CN112597578A - 一种基于bim和gis的铁路工地定位管理*** - Google Patents

一种基于bim和gis的铁路工地定位管理*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于BIM和GIS的铁路工地定位管理***，属于工地施工管理技术领域，具体包括：工程构造模块、数据处理模块、数据发布模块、变形监测模块和对象管理模块；工程构造模块利用GIS技术和BIM技术，获取工程场地的实际形貌和工程构建信息；变形监测模型监测铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区；对象管理模块定位对象位置和对象所处环境，并实时监测对象的实际运行情况；数据处理模块用于定位解算和变形分析；数据发布模块将定位解算结果和变形分析结果可视化，且发布实时预警功能。本发明利用工程构建模块获取定位信息管理，对构筑物开展变形信息管理，可实现危险预警、施工效率分析等多种功能，大大提高了铁路施工的安全性。

Description

一种基于BIM和GIS的铁路工地定位管理***
技术领域
本发明属于工地施工管理技术领域，更具体地，涉及一种基于BIM(建筑信息模型)和GIS(地理信息***)的铁路工地定位管理***。
背景技术
目前铁路施工建设的特点是施工点多、线长以及人员分散，对位置安全的需求量较大。现有铁路建设工地管理较为粗犷，缺乏定位管理***。
既有的定位技术包括本地部署局域网定位、广域网定位两大类，本地局域网定位典型技术有Wifi、蓝牙、RFID、ZigBee等，广域网定位主要有GNSS(Global NavigationSatellite System，全球卫星导航定位***)定位技术，包括美国的GPS，中国的北斗导航，俄罗斯的格洛纳斯，欧洲的伽利略。结合既有的局域网定位和广域网定位技术可以实现在工地复杂环境中获取精准的空间位置。
虽然广域网的模式具有应用方便，设备轻便，定位空间大小不受限等优点，但应用在铁路上存在严重不足之处，尤其铁路线路跨度较长，缺乏定位管理***，尤其是结合GIS与BIM技术实现铁路定位精细化管理。如何完善铁路施工现场管理，控制事故发生频率，以及如何对工地人员、车辆和施工机械进行定位管理一直是盲点。铁路工程项目是一个庞大而复杂的***，不同于单体或有限范围内的一般建筑。现有工地在人员管理、安全管理中普遍存在反馈不及时，无法实时分析各个数据流行程的反馈，造成工地管理上存在监控不到位、各种违规操作和不文明施工等安全隐患的现象，影响了安全生产与工程质量管理。
但应用在智慧工地上存在两个缺点，一是定位精度问题，误差在米级，而且波动大，另外一个就是工地环境复杂，且多有隧道、坑道、建筑物室内等场景，这些场景中，广域网信号弱或接收不到信号，难以适应工地的复杂多变的需求。而自部署局域网定位的模式，可以根据定位精度需要，灵活部署局域网网络，以满足精度要求，但其最大的缺点是局部组网需要投入大量的组网设备，设备资金投入和维护成本较高，在现场铺设物理设备也不可避免地对施工产生影响，而且在现场不一定具备铺设网络的条件。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于BIM(建筑信息模型：Building Information Modeling)和GIS(地理信息***：Geographic InformationSystem)的铁路工地定位管理***，旨在解决现有工地实时状况无法及时反馈导致铁路施工存在极大安全隐患的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于BIM和GIS的铁路工地定位管理***，包括：工程构造模块、数据处理模块、数据发布模块、变形监测模块和对象管理模块；
工程构造模块、变形监测模型和对象管理模块的输出端均与数据处理模块的输入端连接；数据处理模块的输出端与数据发布模块的输入端连接；
工程构造模块用于利用GIS技术和BIM技术，获取工程场地的实际形貌和工程构建信息；
变形监测模型用于监测铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区；
对象管理模块用于定位对象位置和对象所处环境，并实时监测对象的实际运行情况；
数据处理模块用于工程场地的实际形貌、工程构建信息、铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区、对象位置、对象所处环境、对象的实际运行情况，进行定位解算和变形分析；
数据发布模块用于将定位解算结果和变形分析结果可视化，且向手持终端发布实时预警功能。
优选地，工程构造模块包括GIS环境模型和BIM构筑物模型；
GIS环境模型用于将现场地形数据进行空三加密计算生成点云数据后，根据点云数据制作工程场地的实际形貌；
BIM构筑物模型用于被划分为多个工程构件，将工程构件与实际工程部位匹配后对其录入工程构件信息。
优选地，现场地形数据由无人机倾斜拍摄技术或三维激光扫描技术获取；工程构件信息包括构件名、材料所在位置、工程量和造价。
优选地，数据处理模块包括数据解算单元、安全预警单元、效率分析单元和数据传输单元；
数据解算单元和效率分析单元均与工程构造模块相连；安全预警单元与对象管理模块和变形监测模块相连；数据传输单元与数据解算单元和安全预警单元相连；
数据解算单元用于将工程场地的实际形貌和工程构建信息进行数据解码，实现对工程场地的定位解算；
安全预警单元用于对构筑物位移变形量进行评估和预测，获取灾害预警，并根据对象位置、对象所处环境和对象的实际运行情况，获取危险预警；
效率分析单元用于根据工程场地的实际形貌和工程构建信息，获取施工的时间信息；
数据传输单元用于将定位解算的结果、灾害预警和危险预警的结果发送至数据分布模块。
优选地，危险预警包括危险区域预警和危险工序预警；危险区域预警通过对象位置和对象所处环境获取；危险工序预警通过分析对象的实际运行情况获取。
优选地，对象管理模块包括人员管理模块和施工车辆管理模块。
优选地，人员管理模块包括手持终端和人工管理单元；手持终端包括主控板、4G通讯器、GNSS***、UWB***、电源、I/O模块和数据存储器；
人工管理单元包括定位导航器、图像采集器、语音对讲器、流程管理器和北斗短报文通信器。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
本发明提供的工程构建模块集合GIS环境模型和BIM构筑物模型，在需要宏观管理时，能够利用GIS环境模型进行大范围的操作管理，在需要微观管理时，则能够利用BIM构筑物模型对构筑物细节信息操作。既不损失GIS环境模型应有的信息与功能，也不损失BIM的信息与功能，且BIM构筑物模型录入的工程构件信息随着项目生命周期的变化可不断补充和扩展。利用工程构建模块对施工人员、车辆开展定位信息管理，对构筑物开展变形信息管理，可实现危险预警、施工效率分析等多种功能，大大提高了铁路施工的安全性。
附图说明
图1是本发明提供的铁路工地定位管理***的结构框架图；
图2是本发明提供的手持终端架构图；
图3是本发明提供的车载定位终端架构图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-GIS环境模型；2-BIM构筑物模型；3-工程构造模块；4-变形监测模型；5-人员管理模块；6-车辆管理模块；7-数据处理模块；8-数据发布模块；9-定位管理模块；10-智慧工地；4.1-北斗地基增强基准站；4.2-监测站；4.3-多传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
BIM+GIS技术的铁路工地定位管理技术为：利用GIS技术整合建筑物外部环境的信息，利用BIM技术整合建筑物内部环境信息，把微观领域的BIM技术和宏观领域的GIS技术进行融合，既能满足建筑物BIM信息的管理，又能满足空间信息的管理，适应用于铁路的综合管理。
基于上述理论，本发明提供了一种基于BIM和GIS的铁路工地定位管理***，包括:工程构造模块3、数据处理模块7、数据发布模块8、变形监测模型4和对象管理模块；
工程构造模块3、变形监测模型4和对象管理模块的输出端均与数据处理模块7的输入端连接；数据处理模块7的输出端与数据发布模块8的输入端连接；
工程构造模块3用于利用GIS技术和BIM技术，获取工程场地的实际形貌和工程构建信息；
变形监测模型4用于监测铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区；
对象管理模块用于定位对象位置和对象所处环境，并实时监测对象的实际运行情况；
数据处理模块7用于工程场地的实际形貌、工程构建信息、铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区、对象位置、对象所处环境、对象的实际运行情况，进行定位解算和变形分析；
数据发布模块8用于将定位解算结果和变形分析结果可视化，且向手持终端发布实时预警功能。
优选地，工程构造模块3包括GIS环境模型1和BIM构筑物模型2；
GIS环境模型1用于将现场地形数据进行空三加密计算生成点云数据后，根据点云数据制作工程场地的实际形貌；
BIM构筑物模型2用于被划分为多个工程构件，将工程构件与实际工程部位匹配后对其录入工程构件信息。
优选地，现场地形数据由无人机倾斜拍摄技术或三维激光扫描技术获取；工程构件信息包括构件名、材料所在位置、工程量和造价。
优选地，数据处理模块7包括数据解算单元、安全预警单元、效率分析单元和数据传输单元；
数据解算单元和效率分析单元均与工程构造模块3相连；安全预警单元与对象管理模块和变形监测模块4相连；数据传输单元与数据解算单元和安全预警单元相连；
数据解算单元用于将工程场地的实际形貌和工程构建信息进行数据解码，实现对工程场地的定位解算；
安全预警单元用于对构筑物位移变形量进行评估和预测，获取灾害预警，并根据对象位置、对象所处环境和对象的实际运行情况，获取危险预警；
效率分析单元用于根据工程场地的实际形貌和工程构建信息，获取施工的时间信息；
数据传输单元用于将定位解算的结果、灾害预警和危险预警的结果发送至数据分布模块8。
优选地，危险预警包括危险区域预警和危险工序预警；危险区域预警通过对象位置和对象所处环境获取；危险工序预警通过分析对象的实际运行情况获取。
优选地，对象管理模块包括人员管理模块5和施工车辆管理模块6。
优选地，人员管理模块5包括手持终端和人工管理单元；手持终端包括主控板、4G通讯器、GNSS***、UWB***、电源、I/O模块和数据存储器；
人工单元包括定位导航器、图像采集器、语音对讲器、流程管理器和北斗短报文通信器。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种基于BIM和GIS的铁路工地定位管理***，其特征在于，包括工程构造模块3、变形监测模块4、人员管理模块5、施工车辆管理模块6、数据处理模块7和数据发布模块8；
工程构造模块3包括GIS环境模型1和BIM构筑物模型2；其中，GIS环境模型1用于将由无人机倾斜摄影技术或三维激光扫描技术获取的现场地形数据通过软件进行空三加密计算生成点云数据，通过点云数据制作工程场地的实际地形图；BIM构筑物模型2通过软件对工程的BIM三维模型进行监理，并将BIM构筑物模型2划分为多个工程构件，各工程构件与实际工程部位相对应，并对各工程构件进行名称、材质和造价等信息的录入。BIM构筑物模型2包含的信息随着项目生命周期的变化需要不断补充和扩展。BIM构筑物模型2与GIS环境模型1通过Fuzor软件相结合生成工程构造模块3。
变形监测模块4用于监测铁路工程沿线危险构筑物和灾害区，例如滑坡和泥石流等，包括北斗地基增强基准站4.1、北斗监测站4.2、多传感器4.3、供电***、通信***和防雷***；北斗地基增强基准站4.1可采用距离监测站20km以内的北斗地基增强***框架网或加密网站点；北斗监测站4.2以北斗终端设备为基础，集位移计、雨量计等传感器为一体(多传感器4.3)，实现对全路段及重点设施的实时数据采集，对高位边坡、单体滑坡的地面位移、深部位移、地裂缝、孔隙水压力(水位)以及地声等进行实时监测。北斗监测站4.2和北斗地基增强基准站4.1的原始观测数据以及多传感器4.3采集的数据以GPRS、电台和北斗短报文等通讯手段发送至数据处理模块7。
人员管理模块5用于室内和室外的定位功能，包括手持终端和人工管理单元；其中，如图2所示，手持终端包括主控板、4G/5G通信器、GNSS(Global Navigation SatelliteSystem全球导航卫星***)***、UWB(Ultra Wide Band超宽带)***、电源、I/O模块和数据存储器；人工管理单元包括定位导航器、图像采集器、语音对讲器、流程管理器和北斗短报文通信器。
施工车辆管理模块6包括车载定位终端和车辆管理单元；如图3所示，车载定位终端包括主控板、4G/5G通信器、***、网络数据模块、串口数据模块和DMI显示器。
数据处理模块7为整个铁路工地定位管理***的核心，主要实现以下功能：1.数据解算，将工程场地的实际形貌和工程构建信息进行数据解码，实现对工程场地的定位解算；实现多传感器的数据接收和融合处理，实时提供监测对象的瞬变和徐变情况；2.灾害预警的提示，对构筑物位移变形量进行评估和预测获取，如高墩模板监测预警和工程附近山体滑坡预警；3.危险区域预警的提示，根据GIS数据、人员和车辆的定位数据，对于人员和车辆靠近危险区域，适时进行危险区域预警的提示，如对工地深坑、沟、孔洞等危险区域进行靠近预警；4.危险工序预警，根据BIM构筑物模型获取的数据、人员和车辆的定位数据，对危险作业工序进行适时预警，如对汽车吊起重作业，以汽车吊为中心，划分电子围栏，对人员进入做出预警；5.施工效率分析，对于铁路建设工地定位数据开展整体分析，结合GIS环境模型1和BIM构筑物模型2开展施工效率分析，例如：统计施工人员施工地点与物料存放地点往返里程、往返时间，得出施工物料搬运时间和速度等指标，进而采取相关手段减少物料搬运时间；6.数据传输，定位解算、变形分析和预测预警的结果发送至数据发布模块8。
数据发布模块8将数据处理模块完成的定位解算结果和变形分析结构，集成至工程构建模块3，以平台可视化的形式展示，可同时通过手持终端发布实时预警和报警功能，并将信息与其它相关***链接共享。
数据处理模块7的输出端也与定位管理模块9相连；定位管理模块9用于将实时信息反馈至智慧工地10。
综上所述，铁路工地定位管理***采用基于APN专网4G/5G无线通信技术以实现平台与施工人员、施工设备和地面预警防护中心服务器的信息交互，同时采用基于北斗卫星定位和短报文技术实现终端的定位及4G通信盲区的信息传输。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于BIM和GIS的铁路工地定位管理***，其特征在于，包括工程构造模块(3)、数据处理模块(7)、数据发布模块(8)、变形监测模型(4)和对象管理模块；
所述工程构造模块(3)、所述变形监测模型(4)和所述对象管理模块的输出端均与所述数据处理模块(7)的输入端连接；所述数据处理模块(7)的输出端与所述数据发布模块(8)的输入端连接；
所述工程构造模块(3)用于利用GIS技术和BIM技术，获取工程场地的实际形貌和工程构建信息；
所述变形监测模型(4)用于监测铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区；
所述对象管理模块用于定位对象位置和对象所处环境，并实时监测对象的实际运行情况；
所述数据处理模块(7)用于基于工程场地的实际形貌、工程构建信息、铁路工程沿线危险的构筑物和灾害区、对象位置、对象所处环境、对象的实际运行情况，进行定位解算和变形分析；
所述数据发布模块(8)用于将定位解算结果和变形分析结果可视化，且向手持终端发布实时预警功能。
2.根据权利要求1所述的铁路工地定位管理***，其特征在于，工程构造模块(3)包括GIS环境模型(1)和BIM构筑物模型(2)；
所述GIS环境模型(1)用于将现场地形数据进行空三加密计算生成点云数据后，根据点云数据制作工程场地的实际形貌；
所述BIM构筑物模型(2)被划分为多个工程构件；多个工程构件用于记载相应工程构件信息。
3.根据权利要求2所述的铁路工地定位管理***，其特征在于，所述现场地形数据由无人机倾斜拍摄技术或三维激光扫描技术获取；所述工程构件信息包括构件名、材料所在位置、工程量和造价。
4.根据权利要求1所述的铁路工地定位管理***，其特征在于，所述数据处理模块(7)包括数据解算单元、安全预警单元、效率分析单元和数据传输单元；
数据解算单元和效率分析单元均与工程构造模块(3)相连；安全预警单元与对象管理模块和变形监测模块(4)相连；数据传输单元与数据解算单元和安全预警单元相连；
数据解算单元用于将工程场地的实际形貌和工程构建信息进行数据解码，实现对工程场地的定位解算；
安全预警单元用于对构筑物位移变形量进行评估和预测，获取灾害预警，并根据对象位置、对象所处环境和对象的实际运行情况，获取危险预警；
效率分析单元用于根据工程场地的实际形貌和工程构建信息，获取施工的时间信息；
数据传输单元用于将定位解算的结果、灾害预警和危险预警的结果发送至数据分布模块(8)。
5.根据权利要求4所述的铁路工地定位管理***，其特征在于，所述危险预警包括危险区域预警和危险工序预警；所述危险区域预警通过对象位置和对象所处环境获取；所述危险工序预警通过分析对象的实际运行情况获取。
6.根据权利要求1至5任一所述的铁路工地定位管理***，其特征在于，所述对象管理模块包括人员管理模块(5)和施工车辆管理模块(6)。
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