基于BIM应用技术高支模实时安全监测预警系统的预警方法
技术领域
本发明属于建筑工程施工技术领域，辅助BIM应用技术，涉及一种高支模施工全过程中对模板支撑体系进行实时监测的系统，特别是基于BIM应用技术高支模实时安全监测预警系统的预警方法。
背景技术
随着城市发展进程的加快，为了满足各种使用功能和需求，在公共建筑工程、道路桥梁工程、钢结构安装工程中出现大量的高支模。高支模有两种情况，第一种是搭设高度5m及以上，或搭设跨度10m及以上，或施工总荷载(荷载效应基本组合的设计值，以下简称设计值)10KN/m2及以上，或集中线荷载(设计值)15KN/m及以上，或高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无联系构件的混凝土模板支撑工程。第二种是搭设高度8m及以上，或搭设跨度18m及以上，或施工总荷载(设计值)15KN/，m2及以上，或集中线荷载(设计值)20KN及以上。
在建筑施工安全事故类型中，高支模是安全事故的多发地带。高支模架体局部或整体坍塌一般发生在混凝土浇筑至混凝土终凝这段时期，也正是因为这个原因，高支模安全事故一般都是群死群伤的重大安全事故，社会影响极其恶劣。因此，高支模安全一直都是工程施工中控制的重点。
在混凝土浇筑至混凝土终凝这段时期，通过对高支模架体进行监测是避免安全事故的重要举措之一，现有的监测方法主要依赖人工监测，即安排测量人员在架体四周采用全站仪或者水准仪等光学仪器进行监测，监测频率一般20～30min/次。当监测数据累计变化值或变化速率接近或达到报警阀值时，立即组织安全应急小组采取紧急救援措施，通过电话、对讲机、呼喊等方式提醒作业人员紧急撤离。上述监测方法存在以下不足之处：①无法对高支模架体内部变形情况进行监测，监测范围缺乏全面性；②无法监测架体受力情况，监测标准较为单一；③监测频率一般在20～30min/次，无法对高支模进行实时监测；④现有监测方式无法对高支模安全情况进行预测，警报的方式也不够及时，一旦出现险情，应急措施启动较慢。
事故的发生是量变积累到一定程度最终导致质变的过程，蓄势的时间可能很长，也可能很短，但是故事发生往往也就是一瞬间的事情。因此，研究出一套全自动的、能对高支模进行实时监测的、对高支模安全状况提前进行预警的系统很有实际意义，并且刻不容缓。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了基于BIM应用技术高支模实时安全监测预警系统的预警方法：可以对高支模架体受力情况进行实时监测，并对每一个监测点精准定位；基于BIM应用技术，对现场高支模架体情况进行动态三维模拟，并用红、黄、绿三种颜色对架体安全状态进行预警；数据中心处理模块指令单元控制现场报警响应模块，提醒作业人员迅速撤离危险区域；视频监控模块远程查看和指挥作业人员有序疏散，最大程度的、无死角的调动整个现场资源，达到疏散快、道路畅、救援及时的效果。该套系统可以根据现场监测的数据，通过BIM三维模型的形式非常直观的对架体安全情况进行预警，大大减少了人工消耗，提高了监测的准确性，增强了高支模施工期间的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：
基于BIM应用技术高支模实时安全监测预警系统的预警方法，包括以下步骤：
①数据监测与采集模块，在高支模架体上安装采集模块，实时监测高支模架体的受力情况并精准定位，监测数据通过数据通信单元传输到数据中心处理模块；
②数据中心处理模块，对监测数据进行处理、分析并与预警阀值进行比对，将处理结果通过Internet网络传输到BIM模块；
③BIM模块，根据CAD图纸建立高支模BIM三维模型，并根据现场实际情况对高支模架体进行动态展示，利用不同颜色对现场不同区域高支模架体的危险情况进行区分和定位，同时，将上述结果通过Internet网络反馈到数据中心处理模块；
④数据中心处理模块内的指令单元连接到报警响应模块，一方面控制现场声光报警单元，另一方面将信息推送至客户端管理单元；
⑤视频监控模块一方面实时监控现场作业情况，另一方面在报警响应模块响应后，可以远程指挥现场作业人员，有条不紊的撤离至安全区域。
进一步优选地方案：所述的步骤①：数据监测与采集模块，由五个部分组成，其内部的荷载传感器、竖向偏移角度传感器、扭矩传感器实时监测高支模架体的受力情况；安装在架体上的GPS定位器精准显示危险区域所在的位置；监测数据通过数据通信模块传输到数据中心处理模块。
进一步优选地方案：所述的步骤②：数据中心处理模块，由五个单元组成，其内部的数据通信通信单元接收到数据监测与采集模块传输的数据后，数据处理单元利用经验公式对监测数据进行处理，可以得出累计变化量和变化速率；数据分析单元对处理之后的数据进行分析，预测高支模架体稳定性发展状态；逻辑判断单元将累计变化量和变化速率与预警阀值进行比对；数据处理单元、数据分析单元将处理结果通过Internet网络传输到BIM模块。
进一步优选地方案：所述的步骤③：BIM模块，由四个单元组成，数据建模单元根据CAD图纸建立高支模BIM三维模型；BIM模块通过接受数据处理单元和数据分析单元得到的数据，根据现场实际情况对高支模架体进行动态展示；根据逻辑判断单元的数据结果对现场不同区域高支模架体的危险情况用颜色进行区分；接受GPS定位器的数据在BIM模型中精确定位发生险情的部位；上述结果通过Internet网络反馈到数据中心处理模块。
进一步优选地方案：所述的步骤④：数据中心处理模块接收到BIM模块反馈的结果后，指令单元通过G网络连接到报警响应模块，一方面控制现场声光报警单元发出报警，告知作业人员迅速撤离；另一方面将信息推送至客户端管理单元，便于管理人员远程查看。
进一步优选地方案：所述的步骤⑤：视频监控模块通过G网络与数据中心处理模块相连，一方面实时监控现场作业情况，另一方面在报警响应模块响应后，远程指挥现场作业人员，有条不紊的撤离至安全区域。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
基于BIM应用技术的高支模实时安全监测预警系统，其有益效果是：①可以对高支模架体受力情况进行实时监测，无需人为干预，节省了人工工资，避免人工操作带来的误差，提高了监测的安全性、准确性。②基于BIM应用技术，通过三维模型进行动态展示，并用红、黄、绿三种颜色对架体安全状态进行进行区分，可以非常直观的看到现场高支模的安全状况。③基于现有数据的提前预警，模拟高支模架体稳定性发展状态，可以提前预判高支模架体坍塌的可能性，大大增强现场施工的安全性。④GPS精准定位，能清楚知道高支模架体出现问题的部位和区域，采取应对措施时更加有针对性和目的性。⑤远程查看和指挥作业人员有序疏散，最大程度的、无死角的调动整个现场资源，达到疏散快、道路畅、救援及时的效果。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图中，1-数据监测与采集模块，11-荷载传感器，12-竖向偏移角度传感器，13-扭矩传感器，14-数据通信单元，15-GPS定位器；2-数据中心处理模块，21-数据通信单元，22-数据处理单元，23-数据分析单元，24-逻辑判断单元，25-指令单元；3-BIM模块，31-数据建模单元，32-动态展示单元，33-颜色区分单元，34-定位跟踪单元；4-报警响应模块，41-现场声光报警单元，42-客户端管理单元，43-数据通信单元；5-视频监控模块，51-现场视频监控单元，52-数据通信单元。
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。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
①数据监测与采集模块1，可以实时监测高支模架体的受力情况并精准定位，监测数据通过数据通信单元14传输到数据中心处理模块2。
②数据中心处理模块2，对监测数据进行处理、分析并与预警阀值进行比对，将处理结果通过Internet网络传输到BIM模块3。
③BIM模块3，根据CAD图纸建立高支模BIM三维模型，并根据现场实际情况对高支模架体进行动态展示，利用不同颜色对现场不同区域高支模架体的危险情况进行区分和定位，同时，将上述结果通过Internet网络反馈到数据中心处理模块2。
④数据中心处理模块2内的指令单元25连接到报警响应模块4，一方面控制现场声光报警单元41，另一方面将信息推送至客户端管理单元42。
⑤视频监控模块5一方面可以实时监控现场作业情况，另一方面在报警响应模块4响应后，可以远程指挥现场作业人员，有条不紊的撤离至安全区域。
本发明进一步改进在于：步骤①中，设置在高支模架体上的荷载传感器11可以实时监测架体受到的竖向荷载，竖向偏移角度传感器12可以实时监测钢管的轴线位移角，扭矩传感器13可以实时监测钢管的扭曲变形值，设置在监测点上的GPS定位器15可以提供精准的定位坐标，以上信息通过通过数据通信模块14传输到数据中心处理模块2。
本发明进一步改进在于：步骤②中，数据通信通信单元21接收到数据监测与采集模块1传输的数据后，将数据传输至数据处理单元22。数据处理单元22通过相关规范经验公式对监测数据进行处理，可以得知现场高支模架体的实时变化情况，进一步，可以得知高支模架体所受应力的实时变化速率和累计变化量。数据分析单元23是核心，根据数据处理单元22得出的结果，分析和预测高支模架体稳定性发展状态，预判高支模架体坍塌的可能。逻辑判断单元24对数据处理单元22的处理结果进行逻辑判断，将实时变化速率和累计变化量与设定好的预警阀值进行对比，当监测结果大于预警阀值时，指令单元25控制报警响应模块4作出相应动作。
本发明进一步改进在于：步骤②中，数据分析单元23和逻辑判断单元24共同组成“双保险体系”——数据分析单元23基于现有数据，结合BIM三维动态模型，非常直观的模拟高支模架体稳定性发展状态，可以提前预判高支模架体坍塌的可能性，这也是本系统的核心。逻辑判断单元24将实时变化速率和累计变化量与设定好的预警阀值进行对比，超过预警阀值时触发报警，可以防止施工过程中应力突变对高支模架体稳定性造成致命影响。两者均可控制指令单元25联动报警响应模块4作出相应动作。
本发明进一步改进在于：步骤③中，数据建模单元31根据CAD图纸建立高支模BIM三维模型。动态展示单元32接收来自数据处理单元22的数据分析结果，对高支模架体的受力情况通过三维模型的方式进行动态演示，进一步，接收来自数据分析单元23的数据分析结果，通过三维模型的方式动态模拟高支模架体稳定性发展状态。颜色区分单元33通过使用不同颜色对不同区域的高支模架体安全状态进行区分，当监测数据大于等于预警阀值的90％时，该区域高支模架体显示为红色，此时BIM模块3将信息反馈至指令单元25，控制报警响应模块4作出响应，提醒作业人员迅速撤离；当监测数据大于等于预警阀值的70％且小于90％时，该区域高支模架体显示为黄色，此时BIM模块3将信息反馈至指令单元25，控制报警响应模块4作出响应，提醒存在隐患，需将隐患排除后再进行作业；当监测数据小于预警阀值的70％时，该区域高支模架体显示为绿色，此时不触发报警响应模块4。
本发明进一步改进在于：步骤③中，安装在高支模架体监测点上的GPS定位器15可以提供精准的定位坐标，并与BIM三维模型中的相应位置一一对应，可以得知现场发生异常的部位，这样采取应对措施时更加有针对性和目的性。
本发明进一步改进在于：步骤④中，指令单元25通过4G网络连接到报警响应模块4，一方面控制现场声光报警单元41发出报警，此时警报类型有两种，一种是监测数据大于等于预警阀值的90％时发出的红色警报，提醒作业人员迅速撤离至安全区域；一种是监测数据大于等于预警阀值的70％且小于90％时发出的黄色警报，提醒存在隐患，需将隐患排除后再进行作业。另一方面将信息推送至客户端管理单元42，便于管理人员远程查看。
本发明进一步改进在于：步骤⑤中，与数据中心处理模块2相连的视频监控模块5，一方面可以实时监控现场作业情况，另一方面在报警响应模块4响应后，远程查看和指挥作业人员有序疏散，最大程度的、无死角的调动整个现场资源，达到疏散快、道路畅、救援及时的效果。
下面结合附图，对本发明的实施案例进行详细阐述。
针对我国某北部地区大型公共建筑高支模作业，提出基于BIM应用技术高支模实时安全监测预警系统的预警方法，对高支模架体受力情况进行实时监测，通过BIM三维模型的形式非常直观的对架体安全情况进行预警，大大减少了人工消耗，提高了监测的准确性，增强了高支模施工期间的安全性。
实施例1：
①在高支模架体监测点上设置荷载传感器11、竖向偏移角度传感器12、扭矩传感器13、GPS定位器15，实时监测高支模架体的受力情况并提供精准的定位坐标，以上信息通过数据通信模块14传输到数据中心处理模块2。
②数据通信通信单元21接收到数据监测与采集模块1传输的数据后，将数据传输至数据处理单元22。数据处理单元22通过相关规范经验公式对监测数据进行处理，可以得知高支模架体所受应力的实时变化速率和累计变化量。数据分析单元23，根据数据处理单元22得出的结果，分析和预测高支模架体稳定性发展状态，预判高支模架体坍塌的可能。逻辑判断单元24对数据处理单元22的处理结果进行逻辑判断，将实时变化速率和累计变化量与设定好的预警阀值进行对比，当监测结果大于预警阀值时，指令单元25控制报警响应模块4作出相应动作。
③数据建模单元31根据CAD图纸建立高支模BIM三维模型，对高支模架体的受力情况通过三维模型的方式进行动态演示，动态模拟高支模架体稳定性发展状态。颜色区分单元33通过使用不同颜色对不同区域的高支模架体安全状态进行区分。安装在高支模架体监测点上的GPS定位器15可以提供精准的定位坐标，并与BIM三维模型中的相应位置一一对应，可以得知现场发生异常的部位。
④指令单元25通过4G网络连接到报警响应模块4，一方面控制现场声光报警单元41发出报警，另一方面将信息推送至客户端管理单元42，便于管理人员远程查看。
⑤与数据中心处理模块2相连的视频监控模块5，一方面可以实时监控现场作业情况，另一方面在报警响应模块4响应后，远程查看和指挥作业人员有序疏散，最大程度的、无死角的调动整个现场资源，达到疏散快、道路畅、救援及时的效果。
上述具体实施方式，仅为本发明的实施例之一，并非因此限制本发明的专利范围，凡是依据本发明的精神实质所做的任何等效化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
