技术摘要：
本发明的一种BIM和物联网的智慧工地综合管理系统，包括底层基础数据、数据监测与采集层、数据传输及存储层、业务处理层、数据交互与集成、客户端、功能应用层、顶层使用对象；本发明能够利用BIM、CE、GIS、IoT、RFID等核心应用技术，有效地对施工场地的人员、设备及施  全部
背景技术：
智慧工地是智慧地球理念在工程领域的行业体现，是一种崭新的工程全生命周期 管理理念；是建立在高度信息化基础上支持施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共 享、决策科学分析，风险智慧预控和支持人事物全面感知的施工项目信息化生态圈。 智慧工地通过三维平台对工程项目进行精确模拟，并将此数据在虚拟现实环境下 与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析，提供过程趋势预测及专家预案，实现工程 施工可视化智能管理，以提高工程管理信息化水平，从而逐步实现绿色建造和生态建造。 智慧工地将更多人工智慧、传感技术、虚拟现实等技术植入到建筑、机械、人员、场 地进出关口等各类物体中，形成“物联网”，并与“互联网”整合在一起，实现工程管理与工程 施工现场的整合。 BIM与物联网集成应用，是建筑全过程信息的集成与融合。BIM技术发挥上层信息 集成、交互、展示和管理的作用，而物联网技术则承担底层信息感知、采集、传递、监控的功 能。二者集成应用可以实现建筑全过程“信息流闭环”，实现虚拟信息化管理与实体环境硬 件之间的有机融合。 要实现智慧工地的信息融合，必须要做到不同数据之间的信息交换，由于这种信 息交换涉及的种类繁多、项目阶段复杂且项目生命周期时间跨度大、以及应用软件产品数 量众多，只有建立一个公开的信息交换标准，才能使所有软件产品通过这个公开标准实现 互相之间的信息交换，才能实现不同项目成员和不同应用软件之间的信息流动。 现有技术一般采用基于互联网或者火狐浏览器的内核来进行系统的研发，属于B/ S架构(互联网架构)，客户需求通用，但只用于表面功能及主界面的设计，内置的功能实现， 与物联网设备对接没有实现，简单来说就是表面功能全面，界面优美，设计美观，但是功能 基本没实现，是一个空盒子。 本系统采用是C/S架构，客户需求小，属于定制开发，局部应用了B/S架构，且真正 在现场布设了物联网设备，如监控摄像头，位移传感器，安全背心，智能安全帽等设备，实现 了“工地 模型 设备数据”三位一体的功能集成与实际施工应用管理。
技术实现要素：
本发明提出的一种BIM和物联网的智慧工地综合管理系统，能够有效地实现BIM与 物联网集成应用、智慧工地的信息融合，并通过信息集成实现工程施工可视化智能管理。 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案： 本发明为了实现BIM与物联网集成应用，智慧工地的信息融合，以及工程施工可视 化智能管理，以提高工程管理信息化水平和实现绿色建造、生态建造，提供了一种基于BIM 6 CN 111598734 A 说　明　书 2/11 页 和物联网的智慧工地综合管理系统，包括： 底层基础数据、数据监测与采集层、数据传输及存储层、业务处理层、数据交互与 集成、客户端、功能应用层、顶层使用对象； 所述底层基础数据用于提供施工场地的三维信息模型，用于优化和完善施工场地 BIM模型的展示精度与效果； 所述数据监测与采集层用于实时监测和采集施工现场的环境管理信息，并及时记 录信息； 所述数据传输及存储层用于传输数据、分类储存并进行及时更新； 所述业务处理层用于对收集到的数据进行整理、分析； 数据交互与集成把相关数据调取出来，并借助数学建模方法或算法来进行综合分 析处理，得出所需要的结果； 客户端用于把相关数据分析与处理模块相结合，实现功能展示与应用操作； 所述功能应用层用于根据设定向客户展示指定信息，还用于向客户提供报警、学 习、设置及数据管理功能； 所述顶层使用对象用于工作人员根据终端上的信息完成对应的工作任务，并可校 对检查任务完成量与完成效果；及管理人员通过该终端设备进行施工方案设计与更新，随 时查看工程完成进度。 进一步的，所述底层基础数据包括BIM模型创建模块、GIS地形场景创建模块、BIM 模型优化模块； 所述的BIM模型创建模块用于通过BIM软件Revit等对工程项目建立三维模型，并 将三维模型按照工程构件进行划分，且工程构件与实际工程部位对应并录入属性； 所述的GIS地形场景创建模块可通过SmartD软件结合工程区的真实地形数据，制 作工程场地的三维地形图； 所述的BIM模型优化模块用于将BIM模型创建模块和GIS地形场景创建模块的数据 结合，优化和完善施工场地BIM模型的展示精度与效果，得到优化后真实度较高的真三维工 程模型。 进一步的，所述数据监测与采集层，包括环境监测传感器子模块、视频采集子模 块、心率监测子模块、GPS定位监测子模块、体温监测子模块、RFID数据采集子模块、火灾监 测传感器子模块； 所述的环境监测传感器子模块用于借助传感器等物联网设备实时监测和采集施 工现场的气象、扬尘、噪音、PM.、空气状况等环境管理信息，并及时记录信息； 所述的视频采集子模块一方面是将监控摄像头等监控设备安装于工程设施中且 与权利要求所述工程构件对应，且实时监控工作人员的安全装备穿戴情况，另一方面监控 安全区域与非安全区域、作业时间与非作业时间的情况，利用施工现场的视频监控设备实 时监控并采集视频数据，能有效识别各种工程问题并及时记录视频信息； 所述的心率监测子模块、体温监测子模块通过心率检测设备和体温监测系统监测 处于施工现场人员的身体情况并实施采集数据，记录相关信息； 所述的GPS定位监测子模块通过来访人员实时定位，便于用户实时查看和掌握来 访人员在施工场地平面范围内的具体位置及移动轨迹，了解来访人员的行为，并做相应的 7 CN 111598734 A 说　明　书 3/11 页 数据记录及统计分析，及时发现问题并预警，避免事故的发生，从而提高项目施工安全管理 水平。 所述的RFID数据采集子模块采用射频RFID技术，在每个工作区域粘贴RFID芯片， 芯片数据和工作区域数一一对应，当带有预载人员信息RFID芯片员工证的作业人员进出工 作区域时，RFID接收器自动统计工作区所在位置和工作区域作业人员数据，集成到BIM模型 中，可在BIM模型中直观显示现场各工作区域的人员分布情况，并实时监控各区域工作情 况；同时也可以在每个工程材料构件上粘贴RFID芯片，芯片数据与材料构件的信息一一对 应，当施工人员统计施工现场的工程材料信息时，可通过扫描二维码直接读取材料信息，方 便施工人员查看及统计材料的信息，并实时监控施工现场的材料使用情况。 所述的火灾监测传感器子模块是通过识别物体向外放射的电磁波辐射能来判断 施工场地内出现火点的位置；通常，当温度升高时，辐射峰值波长移向短波方向，利用这一 原理，通过连续不断地观测，就可以及时发现火点，从而采集及监测火灾数据，并记录相关 信息。 进一步的，所述数据传输及存储层，包括数据库模块、数据传输模块； 所述的数据库模块可将数据传输模块传输的数据进行分类储存并进行及时更新， 具有一定的储电能力，可防止断电导致的数据监测不完整或丢失； 所述的数据传输模块可按照数据流量大小、数据重要等级对数据进行优先级分 类，并可快速安全高效传输数据至数据库模块。 进一步的，所述业务处理层，包括数据整理子模块、数据统计子模块、数据分析子 模块、数据识别子模块、预警子模块、移动处理子模块； 所述的数据整理子模块和数据统计子模块可对统计调查搜集到的大量原始资料 进行审核、分组、汇总，使之条理化、系统化，得出能够反映总体综合特征的统计资料，并且， 对已经整理过的资料包括历史资料进行再加工； 所述的数据分析子模块和数据识别子模块是对收集来的大量数据进行分析，将它 们加以汇总和理解并消化，以求最大化地开发数据的功能，发挥数据的作用，提取有用信息 和形成结论而对数据加以详细研究和概括总结； 所述的预警子模块是在需要提防的危险发生之前，根据子模块总结的规律或观测 得到的可能性前兆，发出紧急信号，报告危险情况，以避免危害在不知情或准备不足的情况 下发生，从而最大程度的减轻危害所造成的损失的行为。 所述的移动处理子模块是指利用物联网设备亦或其他可穿戴设备，实时跟踪及记 录施工人员在施工项目场地中的移动轨迹等相关数据信息。 进一步的，所述数据交互与集成，包括三维信息模型集成模块、数据分析与处理模 块； 所述的三维信息模型集成模块是通过CE等技术将底层基础数据中的BIM模型、GIS 地形场景模型及优化后的植被、道路等基础设施的三维信息模型集成在一起，形成整个项 目及周边环境的大场景； 所述的数据分析与处理模块是通过功能应用命令，将数据监测与采集层、数据传 输及存储层与业务处理层中的相关数据调取出来，并借助各种数学建模方法或算法来进行 综合分析处理，得出所需要的结果； 8 CN 111598734 A 说　明　书 4/11 页 进一步的，所述客户端，包括客户端展示模块，用于将所述BIM模型创建模块、BIM 模型优化模块、所有的功能管理模块及数据分析与处理模块相结合，实现功能展示与应用 操作； 进一步的，所述的功能应用层，包括项目介绍子模块、视频介绍子模块、能耗管理 子模块、应急管理子模块、安全管理子模块、精装修管理子模块、环境管理子模块、施工管理 子模块、楼层一键报警子模块、系统设置子模块、操作手册子模块、退出系统子模块、实名制 系统子模块、监控系统子模块、劳务管理系统子模块、安全教育系统子模块； 所述的项目介绍子模块用于提供用户查看业主、施工单位、施工项目部、项目概 况、项目创新、技术创新等的说明资料，方便用户全方位且详细了解项目的工程概况和施工 管理等信息； 所述的视频介绍子模块通过系统操作，录屏及AE、PR、PS等视频剪辑技术，将做好 的项目宣传视频植入到视频介绍子模块中，可方便用户全方位地、直观地、立体地掌握项目 的施工管理过程、系统的操作方法及功能应用效果； 所述的能耗管理子模块用于提供用户掌握施工现场内所有水、电表的布设位置， 及实时监测水、电的使用情况，并通过数据的统计与分析，快速了解项目实施过程中每天的 水、电总消耗量，以便及时做出调整和控制，节省能耗； 所述的应急管理子模块用于提供用户掌握施工项目的应急预案、逃生指南等信 息，并实时进行应急管控，通过应急管理，用户可一目了然的掌握项目的应急预案、应急图、 应急资源等信息，并通过查看应急集合点及应急模拟视频的方式，快速地了解应急处理方 法和应急出口，以便在灾害发生时及时地进行应急管控，实现高效的应急管理，也便于提升 安全管理水平； 所述的安全管理子模块用于对施工现场的各大危险区域进行信息查看与实时管 控，及施工人员的安全管理，通过安全管理，用户可直观且快速地对项目的各大危险区域进 行信息查看及重点管控，以便提前对施工人员进行安全教育，提高施工人员对各危险区域 的了解程度，减少安全事故的发生情况，提升项目的施工安全管理水平； 所述的精装修管理子模块用于提供用户查看和感受精装修设计的真实模拟效果， 并查看材质、颜色等信息，以便于用户发现装修问题并及时做出相应的调整； 所述的环境管理子模块用于提供用户实时查看施工现场的气象、扬尘、噪音、PM.、 空气状况等环境管理信息，同时内设阀值，及时反馈和报警，实时监控施工现场的环境管理 情况； 所述的施工管理子模块用于对施工过程中的重要施工专项方案进行集成式管理， 并利用施工模拟视频辅助并指导施工现场的施工工作，提高施工管理效率与水平； 所述的楼层一键报警子模块用于对楼层施工时发生的安全事故进行一键报警，通 过楼层一键报警，既便于用户提前感受楼层一键报警的真实模拟效果，也便于危险情况发 生时，及时地实现保安接警、接警的报警效果，提高项目施工安全管理水平； 所述的系统设置子模块用于提供用户对系统的背景音乐、全屏、分辨率等功能进 行设置，可方便用户自由地调整系统的一些应用效果，以便更好地使用系统应用功能，提高 使用效果； 所述的操作手册子模块用于提供用户学习、了解及使用本系统的操作方法及功能 9 CN 111598734 A 说　明　书 5/11 页 应用价值； 所述的退出系统子模块用于关闭当前应用，退出系统使用，降低电脑的运行能耗， 节省能源； 所述的实名制系统子模块用于对项目管理人员与施工人员进行实名制管理，实现 了智慧工地展示平台的多系统集成式综合管理，既便于用户进行协同管理，也便于总承包 单位直观且及时地掌握参建单位、建筑工人的出勤、进场、刷卡等信息，同时还通过培训考 核、奖惩激励等措施记录参建单位及其建筑工人的行为，最后进行信息统计分析，以便总承 包单位发现项目实施过程中各种问题，从而针对性地做出相应调整； 所述的监控系统子模块用于对施工项目部与施工场地发生的情况进行实时的监 控管理，实现了智慧工地展示平台的多系统集成式综合管理，既方便用户进行协同管理，也 方便用户快速地通过视频监控画面掌握项目内各处的实际情况，以便做出相应地调整及应 对； 所述的劳务管理系统子模块用于对施工过程中的计划安排、任务派发、质量巡检 等提供精细化、智慧化、信息化的管理； 所述的安全教育系统子模块用于对施工人员进行安全教育，实现了智慧工地展示 平台的多系统集成式综合管理，既便于用户进行协同管理，也便于施工人员及时地进行安 全教育学习，提高施工管理人员的安全意识，进而提升施工项目的安全管理效率； 进一步的，所述顶层使用对象，包括工作人员终端、管理人员终端； 所述的工作人员终端是工作人员所配置的设备，工作人员根据终端上的信息可以 完成对应的工作任务，并可校对检查任务完成量与完成效果； 所述的管理人员终端是由管理人员使用，通过该终端设备可进行施工方案设计与 更新，随时查看工程完成进度。 由上述技术方案可知，本发明的BIM和物联网的智慧工地综合管理系统，能够利用 BIM、CE、GIS、IoT、RFID等核心应用技术，有效地对施工场地的人员、设备及施工过程进行精 细化管理并实现可视化智能管理。可提高工程管理信息化水平和实现绿色建造、生态建造， 实现BIM与物联网集成应用，智慧工地的信息融合，以及工程施工可视化智能管理。 具体的说，本发明具有以下有益效果： 1、BIM三维模型建立模块将BIM三维模型划分为多个工程构件，工程构件与实际工 程部位相对于并能够进行构件名、材料、所属位置、工程量、造价的信息录入，按模块对工程 构件进行分解，每个模块都有自己的标签，方便0#台账的统计；GIS三维地形图建立模块通 过无人机航拍技术获得现场地形数据，并将场地形数据通过Smart3D软件进行空三加密计 算生成点云数据，通过点云数据制作工程场地的实际地形图。真三维工程模型建立模块将 上述两者相结合为工作人员及管理人员提供可视化的信息，便于信息的获取。 2、边坡监控模块通过传感器对工程施工场地的边坡环境量、边坡变形、挡土墙受 力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测。施工设备监控模块具有多个接 入端口，能够将设备及工程车辆的监测信息接入到施工设备监控模块中，对设备及工程车 辆进行实时监控，将多个装置集成本系统中，方便使用，并使参建各方通过登录平台查看工 程信息。通过预警值子模块及数据比较子模块对边坡监控模块及施工设备监控模块数据进 行比较。 10 CN 111598734 A 说　明　书 6/11 页 3、员工管理模块通过第一视频采集子模块及第一识别比较模块现场工作人员安 全装备穿戴情况进行监控，防止因安全装备穿戴不规范导致事故的发生；通过第三视频采 集子模块及第三识别比较模块对对工作人员施工工具的准备进行管理，防止工作人员施工 工具的缺漏而导致工程进度的延迟。通过第二视频采集子模块及第二识别比较模块对非作 业时间内安全区域及非安全区域的情况和作业时间内非安全区域的情况进行监控，防止人 和物在非作业时间进入安全区域及非安全区域和在作业时间内进入非安全区域，防止意外 的发生。 4、真三维工程模型建立模块与数据服务器中经过数据分析处理模块处理后的边 坡监控模块、员工管理模块、工地监控模块及施工设备监控模块的信息进行结合，并生产三 维工程模型展示模块，实现WBS与BIM模型相互映射，便于管理人员及工作人员在三维工程 模型展示模块对信息进行获取。 附图说明 图1是本发明的结构示意图。