基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法

本发明涉及建筑施工，尤其涉及基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法。

背景技术：

1、数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

2、装配式建筑是由预制部品部件在工地装配而成的建筑，它把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等），运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成。装配式建筑主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等，因采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用，是现代工业化生产方式的代表。

3、建筑工程智能化风险较多，但从项目组织、职责、流程与制度上建立一套风险管理机制来说，风险是可以管理，并得到控制的。风险控制是用系统的、动态的方法减少项目实行过程中的不确定性。

4、但是现有的装配式建筑的数字孪生的模型搭建过程中，对于建筑配件的实际参数还是存在一定误差，传统的建筑施工安全管理方法存在一定的局限性，无法全面有效地监控和管理装配式建筑的施工安全风险。在建筑施工安全管理中，几乎都是差之一厘谬之千里的问题，因此现在急需构建一套能够准确搭建数据模型的装配式建筑配件的数字孪生模型的技术以实现对建筑施工中安全问题的智能管理。本发明旨在提供一种基于数字孪生技术的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，以弥补现有技术的不足。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，使用数字孪生的技术来搭建一套装配式建筑的模型，以实现对建筑组件的实时监控和同步化控制，由此来实现建筑施工时的智能化安全监测，以解决现有技术无法根据外界环境因素对建筑工程自身安全性能的影响和关系采取相应的安全问题智能化管理的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，包括：

5、对装配式建筑的零组件进行数据采集，建立形状模型及运动模型，包括：

6、使用图扑软件研发的 ht for web，其基于html5 (canvas/webgl/webvr) 标准web技术，从 sdk 组件库到2d和3d编辑器，利用visualstudiocode软件和three.js的前端技术，实现建筑的3d数字模型构建。

7、进一步的，对装配式建筑组件的数据进行获取，并将数据储存在postgresql数据库内。

8、进一步的，基于获取的数据，使用python语言对数据进行分析，建立组件安全系数，并评估施工过程的安全性；包括：

9、使用金属应力损伤量d来表示组件应力损伤的严重程度，其计算公式为：

10、

11、其中，参数意义为：为材料所承受的应力水平，为应力腐蚀门槛值，由合金与环境组合类型和环境参数决定(应力水平低于该门槛值时将不发生应力腐蚀破裂)，t为作用时间，t为环境温度，ph为环境的ph值，c为环境介质浓度。

12、应力腐蚀损伤演化的表达关系，即损伤演化方程，两边对时间求导而得：

13、

14、其中，参数意义为：、、均为非负的合金-环境响应参数；为应力腐蚀门槛值，这些参数都可通过试验得到；有效应力=(1-d)，根据应变等效原理计算。

15、使用施工环境适应程度tq来表示施工时室外环境对装配式施工的影响强度，其计算公式为：

16、tq=

17、其中，q1为在有风的情况下，风力扬尘的产生量，其计算公式为：

18、

19、其中，参数意义为：为距地面50米处风速，单位为m/s；为起尘风速，单位为：m/s；w为尘粒的函数率，单位为：%；

20、q2为配装施工环境中风速对组件位移的影响量，其计算公式为：

21、

22、其中，参数意义为：h为装卸落差，u为平均风速，为实验系数，与动作强度等有关；

23、q3为工地车辆行驶扬尘量，其计算公式为：

24、

25、其中，参数意义为：v是汽车速度，单位为：km/h；w为汽车装载量，单位为t；p为道路表明粉尘量，单位为kg/；

26、进一步的，在得到金属应力损伤量d和施工环境安全度tq后，与相应的阈值进行对比，判断是否在阈值之内，如果在阈值之外，则形成判断信息，由报警单元进行接收后，在数字孪生设备前端页面发送告警信息，第一时间告知施工管理者，及时停止施工，检查组件状况，此步骤为施工智能管理中的事前管理。

27、进一步的，通过rtsp协议实时获取装配式施工现场的数据模型的视频流、获取统一视频平台上的视频流，通过标准接口定时获取施工现场装配式组件的监测设备采集的配件位置坐标。

28、进一步的，对上一步骤的视频流进行高频次的切图，得到切图图片。

29、进一步的，将得到的切图图片传输到智能识别模型层的坐标识别模型，并将装配式组件的实时坐标和施工计划的预设坐标进行对比，得到偏差值pc，其计算公式为：

30、

31、式中，lx，ly，lz分别为数字模型中装配式组件的x轴y轴和z轴实时坐标值；yx，yy，yz分别预设装配式组件的x轴y轴和z轴坐标值。

32、进一步的，在得到偏差值pc后，与相应的阈值进行对比，判断是否在阈值之内，如果在阈值之外，则形成判断信息，由报警单元进行接收后，在数字孪生设备前端页面发送告警信息，并在第一时间自动停止施工，此步骤为施工智能管理中的事中管理。

33、进一步的，在发生事故并及时停止施工之后，对施工现场进行情况分析，若发现伤员第一时间拨通医护救援电话，尽量使施工事故带来的人员伤亡损失降到最低，此步骤为施工智能管理中的事后管理。

34、（三）优势和创新点

35、本发明的优势和创新点在于：本发明提供了一种基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，使用数字孪生的技术来搭建一套装配式建筑的模型，以实现对建筑组件的实时监控和同步化控制，由此来实现建筑施工时的智能化安全监测。

技术特征：

1.基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，包括：对装配式建筑的零组件进行数据采集，其中，采集的数据包括：组件的宽度、高度、所属材质、硬度、抗形变程度和体积数据；建立形状模型及运动模型，使用图扑软件研发的ht forweb，其基于html5的canvas、webgl、webvr和标准web实现方法，从sdk组件库到2d和3d编辑器，利用visualstudiocode软件和three.js的前端构建方法，实现建筑的3d数字模型构建。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：获取装配式建筑组件的数据，并将数据储存在postgresql数据库内。

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：基于获取的数据，使用python语言对数据进行分析，建立组件安全系数，并评估施工过程的安全性。

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：使用金属应力损伤量d来表示组件应力损伤的严重程度，其计算公式为：

5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：使用施工环境适应程度tq来表示施工时室外环境对装配式施工的影响强度，其计算公式为：

6.根据权利要求5所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：在得到金属应力损伤量d和施工环境安全度tq后，与相应的阈值进行对比，判断是否在阈值之内，如果在阈值之外，则形成判断信息，由报警单元进行接收后，在数字孪生设备前端页面发送告警信息。

7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：通过rtsp协议实时获取装配式施工现场的数据模型的视频流、获取统一视频平台上的视频流，通过标准接口定时获取施工现场装配式组件的监测设备采集的配件位置坐标。

8.根据权利要求7所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：将通过rtsp协议实时获取装配式施工现场的数据模型的视频流及统一视频平台上的视频流进行高频次的切图，得到切图图片。

9.根据权利要求8所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：将得到的切图图片传输到智能识别模型层的坐标识别模型，并将装配式组件的实时坐标和施工计划的预设坐标进行对比，得到偏差值pc，其计算公式为：

10.根据权利要求9所述的基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，其特征在于：在得到偏差值pc后，与预设施工安全阈值进行对比，判断是否在阈值之内，如果在阈值之外，则形成判断信息，由报警单元进行接收后，在数字孪生设备前端页面发送告警信息。

技术总结
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及基于数字孪生的装配式建筑施工安全风险智能管理方法，包括：数字孪生技术的实现：从数据采集到模型建立再到数据融合和数据和建筑实体交互；数据采集模块用于采集装配式建筑组件的各项参数，包括体积、表面积、材料受形变程度和重量等数据；模型建立模块用于将从数据处理模块传输来的数据进行场景建模，让整个装配式施工现场实现屏幕可视化，让利用数字孪生技术来对建筑施工场地进行施工安全的风险智能管理成为更加高效和通用的装配式建筑的安全风险管理方式。

技术研发人员：周春煦,张家瑞,沈毓婷,崔桂官,施峰,戴雨,杭兵,万晓庆,姚梅芳,杭朋成,张恂,姚伯生,朱明兰,陆红娟,史伯文,周荣江,杨转芳,权亚平,王天君,王一冰,董伊翔,陈嘉舜,钱奕龙,彭天益
受保护的技术使用者：江苏航运职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15