一种基于BIM三维模型和智能安全帽的监控方法及系统与流程

本发明涉及BIM三维模型和智能安全帽应用领域，特别涉及一种大型建筑施工领域基于BIM三维模型和智能安全帽的监控方法及系统。

背景技术：

在大型建筑施工领域，通常需要若干个建筑团体分别承担不同区域的施工，管理者需要从整体上协调、监控各个施工区域的进度，尽可能的使各建筑团队进度一致，在保证施工质量的基础上缩短施工时间。现有技术中，施工过程中的实体工程信息(不限于时间、质量、进度、安全、施工做法等内容)，主要依靠管理人员采用事后摄像、拍照等方式进行记录，然后再对照图纸等将相应的工程信息归类，工作繁琐，记录方法较为落后，管理水平落后，项目管理者不能及时、方便、准确的把握建筑实体整体进度及不同施工区域的施工进度及施工效果，时间就是成本，企业融资的现象普遍存在，如果工程进度缩短，项目超预期完成，企业就能够提前拿回资金。相反，如果因为整体施工进度的不协调导致工期延误，则会带来巨大的经济损失。

同时，现有技术中，在信息传递方面，一旦需要对发现的问题进行确认或改进时，需要通过打电话或者其他方式通知有关人员，相关人员逐级通知，直到通知到现场施工人员，有时涉及到的人员众多，需要花费很多的时间，经过多层转达，难以保证信息传递的及时性和准确性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种将BIM模型与智能安全帽结合起来，实现大型建筑施工领域进度及现场质量、安全、管理的整体监控的方法及系统，同时可实现监控电脑与智能安全帽及时实时沟通。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于BIM三维模型和智能安全帽的监控方法，包括以下步骤：

步骤一:采用BIM三维建模技术，输出建筑的BIM三维模型；

步骤二：根据实际监控需要，在BIM三维模型上预先选定需要跟踪记录的特征坐标点；

步骤三：佩戴智能安全帽，到达实体建筑中与步骤二中选定的特征坐标点匹配的相应位置采集实体工程特征信息，并将采集到的实体工程特征信息传送回监控电脑；

步骤四：将步骤三中传回监控电脑的实体工程特征信息进行筛选，然后在监控电脑上与BIM三维模型中对应的特征坐标点位置一一对应关联；

步骤五在监控电脑上打开代表需要查看的特征坐标点的符号或参数，对比所述特征坐标点在不同时间点的BIM三维模型与实体工程特征信息，判断所述特征坐标点处的施工进度及施工质量是否符合要求。

优选地，步骤四中，将智能安全帽输出的定位坐标点的特征信息转换为与BIM三维模型中相同坐标系统的特征坐标点的特征信息，以实体工程特征信息拍摄位置的特征坐标点及拍摄时间为关键指标，将在相同特征坐标点所拍摄的实体建筑特征信息与BIM三维模型中的同一特征坐标点关联起来。

更优选地，所述智能安全帽输出的定位坐标点与BIM三维模型中的特征坐标点之间的误差小于或等于0.5米均视为同一坐标点。

一种基于BIM三维模型和智能安全帽的监控系统，包括BIM建模模块、特征坐标点定义模块、实体工程特征信息采集模块、实体工程特征信息筛选及关联模块、信息查询模块；其中利用智能安全帽进行实体工程特征信息采集，所述智能安全帽包括安全帽外壳、内侧帽箍，还包括可360度全景拍摄的摄像头组件、耳麦组件、外置电源、定位模块、信息临时存储模块、无线传输模块、模块承载平台以及可控制智能安全帽各项智能功能的多功能开关；其中，模块承载平台设置于内侧帽箍顶部与安全帽外壳顶部之间的夹层中，所述摄像头组件、定位模块、信息临时存储模块、无线传输模块、以及多功能开关的控制模块固定在模块承载平台上，所述摄像头组件、耳麦组件、定位模块、信息临时存储模块与无线传输模块及多功能开关电通讯连接。

进一步地，所述摄像头组件设置在安全帽外壳的顶部，包括突出安全帽外壳顶壁的摄像头以及带动摄像头可360转动的转动系统；所述摄像头组件还包括设置于摄像头外围、与安全帽外壳衔接的透明的摄像头保护罩。

更进一步地，所述转动系统包括电连接在摄像头底部可带动摄像头实现360度旋转的转动轴，为转动轴提供电力的内置电机固定在模块承载平台上。

优选地，所述耳麦组件设置在安全帽外壳的侧面，包括可转动的连接在安全帽外壳上的耳麦转动杆，耳麦转动杆上适配人体耳部设置有耳机，适配口部设置麦克风。

所述外置电源的电源插头插接在设置于安全帽外壳上电源孔中。

更优选地，所述无线传输模块采取组建无线局域网的方式实现通讯传输；所述定位模块通过一亚米级GPS定位模块或基站或WiFi或北斗或PDR或重力感应融合定位实现智能安全帽的实时定位，所述定位模块通过无线传输模块与便携式电子设备或电脑无线连接，实现定位模块采集的位置信息及时、安全并完整的回传便携式电子设备或电脑上；

所述信息临时存储模块中采用SD卡或TF卡；

每一个所述智能安全帽具有可与其他安全帽区分的唯一的标识码。

所述模块承载平台通过内六角螺丝水平地固定在安全帽外壳的内壁上；所述外置电源可反复充电、放电的锂电池。

与现有技术相比，本发明具有以下益处：

1，本发明通过佩戴智能安全帽到达实体建筑与BIM三维模型中预定的特征坐标点对应的位置处，对实体工程特征信息进行记录，并传回监控电脑，对同一定位坐标点的实体工程特征信息进行筛选，然后在监控电脑上与BIM三维模型中对应特征坐标点位置通过关联软件一一对应关联，监控人员在监控电脑上即可完成查看、对比所述特征坐标点不同时间点的实体工程特征信息，据此判断所述特征坐标点处的工程进度及施工质量是否符合要求，管理人员不需要进入施工现场，极大提高监控人员的工作效率，便于管理。

2、所述智能安全帽具有可360度旋转的摄像头，能拍摄以安全帽为中心的全景内容；具有定位功能，能将现场拍摄的信息资料、位置信息等内容通过无线功能传送到监控电脑上；具有随时通话功能，极大提高沟通效率；具有临时存储功能，可在信息传输环境不好的状态下，将拍摄信息暂时存储，防止需要的信息因传输环境不好而采集不全。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地解释。

图1是实施例基于BIM三维模型和智能安全帽的监控系统流程示意图

图2是实施例基于BIM三维模型和智能安全帽的监控方法示意图

图3是实施例智能安全帽麦克风打开状态使用示意图

图4是实施例智能安全帽麦克风关闭状态使用示意图

图5是实施例智能安全帽局部剖视示意图

图6是图5中A处局部放大图

具体实施方式

如图1所示，基于BIM三维模型和智能安全帽的监控系统包括BIM建模模块、特征坐标点定义模块、实体工程特征信息采集模块、实体工程特征信息筛选及关联模块、信息查询模块。

如图2所示，基于BIM三维模型和智能安全帽的监控系统可以通过本发明提供的一种BIM三维模型和智能安全帽的监控方法实现。

一种基于BIM三维模型和智能安全帽的监控方法，包括如下步骤：

步骤一:在BIM建模模块中，采用Revit软件，建立建筑的BIM三维模型；输出建筑的BIM模拟施工效果，也可选用表一所示的现有技术中多种软件及其合理组合实现。

表一

步骤二：在特征坐标点定义模块中根据实际监控需要，在BIM三维模型上预先选定需要跟踪记录的特征坐标点。所谓特征坐标点是指根据实际监控需要，在BIM三维模型中可量化为空间坐标点的有代表性的位置，可为建筑的标志性位置或人为指定的易于拍摄的任何位置。

步骤三：实体工程特征信息采集模块，施工人员佩戴智能安全帽40，到达实体建筑中与步骤一中选定的特征坐标点匹配的相应位置；并利用智能安全帽40的摄像、拍照功能、存储等功能采集特征坐标点位置处相应的实体工程特征信息，并将采集到的实体工程特征信息连同定位坐标点传送回监控电脑，

步骤四：实体工程特征信息筛选及关联模块，将步骤三中传回监控电脑的同一定位坐标点的实体工程特征信息进行筛选，然后在监控电脑上与BIM三维模型中对应特征坐标点位置一一对应关联。即将智能安全帽输出的定位坐标点特征信息转换为与BIM三维模型中相同坐标系统的特征坐标点的特征信息，以实体工程特征信息拍摄位置的特征坐标点及拍摄时间为关键指标，将相同特征坐标点所拍摄的实体建筑特征信息与BIM三维模型中的同一特征坐标点关联起来。例如传回监控电脑的拍摄实体工程的定位坐标点为A(100.337.22)、B(200.339.25)、C(300.337.113)，BIM模型中的特征坐标点为M(200.339.25)、N(100.337.22)、O(300.400.500)则，系统通过A、B、C与M、N、O的对比，自动将A点所拍摄的特征信息赋予N，将B点所拍摄的特征信息赋予M。需要说明的是，鉴于现有技术中GPS等定位技术的准确性，以及智能安全帽40采集的实体工程特征信息范围较大，智能安全帽40的输出的定位坐标点与BIM三维模型中的特征坐标点允许存在一定误差，在一定误差范围内的坐标位置可视为同一坐标点，如坐标位置误差在0.5米以内均可视为同一位置，在软件编程时消化掉这些误差，不影响后面的对应关联、查看等工作。

步骤五信息查询模块，在监控电脑上，通过BIM三维模型，打开代表需要查看的特征坐标点的符号或参数，即可准确查看、对比所述特征坐标点不同时间点的实体工程特征信息，据此判断所述特征坐标点处的工程进度及施工质量是否符合要求。

其中，如图3～图6所示，所述智能安全帽40，包括安全帽外壳41、内侧帽箍42，还包括：可360度全景拍摄的摄像头组件43、耳麦组件44、外置电源45、定位模块46、信息临时存储模块47、无线传输模块48、模块承载平台49以及可控制智能安全帽各项智能功能的多功能开关50；其中，模块承载平台49设置于内侧帽箍42顶部与安全帽外壳41顶部之间的夹层中，所述摄像头组件43、定位模块46、信息临时存储模块47、无线传输模块48、以及多功能开关50的控制模块501固定在模块承载平台49上，所述摄像头组件43、耳麦组件44、定位模块46、信息临时存储模块47与无线传输模块48及多功能开关50电通讯连接。

实施例中，所述模块承载平台49通过内六角螺丝水平地固定在安全帽外壳41的内壁上。

所述安全帽外壳41上设有帽沿411、安全扣带412；所述摄像头组件43设置在安全帽外壳41的顶部，包括突出安全帽外壳41顶壁的摄像头431以及可带动摄像头431进行360转动的转动系统，本实施例中，所述转动系统包括电连接在摄像头431的底部的转动轴433，转动轴433可在内置电机432的作用下，带动摄像头431实现360度旋转，内置电机432固定在模块承载平台49上。

摄像头431外围设有透明的摄像头保护罩435，所述摄像头保护罩435与安全帽外壳41衔接，突出安全帽外壳41形成可容下摄像头431的透明腔体，所述摄像头保护罩435与安全帽外壳41相同材质制成，摄像头的拍摄活动可以通过多功能开关进行控制。

所述耳麦组件44设置在安全帽外壳41的侧面，包括可转动的连接在安全帽外壳41上的耳麦转动杆441，耳麦转动杆441上适配人体耳部设置有耳机442，适配口部设置麦克风443；可通过耳机和麦克风与其他安全帽使用者及其他监控人员随时进行沟通。本实施例中，采用现有技术常用的方式，使耳机442一直保持通讯状态，当耳麦转动杆441的自由端高于帽沿411时，麦克风443为关闭状态，当耳麦转动杆441的自由端低于帽沿411时，麦克风443为打开状态，可进行通话。

所述外置电源45的电源插头451插接在设置于安全帽外壳41上电源孔中，为整个智能安全帽提供电力，外置电源45可挂在安全带上或装在口袋内，方便随时更换。所述外置电源45可为现有技术的多种电源，优选为可反复充电、放电的锂电池。

所述无线传输模块48可将智能安全帽拍摄的内容、位置信息、语音等信息及时、安全并完整的回传到监控电脑上。具体采取组建无线局域网的方式，通过WI-FI技术、ZigBee技术、UWB等超宽带技术等或技术组合实现信息的通讯传输。

所述定位模块46通过亚米级GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位模块实现智能安全帽的实时定位(也可以采用基站、WiFi、北斗、PDR、重力感应融合定位等现有技术的多种定位方式)，所述定位模块46采集的信息通过无线传输模块48与及时、安全并完整的回传到监控电脑上。在该实施例中，GPS板卡选用高精度主板，专业的工业级设计，并采用PAC(可编程自动化控制器)和Vision相关技术，有效消除来自天线附近或强多路径干扰环境下的多路径干扰信号，故其抗干扰能力强，精度高，稳定性好，满足系统稳定运行的需求。

所述信息临时存储模块47具有大容量的存储功能，可通过多功能开关50控制存储内容。在拍摄的内容不能传送到其他设备上时，也可以进行临时存储。例如：存储设备优先采用市场上通用、容量大、体积小的SD或TF卡，以128G的SD卡为例，以720P标准拍摄、可以存储5-10天、每天8小时拍摄的内容。SD或TF卡价格适中、通用、方便装卸、易于读取。

所述多功能开关50通过现有技术中常用方法来控制安全帽的多种功能。本实施例中，多功能开关50长按为开、关切换功能；向前为摄像功能；向上为摄像头顺时针旋转；向下为摄像头逆时针旋转；向后为无线功能的开、关功能切换；快速向前/向后按两下为变焦功能；快速向上/向下按两下为记录和反馈位置功能等设置。其中，长按开关弹起后打开设备，开关在向某一个方向推动后会在弹簧的作用下立即归位，回到原来的位置，然后可继续进行其他操作。多功能开关50的控制方法也可采用现有技术的多种方式。

本实施例中，每一个智能安全帽设以一定规则编码，具有唯一的标识码，以方便与其他安全帽识别。