CN212484367U - 一种基于bim和vr的工程建筑远程监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，包括主控制器、VR设备、BIM设计模块、传感器模块、信息采集模块、信息发射模块、信息接收模块以及信息处理模块；BIM设计模块还包括BIM数据库，在主控制器的调配下，BIM结合所收集并处理过后的工程建筑的有关信息用于构建建筑物对应阶段的三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，主控制器将BIM数据库的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示；触摸显示屏用于直观反映经过处理后的工程建筑的指定数据信息，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作。该装置具有直观快捷、准确度高、可控性强、远程操作、节约人力资源、无时限和地域限制的优点。

Description

一种基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置

技术领域

本实用新型涉及工程建筑远程监测技术领域，特别涉及一种基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置。

背景技术

目前BIM和VR技术用于安全教育装置和设计管理的较多。南阳理工学院申请的中国专利，申请号：201510584748.5，名称：一种无线远程监控土木工程建筑监测系统，公开的一种无线远程监控土木工程建筑监测系统，包括光纤传感器、数据采集与传输系统、数据控制与处理系统、数据管理系统、数据输出系统和报警系统。虽然该发明实现了远程检测，但该发明主要用于建筑物施工期间的监工过程，监控工程的具体实施，而在后续的使用过程中建筑的损坏情况还是需要工人定期的到现场用仪器进行检测，尤其像建筑物水下部分或者监测死角部位，使用仪器更为困难并且准确度有所降低，除此之外，现场检测无法做到随时获取精确的建筑物损坏情况的信息，所以往往会错过最佳的修补时期，使用寿命相对变短。现场监测结果受周围环境影响较大，且不可避免的存在人为误差，这样的工作需要大量的仪器和人力财力，并不方便。现有的工程建筑监测手段主要还是在建筑现场采用监测仪器来对关键的部位各项控制指标进行监测，通过比较监测值和控制值来判断工程的安全性，要经过测试、计算、分析、决策等一系列步骤，由各方专业人员合作完成，相对更耗时耗力。

目前已有的远程监测技术基本都是采用摄像头或者动作识别系统作为监测建筑物状态的工具，虽然直观但是可以获得的信息仅停留在表面的动态变化，无法获得更为精确的物理数据信息。

在建筑领域，已有运用BIM技术辅助监测的例子，且在不断完善进步，将BIM与工程建筑监测结合是切实可行的。BIM技术(建筑信息模型)是数字技术在建筑工程中的具体应用，使设计人员能够对各种建筑信息作出积极的应对，以便协同工作。利用获得的实时监测信息，构件相应的建筑模型，可以将抽象的监测数据转化成生动的模拟图像。

对于工程建筑整体或局部情况的观察，虽然可利用软件成图技术获取3D建筑模拟模型，但仍缺少实景视角的视觉生动性，不能满足相关人员对工程建筑各个部分的虚拟现实体验。

所以，有必要采用虚拟现实VR技术，将利用远程监测的工程建筑信息所建立的BIM建筑模型生动地展现给工作人员，使其在获取准确的监测信息的同时可以直观地体验建筑现场的具体景象，且VR的多视角技术使工作人员方便观察到实际建筑物的视觉死角或隐蔽遮挡部位，从而达到更好的监测效果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，解决现有技术中已建成工程特殊部位(如水下部位、监测死角)定期监测困难、不精确、问题反馈不及时、受环境影响和人为因素干扰大等技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案得以实现：

一种基于BIM和VR技术的工程建筑远程监测装置，包括主控制器、VR设备、BIM设计模块、传感器模块、信息采集模块、信息发射模块、信息接收模块以及信息处理模块，所述主控制器分别与VR设备、BIM设计模块、信息处理模块、存储器以及显示屏连接，所述传感器模块包含多个传感器单元，传感器单元采集所需信息并利用采集模块传输至信息发射模块，信息接受模块接收由信息发射模块所发射的信息，再利用信息处理模块处理所接收的信息并最终将信息传送至主控制器，所述BIM设计模块还包括BIM数据库，在主控制器的调配下，BIM结合所收集并处理过后的工程建筑的有关信息用于构建建筑物对应阶段的三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，主控制器将BIM数据库的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示；触摸显示屏用于直观反映经过处理后的工程建筑的指定数据信息，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作。

进一步优化，所述VR设备为VR视觉头盔，与主控制器连接。

进一步优化，所述传感器模块包括不同的传感器单元并与工程建筑物指定部位相连接，用于获取建筑物指定部位相应阶段的准确数据信息。

进一步优化，所述信息采集模块与传感器模块相连以采集数据信息。

进一步优化，所述信息发射模块，将接收到的工程建筑的相应信息发射给信息接收装置。

进一步优化，所述信息接收模块，用于接收信息发射模块发射的信息。

进一步优化，所述信息处理模块，将信息接收模块接收到的全部信息进行整合处理并作数据分析，与主控制器连接。

进一步优化，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与主控制器连接用于显示经过处理后的工程建筑的指定数据信息，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作。

进一步优化，还包括存储器，所处存储器与主控制器相连用于存储整个检测装置的各项实时数据。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型结合BIM和VR技术，先利用获得的实时监测信息，构建相应的建筑模型，再采用VR技术，将利用远程监测的工程建筑信息所建立的BIM建筑模型生动地展现给工作人员，使其在获取准确的监测信息的同时可以直观地体验建筑现场的具体景象，且VR的多视角技术使工作人员方便观察到实际建筑物的视觉死角或隐蔽遮挡部位，从而达到更好的监测效果。

2、所述传感器、信息采集、信息发射、信息接收、信息处理各模块之间紧密联系，构成监测信息远程获取渠道，与主控制器相连，受主控制器控制，达到了工程建筑远程监测的目的且操作性强、准确度高、节约人力资源。

3、通过VR视觉头盔可以让体验者有身临其境的直观感受，满足体验者的全方位视角的虚拟体验，有效解决了对建筑物部分结构难观测、观测不全的问题，可自由选择建筑物的不同部位进行多方位多角度观察，达到更好的监测效果。

4、通过BIM技术结合所获取的监测信息构建相应建筑模型并存储到BIM数据库，VR设备通过主控制器的调配在VR设备上显示三维模型，创造出逼真的模拟环境，使监测人员在获取准确监测信息的同时直观地观察建筑物的具体景象，方便观察到实际建筑物的视觉死角和隐蔽遮挡部位。

5、本实用新型具有节约人力资源、方便快捷、精确直观的优势；合理采用BIM技术和VR技术，使用人员的体验感好；有效提出了完建工程定期远程监测的可行方法；此装置不受时间与地域的限制，使用方便，有利于监测工作的推进。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图示意图；

图2是本实用新型装置的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。

如图1所示，一种基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，包括主控制器、VR设备、BIM设计模块、传感器模块、信息采集模块、显示屏、信息发射模块、信息接收模块以及信息处理模块。所述主控制器分别连接VR设备、BIM设计模块、信息处理模块、存储器以及显示屏；BIM设计模块还包括BIM数据库；触摸显示屏用于直观反映经过处理后的工程建筑的指定数据信息，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作。

所述VR设备为VR视觉头盔。VR设备用于显示通过主控制器将BIM模型数据转换成适于VR设备的三维模型，从而便于施工者观看。所述传感器模块包括不同的传感器单元，并分别安装于并工程建筑物指定部位，用于获取建筑物指定部位相应阶段的准确数据信息，以完成信息采集工作，便于信息的正确处理。所述信息采集模块与传感器模块相连，传感器模块的信息收集成功后便会进入信息采集模块以采集数据信息。所述信息发射模块与信息采集模块相连，将接收到的工程建筑的相应信息发射给信息接收装置。所述信息处理模块将信息接收模块接收到的全部信息进行整合处理并作数据分析，分析后的数据可以传入VR设备即视觉头盔中形成视觉效果，施工者可以通过建筑物不同位置的信息处理在视觉头盔中看到建筑物的不同部分，信息处理模块与主控制器连接。

所述触摸显示屏与主控制器连接，用于显示经过处理后的工程建筑的指定数据信息，该显示屏包含控制功能及选择功能，施工者可通过该显示屏选择及控制自己想要观看的内容，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作。

该远程监测装置工作过程如下：先在建筑物的不同部位安装布置传感单元(视具体情况表面布置或镶嵌布置)，不同的传感器单元将建筑物的具体信息采集并传输给信息采集模块，由信息采集模块将信息传入信息发射模块，信息发射模块将信息发射给信息接收模块，信息接收模块将信息传输给信息处理模块，信息处理模块处理完信息形成数据传输给主控制器，BIM结合所收集并处理过后的工程建筑的有关信息用于构建建筑物对应阶段的三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，主控制器将BIM数据库的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示，触摸显示屏用于直观反映经过处理后的工程建筑的指定数据信息，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作，施工者可以通过视觉头盔看到建筑物的不同部位，并且可以通过显示屏选择并控制看到的内容。

在实际应用时，以监测某水工建筑物水下结构某特定部位为例，水下结构一般难以人工探测。通过工程建造初期在此结构特定部位布置好的传感单元，将水下结构各部位表面的物理信息转化为数据信息，并通过电路系统发送给信息采集模块，然后依次通过电路系统将此数据信息传入信息发射模块、信息接收模块，再传入信息处理模块进行专业化的数据分析，形成新的数据传输给主控制器。主控制器与BIM系统连接，BIM系统接收到这些处理过后的数据信息后，可快速地构建能反映水下结构表面形状、磨损等具体情况的三维模型并及时储存。之后主控制器调取生成的三维模型，通过VR设备进一步处理，工作人员可以用视觉头盔来观察水下结构立体化的效果，更加直观可靠。监测全程可以通过触摸显示屏对主控制器执行相关的指令。

具体地，所述的主控制器采用MF10CCN芯片；传感器模块由多个传感器单元组成，用于对工程的环境数据进行采集，包括CYT-303磁敏传感器，RE13-SAC传感器，BX-LV100N/R位移传感器，BV-501-RGB光纤传感器，以上传感器均采用贴片式设计，以节省空间；所述信息采集模块、信息发射和信息接收模块均采用多路复用网络技术及型号为AT89S52单片机，并与所述主控制器相连；控制板可采用PCB板，控制板上还包括接线口，接线口的数量为多个，并根据不同的功能，分为电源接口、数字量接口等；所述显示屏采用触摸式显示屏；所述VR设备采用视觉头盔等现有3D模拟技术等较为成熟的技术，在此便不再赘述。

参照图2所述，型号为DB1-9信号转换器2脚与4脚分别与两路前级驱动电路相连，所述前级驱动电路采用12v的电源经过型号为LT356的运放进行驱动，且所述每一路前级驱动电路分别与两级型号为TL084的运放串联，所述每一路运放与信号处理器串联，所述信号处理器采用型号为MF10CCN的芯片，两路信号处理器并联后与型号为CD4040的12位二进制串行计数器串联，再与型号为CD4046的CMOS锁相环集成电路串联；两路信号处理器各自与型号为TL084的运放串联，之后再并联至同一后级电路；图中所述型号为STM32芯片与单电源电平转换芯片串联，所述单电源电平转换芯片的型号为MAX232；所述型号为DB2-9信号转换器与型号为UA741CP的运放、型号为CD4040的12位二进制串行计数器、型号为CD4046的CMOS锁相环集成电路相继串联。

具体地，通过贴片的方式将传感器贴在钢筋表面，而后传感器将进行采集数据并传送到信息发射模块，接收模块接收数据后将数据发送给数据处理模块进行处理。运用所述转换器DB1-9及DB2-9实现对传感器所采集到的信号进行A/D转换，将模拟信号转化为数字信号；然后运用所述两级型号为TL084的运放对信号进行放大；运用所述信号处理器MF10CNN对放大信号进行滤波；运用型号为CD4040的12位二进制串行计数器实现倍频及型号为CD4046的CMOS锁相环集成电路实现锁相；信息处理模块通过多路复用网络系统进行处理，并将处理好的数据发送给主控制器，经过内部数模转换及型号为TL084放大后输出给后级电路。运用所述UA741CP运放进行信号放大，并由锁相环电路CD4046与CD4040时钟控制的信号进行比较控制，最终由CD4040输出控制MF10CCN的震荡频率，完成整个BIM电路震荡频率的控制。运用所述STM32处理器处理图像信号，经过编码、存储把数据寄存在信号为AT89S52的单片机内部，最后经过MAX解调出VR机所使用的232信号通过显示器还原出来，并由所述VR设备来进行显示。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，其特征在于，包括主控制器、VR设备、BIM设计模块、传感器模块、信息采集模块、信息发射模块、信息接收模块以及信息处理模块；所述主控制器分别与VR设备、BIM设计模块以及信息处理模块之间通过电信号连接；

所述传感器模块包含多个传感器单元，传感器单元采集所需信息，并利用采集模块传输至信息发射模块，信息接受模块接收由信息发射模块所发射的信息，再利用信息处理模块处理所接收的信息并最终将信息传送至主控制器；所述BIM设计模块还包括BIM数据库，在主控制器的调配下，BIM结合所收集并处理过后的工程建筑的有关信息用于构建建筑物对应阶段的三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，主控制器将BIM数据库的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示。

2.如权利要求1所述的基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，其特征在于，所述VR设备为VR视觉头盔，与主控制器之间电连接。

3.如权利要求1或2所述的基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，其特征在于，所述传感器模块包括的多个传感器单元，分别安装在工程建筑物指定部位，用于获取建筑物指定部位相应阶段的准确数据信息。

4.如权利要求3所述的基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，其特征在于，所述信息处理模块，将信息接收模块接传送的全部信息进行整合处理并作数据分析，然后传送给主控制器。

5.如权利要求4所述的基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，其特征在于，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与主控制器连接，用于显示经过处理后的工程建筑的指定数据信息，同时可通过触摸屏对主控制器执行指令以调整整个监测装置的工作。

6.如权利要求5所述的基于BIM和VR的工程建筑远程监测装置，其特征在于，还包括存储器，所处存储器与主控制器相连用于存储整个检测装置的各项实时数据。

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