本發(fā)明涉及BIM三維模型和智能安全帽應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種大型建筑施工領(lǐng)域基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在大型建筑施工領(lǐng)域，通常需要若干個(gè)建筑團(tuán)體分別承擔(dān)不同區(qū)域的施工，管理者需要從整體上協(xié)調(diào)、監(jiān)控各個(gè)施工區(qū)域的進(jìn)度，盡可能的使各建筑團(tuán)隊(duì)進(jìn)度一致，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上縮短施工時(shí)間?，F(xiàn)有技術(shù)中，施工過(guò)程中的實(shí)體工程信息(不限于時(shí)間、質(zhì)量、進(jìn)度、安全、施工做法等內(nèi)容)，主要依靠管理人員采用事后攝像、拍照等方式進(jìn)行記錄，然后再對(duì)照?qǐng)D紙等將相應(yīng)的工程信息歸類，工作繁瑣，記錄方法較為落后，管理水平落后，項(xiàng)目管理者不能及時(shí)、方便、準(zhǔn)確的把握建筑實(shí)體整體進(jìn)度及不同施工區(qū)域的施工進(jìn)度及施工效果，時(shí)間就是成本，企業(yè)融資的現(xiàn)象普遍存在，如果工程進(jìn)度縮短，項(xiàng)目超預(yù)期完成，企業(yè)就能夠提前拿回資金。相反，如果因?yàn)檎w施工進(jìn)度的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致工期延誤，則會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中，在信息傳遞方面，一旦需要對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行確認(rèn)或改進(jìn)時(shí)，需要通過(guò)打電話或者其他方式通知有關(guān)人員，相關(guān)人員逐級(jí)通知，直到通知到現(xiàn)場(chǎng)施工人員，有時(shí)涉及到的人員眾多，需要花費(fèi)很多的時(shí)間，經(jīng)過(guò)多層轉(zhuǎn)達(dá)，難以保證信息傳遞的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種將BIM模型與智能安全帽結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)大型建筑施工領(lǐng)域進(jìn)度及現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全、管理的整體監(jiān)控的方法及系統(tǒng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控電腦與智能安全帽及時(shí)實(shí)時(shí)溝通。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控方法，包括以下步驟：

步驟一:采用BIM三維建模技術(shù)，輸出建筑的BIM三維模型；

步驟二：根據(jù)實(shí)際監(jiān)控需要，在BIM三維模型上預(yù)先選定需要跟蹤記錄的特征坐標(biāo)點(diǎn)；

步驟三：佩戴智能安全帽，到達(dá)實(shí)體建筑中與步驟二中選定的特征坐標(biāo)點(diǎn)匹配的相應(yīng)位置采集實(shí)體工程特征信息，并將采集到的實(shí)體工程特征信息傳送回監(jiān)控電腦；

步驟四：將步驟三中傳回監(jiān)控電腦的實(shí)體工程特征信息進(jìn)行篩選，然后在監(jiān)控電腦上與BIM三維模型中對(duì)應(yīng)的特征坐標(biāo)點(diǎn)位置一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)；

步驟五在監(jiān)控電腦上打開(kāi)代表需要查看的特征坐標(biāo)點(diǎn)的符號(hào)或參數(shù)，對(duì)比所述特征坐標(biāo)點(diǎn)在不同時(shí)間點(diǎn)的BIM三維模型與實(shí)體工程特征信息，判斷所述特征坐標(biāo)點(diǎn)處的施工進(jìn)度及施工質(zhì)量是否符合要求。

優(yōu)選地，步驟四中，將智能安全帽輸出的定位坐標(biāo)點(diǎn)的特征信息轉(zhuǎn)換為與BIM三維模型中相同坐標(biāo)系統(tǒng)的特征坐標(biāo)點(diǎn)的特征信息，以實(shí)體工程特征信息拍攝位置的特征坐標(biāo)點(diǎn)及拍攝時(shí)間為關(guān)鍵指標(biāo)，將在相同特征坐標(biāo)點(diǎn)所拍攝的實(shí)體建筑特征信息與BIM三維模型中的同一特征坐標(biāo)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來(lái)。

更優(yōu)選地，所述智能安全帽輸出的定位坐標(biāo)點(diǎn)與BIM三維模型中的特征坐標(biāo)點(diǎn)之間的誤差小于或等于0.5米均視為同一坐標(biāo)點(diǎn)。

一種基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控系統(tǒng)，包括BIM建模模塊、特征坐標(biāo)點(diǎn)定義模塊、實(shí)體工程特征信息采集模塊、實(shí)體工程特征信息篩選及關(guān)聯(lián)模塊、信息查詢模塊；其中利用智能安全帽進(jìn)行實(shí)體工程特征信息采集，所述智能安全帽包括安全帽外殼、內(nèi)側(cè)帽箍，還包括可360度全景拍攝的攝像頭組件、耳麥組件、外置電源、定位模塊、信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊、無(wú)線傳輸模塊、模塊承載平臺(tái)以及可控制智能安全帽各項(xiàng)智能功能的多功能開(kāi)關(guān)；其中，模塊承載平臺(tái)設(shè)置于內(nèi)側(cè)帽箍頂部與安全帽外殼頂部之間的夾層中，所述攝像頭組件、定位模塊、信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊、無(wú)線傳輸模塊、以及多功能開(kāi)關(guān)的控制模塊固定在模塊承載平臺(tái)上，所述攝像頭組件、耳麥組件、定位模塊、信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊與無(wú)線傳輸模塊及多功能開(kāi)關(guān)電通訊連接。

進(jìn)一步地，所述攝像頭組件設(shè)置在安全帽外殼的頂部，包括突出安全帽外殼頂壁的攝像頭以及帶動(dòng)攝像頭可360轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)；所述攝像頭組件還包括設(shè)置于攝像頭外圍、與安全帽外殼銜接的透明的攝像頭保護(hù)罩。

更進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)包括電連接在攝像頭底部可帶動(dòng)攝像頭實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，為轉(zhuǎn)動(dòng)軸提供電力的內(nèi)置電機(jī)固定在模塊承載平臺(tái)上。

優(yōu)選地，所述耳麥組件設(shè)置在安全帽外殼的側(cè)面，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在安全帽外殼上的耳麥轉(zhuǎn)動(dòng)桿，耳麥轉(zhuǎn)動(dòng)桿上適配人體耳部設(shè)置有耳機(jī)，適配口部設(shè)置麥克風(fēng)。

所述外置電源的電源插頭插接在設(shè)置于安全帽外殼上電源孔中。

更優(yōu)選地，所述無(wú)線傳輸模塊采取組建無(wú)線局域網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)通訊傳輸；所述定位模塊通過(guò)一亞米級(jí)GPS定位模塊或基站或WiFi或北斗或PDR或重力感應(yīng)融合定位實(shí)現(xiàn)智能安全帽的實(shí)時(shí)定位，所述定位模塊通過(guò)無(wú)線傳輸模塊與便攜式電子設(shè)備或電腦無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)定位模塊采集的位置信息及時(shí)、安全并完整的回傳便攜式電子設(shè)備或電腦上；

所述信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊中采用SD卡或TF卡；

每一個(gè)所述智能安全帽具有可與其他安全帽區(qū)分的唯一的標(biāo)識(shí)碼。

所述模塊承載平臺(tái)通過(guò)內(nèi)六角螺絲水平地固定在安全帽外殼的內(nèi)壁上；所述外置電源可反復(fù)充電、放電的鋰電池。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下益處：

1，本發(fā)明通過(guò)佩戴智能安全帽到達(dá)實(shí)體建筑與BIM三維模型中預(yù)定的特征坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置處，對(duì)實(shí)體工程特征信息進(jìn)行記錄，并傳回監(jiān)控電腦，對(duì)同一定位坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)體工程特征信息進(jìn)行篩選，然后在監(jiān)控電腦上與BIM三維模型中對(duì)應(yīng)特征坐標(biāo)點(diǎn)位置通過(guò)關(guān)聯(lián)軟件一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)，監(jiān)控人員在監(jiān)控電腦上即可完成查看、對(duì)比所述特征坐標(biāo)點(diǎn)不同時(shí)間點(diǎn)的實(shí)體工程特征信息，據(jù)此判斷所述特征坐標(biāo)點(diǎn)處的工程進(jìn)度及施工質(zhì)量是否符合要求，管理人員不需要進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，極大提高監(jiān)控人員的工作效率，便于管理。

2、所述智能安全帽具有可360度旋轉(zhuǎn)的攝像頭，能拍攝以安全帽為中心的全景內(nèi)容；具有定位功能，能將現(xiàn)場(chǎng)拍攝的信息資料、位置信息等內(nèi)容通過(guò)無(wú)線功能傳送到監(jiān)控電腦上；具有隨時(shí)通話功能，極大提高溝通效率；具有臨時(shí)存儲(chǔ)功能，可在信息傳輸環(huán)境不好的狀態(tài)下，將拍攝信息暫時(shí)存儲(chǔ)，防止需要的信息因傳輸環(huán)境不好而采集不全。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地解釋。

圖1是實(shí)施例基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控系統(tǒng)流程示意圖

圖2是實(shí)施例基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控方法示意圖

圖3是實(shí)施例智能安全帽麥克風(fēng)打開(kāi)狀態(tài)使用示意圖

圖4是實(shí)施例智能安全帽麥克風(fēng)關(guān)閉狀態(tài)使用示意圖

圖5是實(shí)施例智能安全帽局部剖視示意圖

圖6是圖5中A處局部放大圖

具體實(shí)施方式

如圖1所示，基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控系統(tǒng)包括BIM建模模塊、特征坐標(biāo)點(diǎn)定義模塊、實(shí)體工程特征信息采集模塊、實(shí)體工程特征信息篩選及關(guān)聯(lián)模塊、信息查詢模塊。

如圖2所示，基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)本發(fā)明提供的一種BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控方法實(shí)現(xiàn)。

一種基于BIM三維模型和智能安全帽的監(jiān)控方法，包括如下步驟：

步驟一:在BIM建模模塊中，采用Revit軟件，建立建筑的BIM三維模型；輸出建筑的BIM模擬施工效果，也可選用表一所示的現(xiàn)有技術(shù)中多種軟件及其合理組合實(shí)現(xiàn)。

表一

步驟二：在特征坐標(biāo)點(diǎn)定義模塊中根據(jù)實(shí)際監(jiān)控需要，在BIM三維模型上預(yù)先選定需要跟蹤記錄的特征坐標(biāo)點(diǎn)。所謂特征坐標(biāo)點(diǎn)是指根據(jù)實(shí)際監(jiān)控需要，在BIM三維模型中可量化為空間坐標(biāo)點(diǎn)的有代表性的位置，可為建筑的標(biāo)志性位置或人為指定的易于拍攝的任何位置。

步驟三：實(shí)體工程特征信息采集模塊，施工人員佩戴智能安全帽40，到達(dá)實(shí)體建筑中與步驟一中選定的特征坐標(biāo)點(diǎn)匹配的相應(yīng)位置；并利用智能安全帽40的攝像、拍照功能、存儲(chǔ)等功能采集特征坐標(biāo)點(diǎn)位置處相應(yīng)的實(shí)體工程特征信息，并將采集到的實(shí)體工程特征信息連同定位坐標(biāo)點(diǎn)傳送回監(jiān)控電腦，

步驟四：實(shí)體工程特征信息篩選及關(guān)聯(lián)模塊，將步驟三中傳回監(jiān)控電腦的同一定位坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)體工程特征信息進(jìn)行篩選，然后在監(jiān)控電腦上與BIM三維模型中對(duì)應(yīng)特征坐標(biāo)點(diǎn)位置一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)。即將智能安全帽輸出的定位坐標(biāo)點(diǎn)特征信息轉(zhuǎn)換為與BIM三維模型中相同坐標(biāo)系統(tǒng)的特征坐標(biāo)點(diǎn)的特征信息，以實(shí)體工程特征信息拍攝位置的特征坐標(biāo)點(diǎn)及拍攝時(shí)間為關(guān)鍵指標(biāo)，將相同特征坐標(biāo)點(diǎn)所拍攝的實(shí)體建筑特征信息與BIM三維模型中的同一特征坐標(biāo)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來(lái)。例如傳回監(jiān)控電腦的拍攝實(shí)體工程的定位坐標(biāo)點(diǎn)為A(100.337.22)、B(200.339.25)、C(300.337.113)，BIM模型中的特征坐標(biāo)點(diǎn)為M(200.339.25)、N(100.337.22)、O(300.400.500)則，系統(tǒng)通過(guò)A、B、C與M、N、O的對(duì)比，自動(dòng)將A點(diǎn)所拍攝的特征信息賦予N，將B點(diǎn)所拍攝的特征信息賦予M。需要說(shuō)明的是，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中GPS等定位技術(shù)的準(zhǔn)確性，以及智能安全帽40采集的實(shí)體工程特征信息范圍較大，智能安全帽40的輸出的定位坐標(biāo)點(diǎn)與BIM三維模型中的特征坐標(biāo)點(diǎn)允許存在一定誤差，在一定誤差范圍內(nèi)的坐標(biāo)位置可視為同一坐標(biāo)點(diǎn)，如坐標(biāo)位置誤差在0.5米以內(nèi)均可視為同一位置，在軟件編程時(shí)消化掉這些誤差，不影響后面的對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)、查看等工作。

步驟五信息查詢模塊，在監(jiān)控電腦上，通過(guò)BIM三維模型，打開(kāi)代表需要查看的特征坐標(biāo)點(diǎn)的符號(hào)或參數(shù)，即可準(zhǔn)確查看、對(duì)比所述特征坐標(biāo)點(diǎn)不同時(shí)間點(diǎn)的實(shí)體工程特征信息，據(jù)此判斷所述特征坐標(biāo)點(diǎn)處的工程進(jìn)度及施工質(zhì)量是否符合要求。

其中，如圖3～圖6所示，所述智能安全帽40，包括安全帽外殼41、內(nèi)側(cè)帽箍42，還包括：可360度全景拍攝的攝像頭組件43、耳麥組件44、外置電源45、定位模塊46、信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊47、無(wú)線傳輸模塊48、模塊承載平臺(tái)49以及可控制智能安全帽各項(xiàng)智能功能的多功能開(kāi)關(guān)50；其中，模塊承載平臺(tái)49設(shè)置于內(nèi)側(cè)帽箍42頂部與安全帽外殼41頂部之間的夾層中，所述攝像頭組件43、定位模塊46、信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊47、無(wú)線傳輸模塊48、以及多功能開(kāi)關(guān)50的控制模塊501固定在模塊承載平臺(tái)49上，所述攝像頭組件43、耳麥組件44、定位模塊46、信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊47與無(wú)線傳輸模塊48及多功能開(kāi)關(guān)50電通訊連接。

實(shí)施例中，所述模塊承載平臺(tái)49通過(guò)內(nèi)六角螺絲水平地固定在安全帽外殼41的內(nèi)壁上。

所述安全帽外殼41上設(shè)有帽沿411、安全扣帶412；所述攝像頭組件43設(shè)置在安全帽外殼41的頂部，包括突出安全帽外殼41頂壁的攝像頭431以及可帶動(dòng)攝像頭431進(jìn)行360轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，本實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)包括電連接在攝像頭431的底部的轉(zhuǎn)動(dòng)軸433，轉(zhuǎn)動(dòng)軸433可在內(nèi)置電機(jī)432的作用下，帶動(dòng)攝像頭431實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，內(nèi)置電機(jī)432固定在模塊承載平臺(tái)49上。

攝像頭431外圍設(shè)有透明的攝像頭保護(hù)罩435，所述攝像頭保護(hù)罩435與安全帽外殼41銜接，突出安全帽外殼41形成可容下攝像頭431的透明腔體，所述攝像頭保護(hù)罩435與安全帽外殼41相同材質(zhì)制成，攝像頭的拍攝活動(dòng)可以通過(guò)多功能開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。

所述耳麥組件44設(shè)置在安全帽外殼41的側(cè)面，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在安全帽外殼41上的耳麥轉(zhuǎn)動(dòng)桿441，耳麥轉(zhuǎn)動(dòng)桿441上適配人體耳部設(shè)置有耳機(jī)442，適配口部設(shè)置麥克風(fēng)443；可通過(guò)耳機(jī)和麥克風(fēng)與其他安全帽使用者及其他監(jiān)控人員隨時(shí)進(jìn)行溝通。本實(shí)施例中，采用現(xiàn)有技術(shù)常用的方式，使耳機(jī)442一直保持通訊狀態(tài)，當(dāng)耳麥轉(zhuǎn)動(dòng)桿441的自由端高于帽沿411時(shí)，麥克風(fēng)443為關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)耳麥轉(zhuǎn)動(dòng)桿441的自由端低于帽沿411時(shí)，麥克風(fēng)443為打開(kāi)狀態(tài)，可進(jìn)行通話。

所述外置電源45的電源插頭451插接在設(shè)置于安全帽外殼41上電源孔中，為整個(gè)智能安全帽提供電力，外置電源45可掛在安全帶上或裝在口袋內(nèi)，方便隨時(shí)更換。所述外置電源45可為現(xiàn)有技術(shù)的多種電源，優(yōu)選為可反復(fù)充電、放電的鋰電池。

所述無(wú)線傳輸模塊48可將智能安全帽拍攝的內(nèi)容、位置信息、語(yǔ)音等信息及時(shí)、安全并完整的回傳到監(jiān)控電腦上。具體采取組建無(wú)線局域網(wǎng)的方式，通過(guò)WI-FI技術(shù)、ZigBee技術(shù)、UWB等超寬帶技術(shù)等或技術(shù)組合實(shí)現(xiàn)信息的通訊傳輸。

所述定位模塊46通過(guò)亞米級(jí)GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))定位模塊實(shí)現(xiàn)智能安全帽的實(shí)時(shí)定位(也可以采用基站、WiFi、北斗、PDR、重力感應(yīng)融合定位等現(xiàn)有技術(shù)的多種定位方式)，所述定位模塊46采集的信息通過(guò)無(wú)線傳輸模塊48與及時(shí)、安全并完整的回傳到監(jiān)控電腦上。在該實(shí)施例中，GPS板卡選用高精度主板，專業(yè)的工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，并采用PAC(可編程自動(dòng)化控制器)和Vision相關(guān)技術(shù)，有效消除來(lái)自天線附近或強(qiáng)多路徑干擾環(huán)境下的多路徑干擾信號(hào)，故其抗干擾能力強(qiáng)，精度高，穩(wěn)定性好，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

所述信息臨時(shí)存儲(chǔ)模塊47具有大容量的存儲(chǔ)功能，可通過(guò)多功能開(kāi)關(guān)50控制存儲(chǔ)內(nèi)容。在拍攝的內(nèi)容不能傳送到其他設(shè)備上時(shí)，也可以進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)。例如：存儲(chǔ)設(shè)備優(yōu)先采用市場(chǎng)上通用、容量大、體積小的SD或TF卡，以128G的SD卡為例，以720P標(biāo)準(zhǔn)拍攝、可以存儲(chǔ)5-10天、每天8小時(shí)拍攝的內(nèi)容。SD或TF卡價(jià)格適中、通用、方便裝卸、易于讀取。

所述多功能開(kāi)關(guān)50通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中常用方法來(lái)控制安全帽的多種功能。本實(shí)施例中，多功能開(kāi)關(guān)50長(zhǎng)按為開(kāi)、關(guān)切換功能；向前為攝像功能；向上為攝像頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；向下為攝像頭逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；向后為無(wú)線功能的開(kāi)、關(guān)功能切換；快速向前/向后按兩下為變焦功能；快速向上/向下按兩下為記錄和反饋位置功能等設(shè)置。其中，長(zhǎng)按開(kāi)關(guān)彈起后打開(kāi)設(shè)備，開(kāi)關(guān)在向某一個(gè)方向推動(dòng)后會(huì)在彈簧的作用下立即歸位，回到原來(lái)的位置，然后可繼續(xù)進(jìn)行其他操作。多功能開(kāi)關(guān)50的控制方法也可采用現(xiàn)有技術(shù)的多種方式。

本實(shí)施例中，每一個(gè)智能安全帽設(shè)以一定規(guī)則編碼，具有唯一的標(biāo)識(shí)碼，以方便與其他安全帽識(shí)別。