基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能化管理方法

1.本发明涉及建筑信息技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能化管理方法。


背景技术：

2.传统的建造方式存在资源浪费严重等现象，装配式建筑作为一种新型的建造方式，具有施工周期短、绿色环保等明显优势，作为建筑业转型升级的重要途径，呈现出良好的发展态势。随着bim、人工智能等信息化技术的快速发展，装配式建筑与智能建造技术协同发展成为必然的趋势。
3.装配式建筑施工过程涉及的新技术较多，施工阶段的安全问题也较为突出。施工安全管理问题影响着装配式建筑的快速与健康的发展，在信息化的时代背景下，利用信息化、智能化手段可以有效提高安全管理与反馈效率，降低施工安全风险的发生。
4.装配式建筑施工安全风险管理方法已取得了很多的关注与相关研究，现有的装配式建筑安全风险评估与控制方法存在静态、主观性强等缺点，智能化、信息化程度低，安全风险评估与控制方法缺乏与安全风险关联关系的集成，安全风险控制措施的提出缺乏实时性与科学性。
5.数字孪生技术包含的理论与内涵极为丰富，由物理空间、虚拟空间、孪生数据、服务及各部分之间的连接组成。数字孪生技术是建模技术、物联网技术、人工智能技术的集成，能够实现物理空间到虚拟空间的一一映射，在实际应用中，是一个全面感知、真实分析、持续优化、实时反馈的闭环管理体系，是实现智能建造的关键使能技术。
6.针对上述装配式建筑施工安全风险评估与控制方法中存在的问题，使用与数字孪生特点契合的安全风险评估方法，并建立表征安全风险关联关系的安全风险层次模型，以有效的虚实交互与映射机制，形成完整的数字孪生模型并对装配式建筑施工安全风险进行闭环管理。


技术实现要素：

7.本发明为了解决现有装配式建筑施工安全风险管理方法静态、主观性强等问题，为了提高装配式建筑施工安全管理的智能化水平，提出了一种基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险管理方法(数字孪生整体实现思路如附图1)，此方法以数字孪生理念为核心，能够实现装配式建筑施工安全风险及时发现与实时反馈，并实现闭环管理。
8.本发明按照数字孪生的实现逻辑，所采取的具体技术方案为：对装配式建筑施工现场所涉及各个实体要素进行分析，利用revit软件对施工现场要素、场地布置等进行建模；对实体要素进行分析，筛选出装配式建筑施工安全风险因素指标，在施工现场布设主动式rfid标签、传感器、无线传感网络等对信息进行实时监测与更新；依据装配式建筑安全风险指标特征，对安全风险指标进行等级划分，确定各装配式建筑施工安全风险因素指标之间的关联关系，建立起安全风险评估与控制模型；从云服务器中调用智能安全评估与控制
算法，对实时监测的数据进行安全风险等级隶属度判断，并将上述安全风险评估结果同步至安全风险控制模型中，依据安全风险指标之间的关联关系，分析安全风险致因，提出安全风险控制措施；安全风险评估结果与致因分析通过智能化终端设备进行可视化展示，指导管理人员对现场安全风险进行整改，并将实时监测数据和整改记录上传至安全风险数据库，以备后续安全风险管理调用。
9.利用revit软件建立装配式建筑施工现场实体要素模型，明确各实体要素的几何特征、装配关系与施工环境的耦合关系，创建实体要素族库，将施工现场实体要素模型进行轻量化处理，对施工过程进行仿真模拟，并按照实际施工进度对模型进行更新，搭载在智能化设备终端。
10.依据装配式建筑现场实际情况，对各实体要素进行分析，从人员因素、设备因素、预制构件因素、环境因素四个方面筛选施工安全风险因素指标，将安全风险因素指标对应数据信息进一步划分为静态信息与动态信息，人员属性、预制构件属性、设备属性等静态信息可存储在主动式rfid标签中，人员实时位置、构件实时位置、塔吊载重比、风速等动态信息可通过rfid标签与重量传感器、风速传感器等联合的方式进行采集与更新，依据rfid标签与传感器的数据传输特点，配置相应的无线传输网关，将数据上传至安全风险数据库。
11.装配式建筑施工安全风险指标具有一个或多个表征其自身的特点的特征指标，依据安全风险指标的实测值或相关标准规范，对各个安全风险指标特征量进行安全风险等级划分，不同的施工安全风险因素指标之间存在关联关系，按照不同因素之间的因果关系，并按照直接影响与间接影响的关系将因素划分为不同的递阶层次，分别建立起安全风险评估模型与安全风险控制模型。
12.装配式建筑施工安全风险指标的实测数据上传至安全风险数据库后，通过调用云服务器中的智能安全风险评估算法，对安全风险指标等级隶属度进行判断，进一步将判断结果同步至智能安全风险控制模型中，智能安全风险控制模型其结构能够表征各个安全风险指标间的关联关系，能够更新各个结构节点的风险等级状态数据，若存在危险，则可对安全风险进行致因分析。
13.安全风险评估与致因分析结果连同轻量化模型可视化在智能化设备终端。据此，现场管理人员可以提出相应的安全风险控制措施，对现场进行整改，将包含安全风险措施在内的整改记录进行存储，将安全风险评估、控制过程产生的数据共同形成安全风险数据库，便于后续装配式建筑施工安全风险智能化、信息化管理。
14.本发明与现有方法相比包含的有益效果是：
15.(1)本发明围绕数字孪生的概念，从建模技术、物联网技术、智能算法集成的角度，提出了装配式建筑施工安全风险智能化管理方法，可以提高现场安全管理的智能化水平，形成“全面感知-真实分析-持续优化-实时反馈”的智能化闭环管理体系。
16.(2)本发明针对现有的装配式建筑施工安全管理方法的静态、主观性强、准确性低等问题，从人员因素、设备因素、预制构件因素、环境因素四个方面对装配式建筑施工安全风险指标进行筛选与量化特征分析，从源头就保证安全风险评估与控制的全面性与准确性，并且将现有方法的定性分析、半定量分析转换成了定量分析，有利于数字孪生模型数据处理与分析，提高安全风险评估的准确性。
17.(3)本发明改变了传统的筛选关键影响因素从而给出控制措施的安全风险管理思
路，在提高安全风险管理智能化水平的基础上，充分考虑安全风险因素指标之间的关联关系，建立安全风险控制模型，通过将安全风险评估结果导入到安全风控制模型中，以安全风险致因分析为主要控制思路，为安全风险控制决策提供科学依据。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能化管理整体框架思路
20.图2数字孪生虚拟环境
21.图3装配式建筑施工安全风险智能化管理流程
具体实施方式
22.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本实施方式所述基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能化管理方法包括装配式建筑施工现场实体要素(人员因素、设备因素、预制构件因素、环境因素)，配有建模、分析等软件的计算机、主动rfid标签、监测不同指标参数的传感器、无线传输模块、智能安全风险评估与控制算法。
24.本发明公开了一种基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能化管理方法，此方法可以提高装配式建筑施工现场安全管理效率与智能化水平。
25.步骤一：利用revit软件建立装配式建筑施工现场模型；
26.步骤二：对装配式建筑施工现场情况进行分析，建立施工安全风险指标体系，依据指标类型，进一步划分静态信息与动态信息，并在现场布置主动rfid标签与相应的传感器，并配置相应的无线传输模块；
27.步骤三：依据安全风险指标实测值规律或国家标准规定，对施工安全风险指标风险等级状态进行划分，建立装配式建筑施工安全风险指标之间的关联关系，搭建起装配式建筑施工安全风险管理的安全风险评估与控制模型；
28.步骤四：调用云服务器中的智能安全风险评估算法，对安全风险指标等级隶属度进行判断，进一步将判断结果同步至智能安全风险控制模型中，对安全风险进行致因分析；
29.步骤五：安全风险等级水平和安全风险致因分析过程可呈现在智能化设备上，现场管理人员通过远程计算机观察安全风险状态变化及致因分析过程，及时做出安全风险控制措施，将整改记录保存至安全风险数据库。
30.步骤一中，利用revit软件建立装配式建筑施工现场实体要素模型，明确各实体要素的几何特征、装配关系与施工环境的耦合关系，创建实体要素族库，将施工现场实体要素模型进行轻量化处理，对施工过程进行仿真模拟，并按照实际施工进度对模型进行更新，搭载在智能化设备终端。
31.步骤二中，从人员因素、设备因素、预制构件因素、环境因素四个方面筛选施工安全风险因素指标，将安全风险因素指标对应数据信息进一步划分为静态信息与动态信息，人员属性、预制构件属性、设备属性等静态信息可存储在主动式rfid标签中，人员实时位置、构件实时位置、塔吊载重比、风速等动态信息可通过rfid标签与重量传感器、风速传感器等联合的方式进行采集与更新，依据rfid标签与传感器的数据传输特点，配置相应的无线传输网关，将数据上传至安全风险数据库。
32.步骤三中，装配式建筑施工安全风险指标具有一个或多个表征其自身的特点的特征指标，依据安全风险指标的实测值或相关标准规范，对各个安全风险指标特征量进行安全风险等级划分，不同的施工安全风险因素指标之间存在关联关系，按照不同因素之间的因果关系，并按照直接影响与间接影响的关系将因素划分为不同的递阶层次，分别建立起安全风险评估模型与安全风险控制模型。
33.步骤四中，装配式建筑施工安全风险指标的实测数据上传至安全风险数据库后，通过调用云服务器中的智能安全风险评估算法，对安全风险指标等级隶属度进行判断，进一步将判断结果同步至智能安全风险控制模型中，智能安全风险控制模型其结构能够表征各个安全风险指标间的关联关系，能够更新各个结构节点的风险等级状态数据，若存在危险，则可对安全风险进行致因分析。
34.步骤五中，安全风险评估与致因分析结果连同轻量化模型可视化在智能化设备终端。据此，现场管理人员可以提出相应的安全风险控制措施，对现场进行整改，将包含安全风险措施在内的整改记录进行存储，将安全风险评估、控制过程产生的数据共同形成安全风险数据库，便于后续装配式建筑施工安全风险智能化、信息化管理。
35.综上所述，本发明公开了一种基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能化管理方法，此方法通过运用数字孪生技术，集成仿真建模技术、物联网技术、人工智能技术，发挥各种技术优势，提高了装配式建筑施工现场安全管理效率与智能化水平。
36.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。