[發(fā)明專利]基于BIM定位技術(shù)的施工危險(xiǎn)環(huán)境實(shí)時(shí)預(yù)警平臺(tái)與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911421745.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN111145479B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方東平;周予啟;郭紅領(lǐng);陳青;周穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G08B13/24;G01S19/42;H04W4/02
• 代理公司: 北京中和立達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11756
• 代理人: 祝妍

1.一種基于BIM定位技術(shù)的危險(xiǎn)環(huán)境實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)包括信息收集模塊、輸入模塊、運(yùn)算模塊和輸出模塊，其中：

所述的信息收集模塊用于實(shí)時(shí)收集施工現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息，其中，所述相關(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息包括建筑模型信息、項(xiàng)目施工方案信息、目標(biāo)定位數(shù)據(jù)信息及安全計(jì)算規(guī)則；

所述的輸入模塊與所述信息收集模塊通信連接，所述輸入模塊用于讀取所述目標(biāo)定位數(shù)據(jù)信息，并對(duì)所述目標(biāo)定位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步處理，以獲得施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員和機(jī)械設(shè)備的坐標(biāo)位置以及不安全因素的坐標(biāo)位置；

所述的運(yùn)算模塊與所述輸入模塊通信連接，所述運(yùn)算模塊基于所述工作人員和機(jī)械設(shè)備的坐標(biāo)位置以及不安全因素的坐標(biāo)位置，進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理和基于所述安全計(jì)算規(guī)則的計(jì)算，以獲得施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員是否處于不安全區(qū)域的判定；以及

所述的輸出模塊與所述運(yùn)算模塊通信連接，所述輸出模塊用于在判定所述工作人員處于不安全區(qū)域時(shí)，輸出預(yù)警信號(hào)；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)是利用GPS定位技術(shù)和UWB定位技術(shù)分別對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的室外場(chǎng)所和室內(nèi)場(chǎng)所進(jìn)行定位的，同時(shí)使用Unity 3D開發(fā)軟件作為定位技術(shù)和BIM技術(shù)的集成平臺(tái)；

GPS定位技術(shù)在視野開闊沒有遮擋物的環(huán)境下進(jìn)行工作，UWB定位技術(shù)在室內(nèi)場(chǎng)所或地下環(huán)境進(jìn)行穩(wěn)定的定位工作；所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)綜合GPS技術(shù)和UWB技術(shù)進(jìn)行定位；

基于不安全環(huán)境因素并根據(jù)不安全區(qū)域界定條件和界定規(guī)則將不安全區(qū)域劃分為：高墜區(qū)、落物區(qū)、碰撞區(qū)、坍塌區(qū)、觸電區(qū)和重要崗位，其中，所述不安全環(huán)境因素包括基坑、洞口、臨邊墻、腳手架、施工機(jī)械、運(yùn)輸車輛、塔吊或吊車、電線/電纜、重要崗位；

對(duì)于基坑這一不安全環(huán)境因素，界定條件為深度2米，界定規(guī)則為基坑邊緣外擴(kuò)1米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；基坑邊緣外擴(kuò)和內(nèi)擴(kuò)2米，區(qū)域類型為坍塌區(qū)；

對(duì)于洞口這一不安全環(huán)境因素，界定條件為0.5米洞口直徑1米，界定規(guī)則為洞口邊緣外擴(kuò)0.5米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；界定條件為洞口直徑1米，界定規(guī)則為洞口邊緣外擴(kuò)1米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；

對(duì)于臨邊墻這一不安全環(huán)境因素，界定條件為臨邊高度2米，界定規(guī)則為臨邊邊緣以內(nèi)1米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；外圍輪廓2米，區(qū)域類型為落物區(qū)；

對(duì)于腳手架這一不安全環(huán)境因素，界定條件為作業(yè)面高度2米，界定規(guī)則為作業(yè)面以上，區(qū)域類型為高墜區(qū)；作業(yè)面以下及垂直投影外擴(kuò)1米，區(qū)域類型為落物區(qū)；腳手架垂直投影外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為坍塌區(qū)；

對(duì)于施工機(jī)械這一不安全環(huán)境因素，界定條件為工作狀態(tài)，界定規(guī)則為施工機(jī)械輪廓外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；

對(duì)于運(yùn)輸車輛這一不安全環(huán)境因素，界定條件為工作狀態(tài)，界定規(guī)則為施工機(jī)械輪廓外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；

對(duì)于塔吊或吊車這一不安全環(huán)境因素，界定條件為操作室高度2米，界定規(guī)則為攀爬樓梯及操作間，區(qū)域類型為高墜區(qū)；界定規(guī)則為懸吊物垂直投影為圓心，5米為半徑的圓形區(qū)域，區(qū)域類型為落物區(qū)；界定條件為懸吊狀態(tài)，界定規(guī)則為懸吊物輪廓外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；界定條件為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，界定規(guī)則為以機(jī)身為圓心、懸臂長(zhǎng)為半徑的圓形區(qū)域，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；

對(duì)于電線或電纜這一不安全環(huán)境因素，界定條件為通電狀態(tài)，界定規(guī)則為以電線或電纜為中心，左右各寬1米的帶狀區(qū)域，區(qū)域類型為觸電區(qū)；

所述運(yùn)算模塊的基本工作流程為：

提取所述不安全環(huán)境因素的定位數(shù)據(jù)；

判斷所述不安全環(huán)境因素的屬性；

界定不安全區(qū)域類型；

提取工作人員的定位數(shù)據(jù)；

判斷所述工作人員是否處于所述不安全區(qū)域；以及

如果判斷所述工作人員處于所述不安全區(qū)域，則提取工作人員的屬性，并啟動(dòng)預(yù)警模式；

在輸出模塊中，根據(jù)所述工作人員的屬性判斷所述工作人員在所述不安全區(qū)域的工作權(quán)限，并根據(jù)不安全區(qū)域的屬性判斷所述不安全區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)的模式預(yù)警；通過(guò)在機(jī)械設(shè)備上設(shè)置定位標(biāo)簽，能夠?qū)C(jī)械設(shè)備進(jìn)行定位；

所述運(yùn)算模塊還用于人員操作培訓(xùn)及安全裝配佩戴監(jiān)測(cè)，以使得輸出模塊能夠進(jìn)行輸出人員操作培訓(xùn)方案并輸出人員安全裝備佩戴是否正常的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并能夠輸出危險(xiǎn)區(qū)域是否存在閑雜人員及機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)結(jié)果；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)基于工程項(xiàng)目實(shí)際勘察與調(diào)研，在施工現(xiàn)場(chǎng)的典型事故中提煉和總結(jié)了施工現(xiàn)場(chǎng)可能引發(fā)和造成施工事故的不安全環(huán)境因素，基于不安全環(huán)境因素并根據(jù)不安全區(qū)域界定條件和界定規(guī)則將不安全區(qū)域劃分為：高墜區(qū)、落物區(qū)、碰撞區(qū)、坍塌區(qū)、觸電區(qū)和重要崗位；根據(jù)界定條件和界定規(guī)則確定了施工現(xiàn)場(chǎng)的不安全區(qū)域界定規(guī)則，從而將施工現(xiàn)場(chǎng)的不安全區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作人員的具體位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減少因工作人員擅自進(jìn)入不安全區(qū)域而引發(fā)的施工安全事故的目的；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)提供了基于定位技術(shù)和BIM技術(shù)的集成機(jī)理，定位技術(shù)和BIM技術(shù)的集成機(jī)理按照工作流的劃分分為四個(gè)部分：建模、定位、計(jì)算和輸出，通過(guò)導(dǎo)入建筑模型、導(dǎo)入場(chǎng)地模型、導(dǎo)入設(shè)備模型生成系統(tǒng)模型，通過(guò)讀取位置數(shù)據(jù)信息、對(duì)位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得人員設(shè)備位置顯示，根據(jù)導(dǎo)入的安全行為規(guī)則來(lái)識(shí)別不安全源，并根據(jù)上述不安全區(qū)域界定規(guī)則來(lái)界定不安全區(qū)域，計(jì)算不安全狀態(tài)從而輸出報(bào)警信號(hào)；

在輸出模塊中，根據(jù)工作人員的屬性判斷工作人員在不安全區(qū)域的工作權(quán)限，并根據(jù)不安全區(qū)域的屬性判斷不安全區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)的模式預(yù)警。

2.一種基于BIM定位技術(shù)的建筑工人危險(xiǎn)環(huán)境實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警方法包括如下步驟：

基于工程項(xiàng)目實(shí)際勘察與調(diào)研，確定施工現(xiàn)場(chǎng)能夠造成施工事故的不安全環(huán)境因素，并對(duì)施工環(huán)境的不安全區(qū)域進(jìn)行劃分；

實(shí)時(shí)收集施工現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息，建立實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)BIM模型，其中，所述相關(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息包括建筑模型信息、項(xiàng)目施工方案信息、目標(biāo)定位數(shù)據(jù)信息及安全計(jì)算規(guī)則；

讀取所述目標(biāo)定位數(shù)據(jù)信息，并對(duì)所述目標(biāo)定位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步處理，以獲得施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員和機(jī)械設(shè)備的坐標(biāo)位置以及不安全因素的坐標(biāo)位置；

基于所述工作人員和機(jī)械設(shè)備的坐標(biāo)位置以及不安全因素的坐標(biāo)位置，進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理和基于所述安全計(jì)算規(guī)則的計(jì)算，以獲得施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員是否處于不安全區(qū)域的判定；以及

如果判定所述工作人員處于不安全區(qū)域時(shí)，輸出預(yù)警信號(hào)；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警方法利用GPS定位技術(shù)和UWB定位技術(shù)分別對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的室外場(chǎng)所和室內(nèi)場(chǎng)所進(jìn)行定位，同時(shí)使用Unity 3D開發(fā)軟件作為定位技術(shù)和BIM技術(shù)的集成平臺(tái)；

GPS定位技術(shù)在視野開闊沒有遮擋物的環(huán)境下進(jìn)行工作，UWB定位技術(shù)在室內(nèi)場(chǎng)所或地下環(huán)境進(jìn)行穩(wěn)定的定位工作；所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)綜合GPS技術(shù)和UWB技術(shù)進(jìn)行定位；

基于不安全環(huán)境因素并根據(jù)不安全區(qū)域界定條件和界定規(guī)則將不安全區(qū)域劃分為：高墜區(qū)、落物區(qū)、碰撞區(qū)、坍塌區(qū)、觸電區(qū)和重要崗位，其中，所述不安全環(huán)境因素包括基坑、洞口、臨邊墻、腳手架、施工機(jī)械、運(yùn)輸車輛、塔吊或吊車、電線/電纜、重要崗位；

對(duì)于基坑這一不安全環(huán)境因素，界定條件為深度2米，界定規(guī)則為基坑邊緣外擴(kuò)1米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；基坑邊緣外擴(kuò)和內(nèi)擴(kuò)2米，區(qū)域類型為坍塌區(qū)；

對(duì)于洞口這一不安全環(huán)境因素，界定條件為0.5米洞口直徑1米，界定規(guī)則為洞口邊緣外擴(kuò)0.5米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；界定條件為洞口直徑1米，界定規(guī)則為洞口邊緣外擴(kuò)1米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；

對(duì)于臨邊墻這一不安全環(huán)境因素，界定條件為臨邊高度2米，界定規(guī)則為臨邊邊緣以內(nèi)1米，區(qū)域類型為高墜區(qū)；外圍輪廓2米，區(qū)域類型為落物區(qū)；

對(duì)于腳手架這一不安全環(huán)境因素，界定條件為作業(yè)面高度2米，界定規(guī)則為作業(yè)面以上，區(qū)域類型為高墜區(qū)；作業(yè)面以下及垂直投影外擴(kuò)1米，區(qū)域類型為落物區(qū)；腳手架垂直投影外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為坍塌區(qū)；

對(duì)于施工機(jī)械這一不安全環(huán)境因素，界定條件為工作狀態(tài)，界定規(guī)則為施工機(jī)械輪廓外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；

對(duì)于運(yùn)輸車輛這一不安全環(huán)境因素，界定條件為工作狀態(tài)，界定規(guī)則為施工機(jī)械輪廓外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；

對(duì)于塔吊或吊車這一不安全環(huán)境因素，界定條件為操作室高度2米，界定規(guī)則為攀爬樓梯及操作間，區(qū)域類型為高墜區(qū)；界定規(guī)則為懸吊物垂直投影為圓心，5米為半徑的圓形區(qū)域，區(qū)域類型為落物區(qū)；界定條件為懸吊狀態(tài)，界定規(guī)則為懸吊物輪廓外擴(kuò)2米，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；界定條件為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，界定規(guī)則為以機(jī)身為圓心、懸臂長(zhǎng)為半徑的圓形區(qū)域，區(qū)域類型為碰撞區(qū)；

對(duì)于電線或電纜這一不安全環(huán)境因素，界定條件為通電狀態(tài)，界定規(guī)則為以電線或電纜為中心，左右各寬1米的帶狀區(qū)域，區(qū)域類型為觸電區(qū)；

所述基于所述工作人員和機(jī)械設(shè)備的坐標(biāo)位置以及不安全因素的坐標(biāo)位置，進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理和基于所述安全計(jì)算規(guī)則的計(jì)算以獲得施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員是否處于不安全區(qū)域的判定的具體流程為：

提取所述不安全環(huán)境因素的定位數(shù)據(jù)；

判斷所述不安全環(huán)境因素的屬性；

界定不安全區(qū)域類型；

提取工作人員的定位數(shù)據(jù)；

判斷所述工作人員是否處于所述不安全區(qū)域；以及

如果判斷所述工作人員處于所述不安全區(qū)域，則提取工作人員的屬性，并啟動(dòng)預(yù)警模式；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警方法還包括：根據(jù)所述工作人員的屬性判斷所述工作人員在所述不安全區(qū)域的工作權(quán)限，并根據(jù)不安全區(qū)域的屬性判斷所述不安全區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)的模式預(yù)警；通過(guò)在機(jī)械設(shè)備上設(shè)置定位標(biāo)簽，能夠?qū)C(jī)械設(shè)備進(jìn)行定位；

運(yùn)算模塊還用于人員操作培訓(xùn)及安全裝配佩戴監(jiān)測(cè)，以使得輸出模塊能夠進(jìn)行輸出人員操作培訓(xùn)方案并輸出人員安全裝備佩戴是否正常的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并能夠輸出危險(xiǎn)區(qū)域是否存在閑雜人員及機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)結(jié)果；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)基于工程項(xiàng)目實(shí)際勘察與調(diào)研，在施工現(xiàn)場(chǎng)的典型事故中提煉和總結(jié)了施工現(xiàn)場(chǎng)可能引發(fā)和造成施工事故的不安全環(huán)境因素，基于不安全環(huán)境因素并根據(jù)不安全區(qū)域界定條件和界定規(guī)則將不安全區(qū)域劃分為：高墜區(qū)、落物區(qū)、碰撞區(qū)、坍塌區(qū)、觸電區(qū)和重要崗位；根據(jù)界定條件和界定規(guī)則確定了施工現(xiàn)場(chǎng)的不安全區(qū)域界定規(guī)則，從而將施工現(xiàn)場(chǎng)的不安全區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作人員的具體位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減少因工作人員擅自進(jìn)入不安全區(qū)域而引發(fā)的施工安全事故的目的；

所述實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警平臺(tái)提供了基于定位技術(shù)和BIM技術(shù)的集成機(jī)理，定位技術(shù)和BIM技術(shù)的集成機(jī)理按照工作流的劃分分為四個(gè)部分：建模、定位、計(jì)算和輸出，通過(guò)導(dǎo)入建筑模型、導(dǎo)入場(chǎng)地模型、導(dǎo)入設(shè)備模型生成系統(tǒng)模型，通過(guò)讀取位置數(shù)據(jù)信息、對(duì)位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得人員設(shè)備位置顯示，根據(jù)導(dǎo)入的安全行為規(guī)則來(lái)識(shí)別不安全源，并根據(jù)上述不安全區(qū)域界定規(guī)則來(lái)界定不安全區(qū)域，計(jì)算不安全狀態(tài)從而輸出報(bào)警信號(hào)；

在輸出模塊中，根據(jù)工作人員的屬性判斷工作人員在不安全區(qū)域的工作權(quán)限，并根據(jù)不安全區(qū)域的屬性判斷不安全區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)的模式預(yù)警。