CN121317543A - 一种基于bim可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，包括如下步骤：地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，塔吊操控系统将操控指令分为相同的两条，一条输入无人塔吊的无人驾驶舱，以控制无人塔吊大臂的运动作业，另一条输入塔吊覆盖范围分区BIM模型，通过对操控指令进行计算转换，得到塔吊大臂的运动状态并在BIM模型可视化系统上显示；塔吊覆盖范围分区BIM模型根据塔吊大臂在非交叉区域或单台在交叉区域进行非提示和提示，根据塔吊大臂双台在交叉区域大于安全距离或不大于安全距离进行预警或警报。本申请的有益效果：利用BIM可视化功能，实现无人塔吊与远端地面主控驾驶舱的联动控制，确保塔吊防碰撞。

Description

一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法

技术领域

本申请属于建筑塔吊作业技术领域，具体涉及一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法。

背景技术

塔吊全称为液压自升式塔式起重机，目前是建设工地施工中用到的重要垂直运输设备，用来运输施工材料和物资用途。长期以来，塔吊司机需要爬到几十米高空的塔吊驾驶室中去操控塔吊。塔吊司机在施工行业属于特种作业，一直是高危职业，事故死亡率高达90%。一旦发生塔吊碰撞，会危及塔吊司机的生命安全。随着城市化进程，现代建筑工程呈现高度密集化、集群化的发展趋势。在复杂的施工环境中，塔吊群协同作业已成为常态，但也带来了严峻的安全挑战。且塔吊群交叉作业时，由于作业半径重叠、视线受阻或操作协调不足，容易发生塔吊间或塔吊与周边建筑物的碰撞事故。传统塔吊依赖驾驶员高空操作与地面人员指挥，存在视觉盲区、沟通误差、疲劳作业等问题，难以实现精准判断与实时响应。现有塔吊系统缺乏集成化的智能监控与预警机制，无法适应高密度、动态变化的施工环境，亟需技术升级以实现无人化与自动化作业。

随着无人驾驶技术的发展，塔吊作业人员可以在地面实现无人化作业，但是也存在一些问题。塔吊作业人员在地面远程操控塔吊，对现场无人塔吊群工况作业无直观的认识，常规方法是通过现场布置视频监控对全区域塔吊群进行视频监管，而视频监管无法清晰表达各塔吊大臂站位，高度等信息。并且，无人塔吊部署的防碰撞传感器数据传送到地面主控驾驶舱，缺乏有效的可视化监测方式，借助现场视频监控比较难判断相邻两个塔吊大臂交叉范围。

因此，现亟待对塔吊运行原理、路径规划和智能避障等场景的技术分析，利用BIM技术可视化特点，发明一套集实时监测、智能预警与可视化管控于一体的无人塔吊群防碰撞监测系统，以提升施工安全与效率，促进塔吊行业新质生产力的发展。

发明内容

本申请的目的在于：本申请提供了一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，解决了人工塔吊作业事故易发的问题。

本申请目的通过下述技术方案来实现：

一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，包括如下步骤：

步骤S1，布置无人塔吊群；

步骤S2，根据无人塔吊群，建立塔吊覆盖范围分区BIM模型，将塔吊大臂覆盖范围分为交叉区域和非交叉区域；

步骤S3，将塔吊覆盖范围分区BIM模型接入地面主控驾驶舱内的BIM模型可视化系统；

步骤S4，地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，塔吊操控系统将操控指令分为相同的两条，一条输入无人塔吊的无人驾驶舱，以控制无人塔吊大臂的运动作业，另一条输入塔吊覆盖范围分区BIM模型，通过对操控指令进行计算转换，得到塔吊大臂的运动状态并在BIM模型可视化系统上显示；

步骤S5，塔吊覆盖范围分区BIM模型根据塔吊大臂在非交叉区域或单台在交叉区域进行非提示和提示，根据塔吊大臂双台在交叉区域大于安全距离或不大于安全距离进行预警或警报。

进一步的，所述的S1，根据建筑施工方案布置无人塔吊群。

进一步的，所述的S1，无人塔吊的无人驾驶舱接入地面主控驾驶舱的塔吊操控系统。

进一步的，所述的S1，无人塔吊上安装塔吊监控系统，塔吊监控系统接入地面主控驾驶舱的塔吊运行显示系统。

进一步的，所述的S2，根据塔吊大臂的旋转角度进行塔吊大臂覆盖范围的分区。

进一步的，所述的S5，塔吊大臂在非交叉区域，BIM模型可视化系统上显示该非交叉区域为绿色状态。

进一步的，所述的S5，单台塔吊大臂在交叉区域，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为橙色状态。

进一步的，所述的S5，双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离大于安全距离，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为浅红色状态。

进一步的，所述的S5，双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离不大于安全距离，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为深红色状态并闪烁，同时通过声光报警器进行提醒。

进一步的，所述的S5，双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离不大于安全距离，塔吊覆盖范围分区BIM模型反馈信号至地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，对两台无人塔吊进行限速或急停。

本申请的有益效果：

1、利用BIM可视化功能，实现无人塔吊与远端地面主控驾驶舱的联动控制，确保塔吊防碰撞。

2、有助力解决现场视频监控难判断相邻两个塔吊大臂交叉范围的问题。

3、通过BIM可视化监测的技术手段，避免现场人为因素引起的信号不明，指令不清等导致的塔吊碰撞，保障施工安全。

前述本申请主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本申请可采用并要求保护的方案；且本申请，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本申请方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本申请所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本申请的流程示意图。

图2是本申请塔吊覆盖范围分区BIM模型示意图。

图3是本申请BIM模型可视化系统示意图。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本申请。

实施例1

参考图1~图3所示，一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，采用无人塔吊、无人驾驶舱、塔吊监控系统、地面主控驾驶舱、塔吊操控系统、塔吊运行显示系统、BIM模型可视化系统和塔吊覆盖范围（0°~360°）分区BIM模型。

通过地面主控驾驶舱发送操控指令至塔吊高空的无人驾驶舱，操控无人塔吊作业，同时发送操控指令至塔吊覆盖范围分区BIM模型，模型将信号转化为数据传输给BIM模型可视化系统（显示器），实现同一信号控制两个系统的联动功能。辅助塔吊无人驾驶舱的塔吊监控系统（摄像头和传感器），通过数据地面主控驾驶舱的塔吊运行显示系统（显示器），可视化塔吊群运行的状态，确保塔吊大臂旋转角度和BIM可视化系统一致，实现塔吊群塔的管理。

该方法包括如下步骤：步骤S1，布置无人塔吊群，具体根据建筑施工方案布置无人塔吊群。无人塔吊的无人驾驶舱接入地面主控驾驶舱的塔吊操控系统。无人塔吊上安装塔吊监控系统，塔吊监控系统接入地面主控驾驶舱的塔吊运行显示系统。

步骤S2，根据无人塔吊群，建立塔吊覆盖范围分区BIM模型，将塔吊大臂覆盖范围分为交叉区域和非交叉区域。具体根据塔吊大臂的旋转角度进行塔吊大臂覆盖范围的分区。

步骤S3，将塔吊覆盖范围分区BIM模型接入地面主控驾驶舱内的BIM模型可视化系统。

步骤S4，地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，塔吊操控系统将操控指令分为相同的两条，一条输入无人塔吊的无人驾驶舱，以控制无人塔吊大臂的运动作业，另一条输入塔吊覆盖范围分区BIM模型，通过对操控指令进行计算转换，得到塔吊大臂的运动状态并在BIM模型可视化系统上显示。

步骤S5，塔吊覆盖范围分区BIM模型根据塔吊大臂在非交叉区域或单台在交叉区域进行非提示和提示，根据塔吊大臂双台在交叉区域大于安全距离或不大于安全距离进行预警或警报。

非提示作业：塔吊大臂在非交叉区域，即塔吊大臂角度进入非交叉角度范围，BIM模型可视化系统上显示该非交叉区域为绿色状态，代表安全作业。

提示作业：单台塔吊大臂在交叉区域，即单台塔吊大臂角度进入交叉角度范围，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为橙色状态，代表安全作业，但需要时刻注意相邻塔吊位置。

预警作业：双台塔吊大臂在交叉区域，即双台塔吊大臂角度都进入非交叉角度范围，同时双台塔吊大臂之间的距离大于安全距离，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为浅红色状态，需要高度观察对方塔吊运行状态。此时需要激活最小距离探测模块，以判断两台塔吊大臂之间的距离。

警报作业：双台塔吊大臂在交叉区域，即双台塔吊大臂角度都进入非交叉角度范围，同时双台塔吊大臂之间的距离不大于安全距离，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为深红色状态并闪烁，同时通过声光报警器进行提醒。提醒操作人员两个塔吊大臂都处于交叉区域，并距离非常接近，需要停止作业，避免塔吊碰撞。

双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离不大于安全距离，塔吊覆盖范围分区BIM模型反馈信号至地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，对两台无人塔吊进行限速或急停。

塔吊群作业时，地面操控人员关注BIM模型可视化系统，将各自操控的塔吊信号转化为塔吊工作状态的角度实时输入至BIM模型中，监管整体项目塔吊群的工作状态。

案例1

参考图1~图3所示，一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，基于实施例1布置六台无人塔吊（A、B、C、D、E、F）进行作业。

非提示作业：各无人塔吊的塔吊大臂在绿色范围角度内，塔吊正常运行。

提示作业：B号无人塔的塔吊大臂吊运行至橙色区域，BIM模型可视化系统显示橙色状态，B号无人塔吊需要注意A号、C号、D号、E号运行状态。

预警作业：C号、F号无人塔吊的塔吊大臂同时运行至橙色区域，BIM模型可视化系统显示浅红色状态，代表这两台相邻塔吊位于危险作业区间，并开启相邻塔吊最小平面距离算法自动求解。

警报作业：D号、F号塔吊均运行至橙色区域，BIM模型可视化系统显示浅红色状态，开启相邻塔吊最小平面距离算法自动求解，求解距离数值处于塔吊安全相对距离之内，BIM模型可视化系统显示屏幕显示深红色，通过声光信号提醒操作人员。求解距离数值小于塔吊安全相对距离时，BIM模型可视化系统显示屏幕显示深红色并闪烁，触发紧急制动系统，两台塔吊快速响应停止作业，实现无人塔吊防碰撞功能。

前述本申请基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本申请可采用并要求保护的实施例。本申请方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，布置无人塔吊群；

步骤S2，根据无人塔吊群，建立塔吊覆盖范围分区BIM模型，将塔吊大臂覆盖范围分为交叉区域和非交叉区域；

步骤S3，将塔吊覆盖范围分区BIM模型接入地面主控驾驶舱内的BIM模型可视化系统；

步骤S4，地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，塔吊操控系统将操控指令分为相同的两条，一条输入无人塔吊的无人驾驶舱，以控制无人塔吊大臂的运动作业，另一条输入塔吊覆盖范围分区BIM模型，通过对操控指令进行计算转换，得到塔吊大臂的运动状态并在BIM模型可视化系统上显示；

步骤S5，塔吊覆盖范围分区BIM模型根据塔吊大臂在非交叉区域或单台在交叉区域进行非提示和提示，根据塔吊大臂双台在交叉区域大于安全距离或不大于安全距离进行预警或警报。

2.根据权利要求1所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S1，根据建筑施工方案布置无人塔吊群。

3.根据权利要求1所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S1，无人塔吊的无人驾驶舱接入地面主控驾驶舱的塔吊操控系统。

4.根据权利要求1或3所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S1，无人塔吊上安装塔吊监控系统，塔吊监控系统接入地面主控驾驶舱的塔吊运行显示系统。

5.根据权利要求1所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S2，根据塔吊大臂的旋转角度进行塔吊大臂覆盖范围的分区。

6.根据权利要求1所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S5，塔吊大臂在非交叉区域，BIM模型可视化系统上显示该非交叉区域为绿色状态。

7.根据权利要求1或6所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S5，单台塔吊大臂在交叉区域，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为橙色状态。

8.根据权利要求1所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S5，双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离大于安全距离，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为浅红色状态。

9.根据权利要求1或8所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S5，双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离不大于安全距离，BIM模型可视化系统上显示该交叉区域为深红色状态并闪烁，同时通过声光报警器进行提醒。

10.根据权利要求9所述的基于BIM可视化的无人塔吊群吊装作业监测方法，其特征在于：所述的S5，双台塔吊大臂在交叉区域，同时双台塔吊大臂之间的距离不大于安全距离，塔吊覆盖范围分区BIM模型反馈信号至地面主控驾驶舱运行塔吊操控系统，对两台无人塔吊进行限速或急停。