[发明专利]基于BIM定位技术的施工危险环境实时预警平台与方法

权利要求书

1.一种基于BIM定位技术的危险环境实时识别预警平台，其特征在于，所述实时识别预警平台包括信息收集模块、输入模块、运算模块和输出模块，其中：

所述的信息收集模块用于实时收集施工现场的相关项目数据信息，其中，所述相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；

所述的输入模块与所述信息收集模块通信连接，所述输入模块用于读取所述目标定位数据信息，并对所述目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；

所述的运算模块与所述输入模块通信连接，所述运算模块基于所述工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于所述安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及

所述的输出模块与所述运算模块通信连接，所述输出模块用于在判定所述工作人员处于不安全区域时，输出预警信号；

所述实时识别预警平台是利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位的，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台；

GPS定位技术在视野开阔没有遮挡物的环境下进行工作，UWB定位技术在室内场所或地下环境进行稳定的定位工作；所述实时识别预警平台综合GPS技术和UWB技术进行定位；

基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，所述不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊或吊车、电线/电缆、重要岗位；

对于基坑这一不安全环境因素，界定条件为深度2米，界定规则为基坑边缘外扩1米，区域类型为高坠区；基坑边缘外扩和内扩2米，区域类型为坍塌区；

对于洞口这一不安全环境因素，界定条件为0.5米洞口直径1米，界定规则为洞口边缘外扩0.5米，区域类型为高坠区；界定条件为洞口直径1米，界定规则为洞口边缘外扩1米，区域类型为高坠区；

对于临边墙这一不安全环境因素，界定条件为临边高度2米，界定规则为临边边缘以内1米，区域类型为高坠区；外围轮廓2米，区域类型为落物区；

对于脚手架这一不安全环境因素，界定条件为作业面高度2米，界定规则为作业面以上，区域类型为高坠区；作业面以下及垂直投影外扩1米，区域类型为落物区；脚手架垂直投影外扩2米，区域类型为坍塌区；

对于施工机械这一不安全环境因素，界定条件为工作状态，界定规则为施工机械轮廓外扩2米，区域类型为碰撞区；

对于运输车辆这一不安全环境因素，界定条件为工作状态，界定规则为施工机械轮廓外扩2米，区域类型为碰撞区；

对于塔吊或吊车这一不安全环境因素，界定条件为操作室高度2米，界定规则为攀爬楼梯及操作间，区域类型为高坠区；界定规则为悬吊物垂直投影为圆心，5米为半径的圆形区域，区域类型为落物区；界定条件为悬吊状态，界定规则为悬吊物轮廓外扩2米，区域类型为碰撞区；界定条件为旋转状态，界定规则为以机身为圆心、悬臂长为半径的圆形区域，区域类型为碰撞区；

对于电线或电缆这一不安全环境因素，界定条件为通电状态，界定规则为以电线或电缆为中心，左右各宽1米的带状区域，区域类型为触电区；

所述运算模块的基本工作流程为：

提取所述不安全环境因素的定位数据；

判断所述不安全环境因素的属性；

界定不安全区域类型；

提取工作人员的定位数据；

判断所述工作人员是否处于所述不安全区域；以及

如果判断所述工作人员处于所述不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式；

在输出模块中，根据所述工作人员的属性判断所述工作人员在所述不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断所述不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警；通过在机械设备上设置定位标签，能够对机械设备进行定位；

所述运算模块还用于人员操作培训及安全装配佩戴监测，以使得输出模块能够进行输出人员操作培训方案并输出人员安全装备佩戴是否正常的监测结果，并能够输出危险区域是否存在闲杂人员及机械设备的监测结果；

所述实时识别预警平台基于工程项目实际勘察与调研，在施工现场的典型事故中提炼和总结了施工现场可能引发和造成施工事故的不安全环境因素，基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位；根据界定条件和界定规则确定了施工现场的不安全区域界定规则，从而将施工现场的不安全区域进行识别，结合现场工作人员的具体位置，进而实现减少因工作人员擅自进入不安全区域而引发的施工安全事故的目的；

所述实时识别预警平台提供了基于定位技术和BIM技术的集成机理，定位技术和BIM技术的集成机理按照工作流的划分分为四个部分：建模、定位、计算和输出，通过导入建筑模型、导入场地模型、导入设备模型生成系统模型，通过读取位置数据信息、对位置数据转换获得人员设备位置显示，根据导入的安全行为规则来识别不安全源，并根据上述不安全区域界定规则来界定不安全区域，计算不安全状态从而输出报警信号；

在输出模块中，根据工作人员的属性判断工作人员在不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。

2.一种基于BIM定位技术的建筑工人危险环境实时识别预警方法，其特征在于，所述实时识别预警方法包括如下步骤：

基于工程项目实际勘察与调研，确定施工现场能够造成施工事故的不安全环境因素，并对施工环境的不安全区域进行划分；

实时收集施工现场的相关项目数据信息，建立实时识别预警平台BIM模型，其中，所述相关项目数据信息包括建筑模型信息、项目施工方案信息、目标定位数据信息及安全计算规则；

读取所述目标定位数据信息，并对所述目标定位数据信息进行初步处理，以获得施工现场的工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置；

基于所述工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于所述安全计算规则的计算，以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定；以及

如果判定所述工作人员处于不安全区域时，输出预警信号；

所述实时识别预警方法利用GPS定位技术和UWB定位技术分别对施工现场的室外场所和室内场所进行定位，同时使用Unity 3D开发软件作为定位技术和BIM技术的集成平台；

GPS定位技术在视野开阔没有遮挡物的环境下进行工作，UWB定位技术在室内场所或地下环境进行稳定的定位工作；所述实时识别预警平台综合GPS技术和UWB技术进行定位；

基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位，其中，所述不安全环境因素包括基坑、洞口、临边墙、脚手架、施工机械、运输车辆、塔吊或吊车、电线/电缆、重要岗位；

对于基坑这一不安全环境因素，界定条件为深度2米，界定规则为基坑边缘外扩1米，区域类型为高坠区；基坑边缘外扩和内扩2米，区域类型为坍塌区；

对于洞口这一不安全环境因素，界定条件为0.5米洞口直径1米，界定规则为洞口边缘外扩0.5米，区域类型为高坠区；界定条件为洞口直径1米，界定规则为洞口边缘外扩1米，区域类型为高坠区；

对于临边墙这一不安全环境因素，界定条件为临边高度2米，界定规则为临边边缘以内1米，区域类型为高坠区；外围轮廓2米，区域类型为落物区；

对于脚手架这一不安全环境因素，界定条件为作业面高度2米，界定规则为作业面以上，区域类型为高坠区；作业面以下及垂直投影外扩1米，区域类型为落物区；脚手架垂直投影外扩2米，区域类型为坍塌区；

对于施工机械这一不安全环境因素，界定条件为工作状态，界定规则为施工机械轮廓外扩2米，区域类型为碰撞区；

对于运输车辆这一不安全环境因素，界定条件为工作状态，界定规则为施工机械轮廓外扩2米，区域类型为碰撞区；

对于塔吊或吊车这一不安全环境因素，界定条件为操作室高度2米，界定规则为攀爬楼梯及操作间，区域类型为高坠区；界定规则为悬吊物垂直投影为圆心，5米为半径的圆形区域，区域类型为落物区；界定条件为悬吊状态，界定规则为悬吊物轮廓外扩2米，区域类型为碰撞区；界定条件为旋转状态，界定规则为以机身为圆心、悬臂长为半径的圆形区域，区域类型为碰撞区；

对于电线或电缆这一不安全环境因素，界定条件为通电状态，界定规则为以电线或电缆为中心，左右各宽1米的带状区域，区域类型为触电区；

所述基于所述工作人员和机械设备的坐标位置以及不安全因素的坐标位置，进行进一步分析、处理和基于所述安全计算规则的计算以获得施工现场的工作人员是否处于不安全区域的判定的具体流程为：

提取所述不安全环境因素的定位数据；

判断所述不安全环境因素的属性；

界定不安全区域类型；

提取工作人员的定位数据；

判断所述工作人员是否处于所述不安全区域；以及

如果判断所述工作人员处于所述不安全区域，则提取工作人员的属性，并启动预警模式；

所述实时识别预警方法还包括：根据所述工作人员的属性判断所述工作人员在所述不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断所述不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警；通过在机械设备上设置定位标签，能够对机械设备进行定位；

运算模块还用于人员操作培训及安全装配佩戴监测，以使得输出模块能够进行输出人员操作培训方案并输出人员安全装备佩戴是否正常的监测结果，并能够输出危险区域是否存在闲杂人员及机械设备的监测结果；

所述实时识别预警平台基于工程项目实际勘察与调研，在施工现场的典型事故中提炼和总结了施工现场可能引发和造成施工事故的不安全环境因素，基于不安全环境因素并根据不安全区域界定条件和界定规则将不安全区域划分为：高坠区、落物区、碰撞区、坍塌区、触电区和重要岗位；根据界定条件和界定规则确定了施工现场的不安全区域界定规则，从而将施工现场的不安全区域进行识别，结合现场工作人员的具体位置，进而实现减少因工作人员擅自进入不安全区域而引发的施工安全事故的目的；

所述实时识别预警平台提供了基于定位技术和BIM技术的集成机理，定位技术和BIM技术的集成机理按照工作流的划分分为四个部分：建模、定位、计算和输出，通过导入建筑模型、导入场地模型、导入设备模型生成系统模型，通过读取位置数据信息、对位置数据转换获得人员设备位置显示，根据导入的安全行为规则来识别不安全源，并根据上述不安全区域界定规则来界定不安全区域，计算不安全状态从而输出报警信号；

在输出模块中，根据工作人员的属性判断工作人员在不安全区域的工作权限，并根据不安全区域的属性判断不安全区域的危险等级，并进行相应的模式预警。