一种基于北斗/GNSS&BIM高精度定位的施工数字化系统及方法与流程

一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法
技术领域
1.本发明属于土木工程施工测控数字化，利用北斗/gnss实现了土木工程现场施工测控系统化、精细化、数据化，能够全天候对施工现场进行测控，有效的提高了施工精度，对施工过程全程有效监控并记录了相关过程数据。本发明特别涉及一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法。


背景技术：

2.由于施工现场环境的复杂多变，很难通过精密测控仪器对施工精度进行全天候的科学分析和评估，而且各地区工程一般都采用本地坐标系，对比cgcs2000坐标系来说做不到全国统一，各地区存在一定的误差。所以，长期以来，土木工程/建筑工程施工测控均是依靠施工经验积累和基础测控工具来进行的。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法。
4.技术方案：本发明一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法，具体步骤包括：（1）建立基于cgcs2000的bim控制体系，包括建立与现场绝对坐标一致的施工bim模型、控制网模型、计算模型；（2）在cgcs2000的bim控制体系中，预先设定双关闭环：关键节点根据测控的结果既有定位的坐标，又有相对应的时间，即形成了双关闭环；在对现场功能区进行测控的同时，进行该关键点所在工序的开始、完成时间的记录；（3）利用北斗/gnss施工过程高精度定位技术实现施工现场关键工序关键节点的“双关闭环”四维时变数据的采集、监测和bim可视化，即动态bim模型；动态bim模型与（1）中施工bim模型利用“双关闭环”，建立映射关系；（4）通过有时间轴的bim模型构建了一个四维的模型，集进度、劳务、材料、质量、安全为一体的模型，对工程的进度，以及设备、材料、劳务的运动过程进行实时跟踪和可视化显示，从而为项目的数字化管理服务；（5）选择一定的施工阶段，模型自动统计相应的工程量。
5.本发明的进一步改进在于：所述步骤（1），bim模型包括基于cgcs2000坐标体系的建筑、结构、场地布置模型；控制网模型包括基准点、控制点位置、坐标；计算模型包括一系列关于算法。
6.本发明的进一步改进在于：步骤（2），功能区即：结构阴阳角点、核心筒/电梯井、管
道井的角点、pc构件钢筋预留孔洞、钢结构、幕墙的预埋件。
7.本发明的进一步改进在于：步骤（2），对功能区的测控，又可分为模板铺设完毕、绑扎钢筋前和混凝土浇筑完毕，现场放线两个节点。
8.本发明的进一步改进在于：步骤（3），双关闭环,包括功能区根据应用功能形成相应的闭环，以及功能区相对应的时间环。
9.本发明的进一步改进在于：步骤（4），施工过程质量、安全巡检数据可在动态bim模型上显示为固定点、线（轨迹）、面，为评估施工的整体质量和项目安全管理服务；并进一步细化“双关闭环”时间节点之间的工程进度。
10.本发明的进一步改进在于：步骤（4），劳务和劳务班组的工作轨迹在动态bim模型上显示为固定点、线（轨迹）、面，结合阶段性工程量，以及相应的质量、安全巡检数据，可评估劳务个体和劳务班组整体的工作效率和效果本发明的进一步改进在于：步骤（4），主材和主要辅材根据工程进度可在动态bim模型上显示其招标、采购、进场、库存和现场使用的相关数据，以及使用的相应区域，为项目的材料管理和过程核算服务；本发明的进一步改进在于：步骤（4），主要机械设备可通在动态bim模型上显示设备运行的状态（点）、机械作业的轨迹（线）以及作业覆盖的区域（面），结合阶段性工程量，可评估设备的工作效率、效果以及设备的安全行为。
11.本发明的进一步改进在于：步骤（3）到（4），利用配置北斗/gnss高精度定位设备的各种数字化设备对现场质量、安全、进度、材料、劳务、设备进行实时监测获取数据，构建各种数学统计模型予以分析后可视化显示，为管理决策服务。
12.与现有技术相比，本发明提供的一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法，至少实现了如下的有益效果：本发明利用基于北斗/gnss高精度定位的施工数字化方法实现施工现场测量放线、监控复核、数据记录存档于一体，通过北斗/gnss高精度定位和bim完成对施工现场施工精度的数字化、实时化、精细化，及时调整施工状态和方案，提高了效率施工效率，减小由于施工误差带来的损失，降低了后期施工的盲目性。
13.当然，实施本发明的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
14.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
15.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
16.图1为本发明的流程图。
具体实施方式
17.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
18.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
19.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
20.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
22.一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法，具体步骤包括：（1）建立基于cgcs2000的bim控制体系，包括建立与现场绝对坐标一致的施工bim模型、控制网模型、计算模型；（2）在cgcs2000的bim控制体系中，预先设定双关闭环：关键节点根据测控的结果既有定位的坐标，又有相对应的时间，即形成了双关闭环；在对现场功能区进行测控的同时，进行该关键点所在工序的开始、完成时间的记录；（3）利用北斗/gnss施工过程高精度定位技术实现施工现场关键工序关键节点的“双关闭环”四维时变数据的采集、监测和bim可视化，即动态bim模型；动态bim模型与（1）中施工bim模型利用“双关闭环”，建立映射关系；（4）通过有时间轴的bim模型构建了一个四维的模型，集进度、劳务、材料、质量、安全为一体的模型，对工程的进度，以及设备、材料、劳务的运动过程进行实时跟踪和可视化显示，从而为项目的数字化管理服务；（5）选择一定的施工阶段，模型自动统计相应的工程量。
23.本发明的进一步改进在于：所述步骤（1），bim模型包括基于cgcs2000坐标体系的建筑、结构、场地布置模型；控制网模型包括基准点、控制点位置、坐标；计算模型包括一系列关于算法。
24.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（2），功能区即：结构阴阳角点、核心筒/电梯井、管道井的角点、pc构件钢筋预留孔洞、钢结构、幕墙的预埋件。
25.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（2），对功能区的测控，又可分为模板铺设完毕、绑扎钢筋前和混凝土浇筑完毕，现场放线两个节点。
26.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（3），双关闭环,包括功能区根据应用功能形成相应的闭环，以及功能区相对应的时间环。
27.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4），施工过程质量、安全巡检数据可在动态bim模型上显示为固定点、线（轨迹）、面，为评估施工的整体质量和项目安全管理服务；并进一步细化“双关闭环”时间节点之间的工程进度。
28.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4），劳务和劳务班组的工作轨迹在动态bim模型上显示为固定点、线（轨迹）、面，结合阶段性工程量，以及相应的质量、安全巡检数据，可评估劳务个体和劳务班组整体的工作效率和效果为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4），主材和主要辅材根据工程进
度可在动态bim模型上显示其招标、采购、进场、库存和现场使用的相关数据，以及使用的相应区域，为项目的材料管理和过程核算服务；为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4），主要机械设备可通在动态bim模型上显示设备运行的状态（点）、机械作业的轨迹（线）以及作业覆盖的区域（面），结合阶段性工程量，可评估设备的工作效率、效果以及设备的安全行为。
29.本发明的进一步改进在于：步骤（3）到（4），利用配置北斗/gnss高精度定位设备的各种数字化设备对现场质量、安全、进度、材料、劳务、设备进行实时监测获取数据，构建各种数学统计模型予以分析后可视化显示，为管理决策服务。
30.实施例1，我国中部某城市住宅项目，本工程地下一层，地上六到十七层，住宅层高均为2.9m。框剪结构，总建筑面积113076.5
㎡
，地下建筑面积9238.94
㎡
。
31.在该项目中，首先开发高精度定位测控装置；再建立bim模型，包括控制网模型、计算模型；然后建立施工过程高精度移动测控系统；再进行施工现场测控；将测控数据经过无线传输到项目部电脑上与bim模型进行匹配、记录并分析；经过基于动态bim理论的结构精度分析软件分析，选择是否对现场测控数据进行预警并调整。
32.如图1所示，一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法，具体步骤包括：（1）建立基于cgcs2000的bim控制体系，包括满足现场施工实际需求的bim模型、控制网模型、计算模型等。
33.（2）在bim模型上的施工现场首层特征点上，布设高精度定位测控装置，包括高精度全站仪、北斗接收机、激光测距仪、棱镜、调平支座、无线传输装置等，观测并计算首层特征点绝对坐标（cgcs2000）。具体地，在施工现场特征点布设3~4个卫星/gnss高精度定位测控装置，进行施工现场观测并计算特征点绝对坐标；在施工结构bim模型寻找上述特征点，利用卫星高精度定位结果对bim模型进行配准，构建基于cgcs2000大地坐标体系的bim模型。
34.（3）进行施工现场测控，即施工现场的测量放线以及监控，并配准。
35.（4）在任意点布设高精度定位测控装置，通过观测并计算获得的坐标。即，利用步骤3配准后的bim模型提供的结构关键结点坐标，通过高精度定位测控装置来实现相应bim模型结构关键结点的在不同施工阶段现场定位和复核，进而分析结构的整体精度。
36.（5）对结构精度进行整体分析：步骤（4）监测的结构关键结点与bim模型的坐标进行对比，判断是否复核要求，如满足要求即可进行下一道工序。具体地，给劳务、设备配置定位设备，可在上述bim模型中，实现对现场劳务、设备运动轨迹的实时展现。
37.基于本实施例，本发明利用基于北斗gnss的高精度定位测控装置实现施工现场测控系统化、精细化、数据化，能够全天候对施工现场进行测控，有效的提高了施工精度，对施工过程全程有效监控并记录了相关过程数据。本发明通过北斗/gnss高精度定位的施工数字化方法，能够克服传统建筑工程测量的弊端，实现全天候对施工现场进行测控，有效的提高结构整体精度，对施工过程全程有效监控并记录相关数据，为钢结构、幕墙、电梯、机电管线施工提供了高精度参考依据，避免重复测量。同时实现对劳务、设备运动轨迹的实时数字化重现。
38.基于上述实施例，对结构精度进行整体分析，即我司已申请的申请号：2020101908550，申请名称：用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位设备及方法的专利。
39.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（2）中，首层特征点需无竖向钢筋，需保证平坦、没有干扰，需要远离脚手架、远离卫星，具体地，包括轴线交叉点、建筑内梁柱处、对角线中心点、梁度跨中板的中心点。
40.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（1），bim模型包括基于cgcs2000坐标体系的建筑、结构、场地布置等模型；控制网模型包括基准点、控制点位置、坐标等；计算模型包括一系列关于算法。
41.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（2），特征点即现场测量控制点，绝对坐标即特征点的cgcs2000坐标，是通过卫星接收数据后通过无线传输到服务器，在现场通过算法程序所得出的坐标。
42.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（3），基于cgcs2000的数字化bim模型，即在bim模型中根据高精度定位测控装置所得出的绝对坐标，匹配到特征bim模型中，即得到基于cgcs2000的bim模型。
43.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（4），进行施工现场测控，具体做法为：测量放线即将高精度定位测控装置放置于现场任意不同位置，架设全站仪采取后方交会法根据卫星测算的绝对坐标建站，即可测设施工平面上需要放线的点；步骤（5），复核即将高精度定位测控装置放置于结构关键结点上，根据卫星观测并计算出的坐标与bim模型中的坐标进行比较、复核，判断是否复核要求，如满足要求即可进行下一道工序。
44.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（5）中，对于已建工程而言，根据bim模型、施工现场特征点的绝对坐标（cgcs2000）进行转换，对施工现场任意特征点的绝对坐标（cgcs2000）来进行坐标系误差复核；对于未建工程，根据bim模型进行，在施工现场进行放线。
45.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤（5）中，如满足复核要求，即可进行下一道工序可对工程的进度，设备、劳务的运动过程进行实时跟踪和可视化显示，从而为项目的数字化管理服务。
46.为了进一步解释本实施例，需要说明的是，（1）对于预埋件，可以进行放线和复核，为后续施工提供参考，提高施工效率；（2）对于大型设备的基础，进行精准定位，不再依靠相对定位，有效减少误差；（3）对于室外人员，通过佩戴含gnss定位装置的安全帽，进行gnss实时跟踪，因坐标系统一，可在bim模型中实时显示，以便后续结合bim对施工效率和效果进行分析；（4）对于室外设备，运输车辆、塔吊等，通过加装定位芯片，即可进行gnss实时跟踪，可在bim场布模型中显示，根据其定位轨迹，以便后续结合bim对施工效率和效果进行分析；（5）对于室内，采用uwb室内相对定位，在bim模型中设计uwb预埋件位置，并在现场安装，根据人员、设备在uwb体系的相对位置结合预埋件的绝对坐标进行转换，获取室内人员、设备的绝对位置，并在bim中实时显示；（6）对于装配式构件，可在bim模型中添加对应的关键点，安装装配式构件时即可根据关键点坐标进行判断是否安装到位。
47.实施例2，我国长江下游沿岸某城市研发中心项目。总建筑面积约12.3万平方米。工程投资约140000万元。
48.在该项目中，建立基于cgcs2000的bim控制体系，包括bim模型、控制网模型、计算模型等；然后根据控制网模型布设高精度定位测控装置；再进行施工现场测控，即施工现场的测量放线以及监控；最后对结构精度进行整体分析，项目部根据分析结果进行精细化管理。
49.具体实施为将移动站放置在既有的控制点上，通过卫星测算出的坐标，与既有的控制点坐标以及基线长度进行对比，验算无误后，再通过全站仪根据卫星测算出的坐标进行建站，放样出新的控制点，根据控制点进行测量放线；在模板搭设完毕时，在模板上将移动放置于控制网模型中的控制点位置，根据卫星测算出的坐标与bim模型中的坐标进行比较、复核。最后项目部根据复核的结构进行实时调整。
50.通过上述实施例可知，本发明提供的一种基于北斗/gnss&bim高精度定位的施工数字化系统及方法，至少实现了如下的有益效果：本发明利用基于北斗/gnss高精度定位的施工数字化方法实现施工现场测量放线、监控复核、数据记录存档于一体，通过北斗/gnss高精度定位和bim完成对施工现场施工精度的数字化、实时化、精细化，及时调整施工状态和方案，提高了效率施工效率，减小由于施工误差带来的损失，降低了后期施工的盲目性。
51.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。