来的多源异构数据进行统一化处理，统一数据粒度、统一属性，便于对数据进行存储；
S3、进行数据存储，将统一后的数据，集中存储在一个或多个数据库表中，便于数据的使用和分析。
4.根据权利要求1所述的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其特征在于，所述数据分析模块的分析步骤如下：
Sa、将处理后的实时监控数据与指标分类库进行比对，将监控数据划分为以指标为维度的不同数据组别；
Sb、将数据与预设各指标阈值库进行比较，判断是否在安全阈值内，安全阈值内的数据不做处理；
Sc、安全阈值外的数据，判断数据严重级别，结合问题解决方案库，形成现场问题解决方案。
5.根据权利要求4所述的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其特征在于，所述步骤Sa中，利用PNPoly算法对船舶是否在作业围栏内进行分析，算法流程如下：
Step1、首先获取作业围栏经度最大值Lngmax和最小值Lngmin，纬度的最大值Latmax和最小值Latmin；
Step2、若船舶当前坐标(lngt，latt)符合如下任一情况：lngt小于Lngmin、lngt大于Lngmax、latt小于Latmin、latt大于Latmax，则船舶在围栏外，结束计算，记录当前船舶状态为围栏外S_Out，否则进入Step3；
Step3、遍历组成围栏的各边，计算过当前坐标点的水平射线与各边交点数，以当前点为起点，与当前坐标点纬度相同的一系列点组成的射线，各边由相邻的两个坐标点(lngi，lati)、(lngi+1，lati+1)组成，判断是否有交点的计算流程如下：
①判断当前点是否满足以下任一条件，
若满足，则无交点，判断结束；否则继续进行②；
②判断当前水平射线的交点是否在当前点的右侧，即满足以下条件：
若满足以上公式，则射线与当前边有交点；否则无交点；
Step4、计算交点数量，若交点数为奇数，则船舶当前在围栏内，记录当前船舶状态为围栏内S_In，否则，记录当前船舶状态为围栏外S_Out；
Step5、根据上一时段船舶状态与当前时刻船舶状态，判断船舶目前是动态状态是驶入围栏还是驶出围栏，共有四种状态：驶入(S_Out-S_In)、驶出(S_In-S_Out)、始终在围栏内(S_In-S_In)、始终在围栏外(S_Out-S_Out)，根据船舶是否是作业船舶，制定预警方案。
6.根据权利要求1所述的基于BIM的水运工程智慧工地管理系统，其特征在于，所述BIM展示模块展示的内容包括：施工三维场景、现场人员展示、水域信息展示、场地信息展示和预警通知展示。
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|---|---|---|---|---|
| CN117094541A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-11-21 | 中交天航南方交通建设有限公司 | 一种适用于水上管线组装的作业安全监管系统 |
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| CN117094541A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-11-21 | 中交天航南方交通建设有限公司 | 一种适用于水上管线组装的作业安全监管系统 |
| CN117094541B (zh) * | 2023-10-20 | 2024-04-09 | 中交天航南方交通建设有限公司 | 一种适用于水上管线组装的作业安全监管系统 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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