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文檔簡介
1、BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)技術平安監(jiān)控系統(tǒng)分析 【摘要】針對當前施工現(xiàn)場平安監(jiān)控缺乏科學有效的信息化監(jiān)控手段的問題,論文在研究國內(nèi)外BIM技術和物聯(lián)網(wǎng)技術應用現(xiàn)狀的根底上,提出了建立基于BIM技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的建筑施工平安監(jiān)控系統(tǒng),以實現(xiàn)施工現(xiàn)場平安管理的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)比照分析、自動預警、協(xié)同管理等功能。【關鍵字】BIM;物聯(lián)網(wǎng);建筑施工;平安監(jiān)控1引言建筑工程施工平安管理內(nèi)容復雜,施工過程涉及建設單位、設計院、施工單位、監(jiān)理單位等多方主體?,F(xiàn)場施工環(huán)境動態(tài)復雜,施工作業(yè)立體交叉,這就導致施工現(xiàn)場需要進行的平安監(jiān)控因素眾多,大大增加了施工現(xiàn)場的管理難度大。近幾年,高層、大型、復雜建筑物不斷增加,工程結
2、構和施工工藝日益復雜,這也對我國建筑工程平安管理提出了更高的要求。采用傳統(tǒng)的人工平安檢查對施工平安進行監(jiān)控,主觀性大、時效性低,不能科學及時準確的對施工中的平安事故進行有效監(jiān)控。近年來,國家層面屢次發(fā)布文件,提出促進建筑行業(yè)信息化的開展,并對建筑信息模型BIM在工程的設計階段、施工階段和運營維護階段等全過程的應用提出指導意見。在此背景下,研究通過信息化的手段,提升建筑施工平安監(jiān)控的科學性、準確性、及時性表達出重大的價值。2BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)技術應用原理2.1BIM技術適用性分析。BIMBuildingInformationModeling技術是以信息技術為根底,集成建筑工程全壽命周期中的所有數(shù)
3、據(jù),支持工程各參與方信息交流和共享的可視化、數(shù)字化表達【1】。BIM模型采用IFC體系作為共同的數(shù)據(jù)標準,采用參數(shù)化建模技術,實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的一致性、關聯(lián)性、及時性和共享性。針對建筑工程施工過程,從平安需求的角度出發(fā),梳理出平安預警的監(jiān)控對象,針對每一個監(jiān)控對象分析其可能存在的平安隱患,并對平安隱患進行參數(shù)化處理,形成相應的參數(shù)化指標,通過MicrosoftOfficeAccess數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立建筑工程施工平安指標數(shù)據(jù)庫。在設計階段的BIM模型的根底上,添加場地圖元信息,和施工機械相關圖元信息,并將建筑工程施工平安指標數(shù)據(jù)庫作為外部鏈接關聯(lián)到BIM模型中。通過BIM模型中各個構件圖元與相應的
4、文本文件之間超鏈接的建立,實現(xiàn)施工現(xiàn)場管理工作的具象化。2.2物聯(lián)網(wǎng)技術適用性分析。物聯(lián)網(wǎng)TheInternetofthings是通過無線射頻識別RFID、紅外感應器、激光掃描器等信息傳感設備,將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)按約定的協(xié)議約定連接起來,形成物與物、人與物之間的通信以及信息交換,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡技術。采用物聯(lián)網(wǎng)技術進行建筑施工平安管理,可以將施工現(xiàn)場的人員、機械、環(huán)境等因素與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,實現(xiàn)施工現(xiàn)場各類信息的實時互動,實現(xiàn)施工平安智能化的監(jiān)控管理,提升平安管理能力。在目標跟蹤定位方面,可以采用RFID區(qū)域定位技術ZigBee點定位技術相結合的方式對施工現(xiàn)場
5、的管理人員、施工人員以及機械設施進行定位。其中,RFID射頻識別技術主要通過網(wǎng)絡的連通性和相鄰節(jié)點的位置關系實現(xiàn)對待定位標簽的區(qū)域性位置估計。ZigBee蜂窩網(wǎng)絡主要通過RSSI測距、TOA測距等距離測量技術實現(xiàn)對節(jié)點之間物理距離的測量。RSSI測距定位算法結構簡單、易于實現(xiàn)、本錢低、功耗低,是當前無線網(wǎng)絡節(jié)點定位技術的熱點。在應力監(jiān)測方面,可以采用振弦式傳感器對基坑支護結構、模板支撐體系等結構進行應力和變形的監(jiān)測。采用化學性能穩(wěn)定、抗拉強度大,且具有較高熔點的金屬絲作為傳感器的振弦材料,與磁鐵、受力機和夾緊裝置一起組成振弦式傳感器,采用不同的受力機做應力和變形的測量。在危險預警方面,采用超聲
6、波技術和紅外對射裝置。超聲波測距原理是利用超聲波的傳播速度和聲波反射的時間差,計算出超聲波發(fā)射點和遇到的障礙物之間的距離。超聲波測距精度高,可用于機械施工中的近距離預警。紅外對射裝置的監(jiān)測原理是利用LED紅外發(fā)射二極體發(fā)射脈沖紅外線到受光器,如果紅外脈沖射束被遮擋或者斷開,紅外對射裝置就會發(fā)出報警信號。因此,可以將紅外對射裝置布設在危險區(qū)域,如:臨邊、洞口等,當有人進入時觸發(fā)報警。2.3BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)技術結合原理。BIM模型在建筑施工平安管理中最主要的優(yōu)勢是信息的集成管理和共享以及三維模型可視化分析【2】,但是BIM模型本身無法感知建筑工程現(xiàn)場的現(xiàn)實環(huán)境等各種信息數(shù)據(jù),無法結合工程現(xiàn)場管理
7、活動和工作任務進行實時的管理應用。而物聯(lián)網(wǎng)技術無疑可以解決施工現(xiàn)場工作和環(huán)境的實時監(jiān)控問題。因此,將BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)根底的結合將實現(xiàn)建筑工程平安管理事故預防新的跨越。BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)技術結合的方式可以實現(xiàn)平安事故的動態(tài)監(jiān)控,原理如圖1所示。首先,建立建筑工程施工平安指標數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫包含了施工工程平安指標或行業(yè)平安指標【3】,并將數(shù)據(jù)庫與BIM模型進行鏈接,在事前進行危險源的防控。其次,在施工過程中通過物聯(lián)網(wǎng)技術對存在平安隱患的人和物進行實時監(jiān)控,將采集到的平安信息與BIM模型中平安信息進行實時比照,當臨近危險狀態(tài)時發(fā)出預警,使管理人員實時跟蹤現(xiàn)在施工情況,進行平安隱患的預控和平安事故的
8、處置。最后,按施工結束對平安管理進行總結并結合施工信息對平安信息數(shù)據(jù)庫進行補充完善。3平安監(jiān)控系統(tǒng)結構基于BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)技術的建筑施工平安監(jiān)控系統(tǒng)是以集成綜合信息的BIM平安信息模型為根底,采用物聯(lián)網(wǎng)技術進行施工現(xiàn)場信息的實時采集,并兩者信息整合分析比照,實現(xiàn)對工程工程動態(tài)實時的平安管理與事故預警的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構架構主要三個模塊組成:現(xiàn)場信息采集模塊、BIM平安信息模塊,平安監(jiān)測數(shù)據(jù)處理反響模塊,系統(tǒng)工作流程如圖2所示。1現(xiàn)場信息采集模塊現(xiàn)場實時采集的信息主要包括人員、材料、機械、建筑構件等屬性信息,危險性較大工序的實時信息,隱患區(qū)域?qū)崟r信息等。采集標簽有定位節(jié)點、振弦式傳感器、超聲
9、波裝置和紅外設備組成。首先,結合平安信息數(shù)據(jù)庫和施工現(xiàn)場實際情況,定義RFID標簽種類、數(shù)目以及位置【4】,布設ZigBee信標節(jié)點、振弦式傳感器、超聲波裝置和紅外對射裝置等。然后,將布設對象的根底信息添加到BIM模型中。在施工現(xiàn)場,運用物聯(lián)網(wǎng)技術作為施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的工具,對人員、機械,以及支撐構件應力和危險區(qū)域進行實時監(jiān)測。2BIM平安信息模塊將采集到的信息通過ZigBee無線技術發(fā)射到閱讀器進行數(shù)據(jù)打包處理,進而通過光纖把數(shù)據(jù)發(fā)送給上層效勞器,再對數(shù)據(jù)進行分析處理,共享到BIM平安信息模型中,實現(xiàn)施工全過程平安數(shù)據(jù)信息的交互【5】,在BIM平安信息模型中呈現(xiàn)出施工人員和機械的實時位置、周
10、圍環(huán)境、檢測參數(shù)等平安狀態(tài)以及關鍵工序和關鍵構件的平安狀態(tài)。3平安監(jiān)測數(shù)據(jù)處理反響模塊平安監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與信息反響模塊的主要功能是實現(xiàn)施工現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)信息與BIM模型嵌入的平安規(guī)那么或者參數(shù)化的危險源信息進行比照分析。施工現(xiàn)場質(zhì)量平安信息與BIM模型的信息交互比對是實現(xiàn)事故預防的關鍵??赏ㄟ^單獨開發(fā)API功能模塊或者通過支持IFC標準的軟件,實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)庫以及電子標簽之間的信息數(shù)據(jù)讀取格式轉(zhuǎn)換、交互與讀寫,實現(xiàn)自動的數(shù)據(jù)比照,以及通過系統(tǒng)管理人員針對構件進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)與嵌入模型平安規(guī)那么的比照【6】,工程平安管理小組所有成員可以隨時查看到施工現(xiàn)場各個關鍵點和危險點實時的平安狀況。一旦施工現(xiàn)場發(fā)生
11、人的不平安行為或者物以及周圍環(huán)境的不平安狀態(tài),BIM模型上就進行報警,并對危險行為或狀態(tài)的級別進行分類。4平安監(jiān)控系統(tǒng)功能分析1定位管理功能該系統(tǒng)的建立可以在電腦終端通過BIM模型查詢?nèi)魏我粋€時間段某個現(xiàn)場區(qū)域范圍內(nèi)人員的數(shù)量、身份;還可以查詢某個員工的實際位置和活動軌跡以及平安裝置佩戴信息。這樣不僅可以對現(xiàn)場人員進行考勤,對施工人員的工作效率進行評價,催促平安員按時按點對現(xiàn)場進行檢查,還可以為后續(xù)事故預防工作打下根底。2報警功能報警功能可分為人員報警功能和平安預警功能。人員報警功能是指當無權限人員進入某個施工區(qū)域時,該區(qū)域的報警系統(tǒng)發(fā)出報警,在BIM模型中的相應區(qū)域顯示出來,并將信息推送相關
12、管理人員。每一位現(xiàn)場施工人員和管理人員身上都佩戴有相應的標簽,通過施工區(qū)域入口處的標簽識別器可以識別出人員的屬性,判斷該人員是否具有進入該區(qū)域的權限【7】。平安預警功能是指在施工過程中,構件應力或變形量超過臨界點,機械或施工人員發(fā)生危險行為,可以導致平安事故時,現(xiàn)場的報警系統(tǒng)發(fā)出報警,在BIM模型中的相應區(qū)域顯示出來,并將信息推送相關管理人員。3)多方協(xié)同功能傳統(tǒng)的平安管理主要是施工單位單方面的管理行為,基于BIM模型,可以整合工程各參與方業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理等的管理資源,各個工程參與方均可以在BIM模型中查看工程施工中的平安信息,及時了解施工平安狀態(tài),當存在平安隱患時,通過電腦終端向施工現(xiàn)
13、場發(fā)出信息推送,實現(xiàn)工程多方參與者協(xié)同進行施工平安分析和平安管控的功能【4】。4)動態(tài)更新功能BIM技術與物聯(lián)網(wǎng)技術的結合,使得現(xiàn)場信息不再需要人工進行收集和錄入,在施工現(xiàn)場采用物聯(lián)網(wǎng)技術對現(xiàn)場施工環(huán)境及作業(yè)環(huán)節(jié)進行實時的監(jiān)控,并通過數(shù)據(jù)傳輸,將施工現(xiàn)場施工平安信息實時更新到BIM模型中。在工程竣工后,又可對工程的平安管理進行評價,并對與BIM模型相連接的平安信息數(shù)據(jù)庫進行補充和完善。5)全過程平安管理功能傳統(tǒng)的施工平安管理主要局限于施工過程中的平安監(jiān)管,但是平安事故的發(fā)生具有因果效應,僅僅對施工現(xiàn)場進行管理并不能完全預防平安事故的發(fā)生,所以經(jīng)進行全過程的平安管理。在施工前,用BIM模型進行虛擬建設和沖突檢查對施工進行模擬,結合施工平安信息數(shù)據(jù)庫,分析施工過程中可能存在的平安隱患,在施工以前做好平安交底工作。在施工過程中,運用物聯(lián)網(wǎng)技術對施工現(xiàn)場的環(huán)境及作業(yè)進行全程監(jiān)控,克服人工監(jiān)管的局限性,并通過BIM模型進行數(shù)據(jù)比照分析,科學的進行施工中的平安管理。在工程施工完成后,對工程施工平安管理進行評價總結,對施工平安數(shù)據(jù)庫進行補充更新,為之后的施工平安管理提供指導。5結語集成BIM技術
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