一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统

摘要

本发明涉及一种施工进度管理系统，具体的说是一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，属于施工控制与进度管理领域。包括通过互联网进行通信连接的数字孪生平台和数据采集系统；其中，数据采集系统包括依次通信连接的若干分布式数据采集器、传输中继器集群和数据采集服务器集群；数字孪生平台包括平台服务器集群和用于展示数据的展示屏；数据采集服务器集群同互联网通信连接，平台服务器集群同互联网通信连接。本发明实现了施工项目精细管理，进而实现对工程的整体把控与数据的汇总归集，最终实现针对建设过程中建筑物的数字孪生体的建立与发布。

说明书

技术领域

本发明涉及一种施工进度管理系统，具体的说是一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，属于施工控制与进度管理领域。

背景技术

随着数字化的发展，智慧城市与建筑信息模型BIM的推广与应用，数字孪生已成为未来的发展趋势。在建设工程领域，建设工程项目管理目前仍旧处于数字化的初级阶段。目前，项目信息的收集主要靠项目预算员与施工员的手动录入，进出料依靠材料员的手工台账。通常在建设工程项目每周例会或者每月上报汇总时，项目才会统一通过项目BIM平台提交资料，实现将项目进展转化为数字模型。这种情况导致了项目信息的滞留与滞后，降低了数字化所能带来的管理便利与沟通便捷性，提升了项目数据利用难度，增加了项目成本。

发明内容

为解决上述问题，需要一种可散布在建设工程项目现场、可实时收集数据的基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，来实现施工项目精细管理，进而实现对工程的整体把控与数据的汇总归集，最终实现针对建设过程中建筑物的数字孪生体的建立与发布。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，包括通过互联网进行通信连接的数字孪生平台和数据采集系统；其中，数据采集系统包括依次通信连接的若干分布式数据采集器、传输中继器集群和数据采集服务器集群；数字孪生平台包括平台服务器集群和用于展示数据的展示屏；数据采集服务器集群同互联网通信连接，平台服务器集群同互联网通信连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：平台服务器集群包括主服务器、热备服务器、磁带备份服务器和多网融合交换机；主服务器、热备服务器、磁带备份服务器均与多网融合交换机通信连接；主服务器与展示屏通信连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：平台服务器集群部署在专用机房。

本发明技术方案的进一步改进在于：展示屏包括依次通信连接的分屏主机和若干显示器；主服务器与分屏主机通信连接；若干显示器形成显示阵列。

本发明技术方案的进一步改进在于：数据采集服务器集群包括量化数据收集节点、图像采集节点、模型拟合节点和多网融合交换机；量化数据收集节点、图像采集节点和模型拟合节点均与多网融合交换机通信连接；数据采集服务器集群部署在建设工程项目现场。

本发明技术方案的进一步改进在于：传输中继器集群包括服务器端、场内一次中继器和场内二次中继器；其中，场内一次中继器布设到量化数据收集节点通信范围边界，场内二次中继器安装在能够保证同时连接到分布式数据采集器与场内一次中继器的位置。

本发明技术方案的进一步改进在于：分布式数据采集器包括边缘计算主机、AD与DA转换器和传感器；分布式数据采集器安装在建设工程项目中被检测的机具和设备上。

本发明技术方案的进一步改进在于：图像采集节点连接接入工程内部及周边摄像头。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：

1)、本发明通过在数据采集侧装边缘计算主机，解决了数字孪生数据采集过程中数据不可见、有干扰时数据丢失、离线后数据不可追溯的问题。

2)、本发明通过建立平台服务器集群，解决了数字孪生的系统运行稳定性问题。

3)、本发明通过建立数据采集系统，解决了数字孪生的数据实时采集问题；设置有分布式数据采集器，能够对施工现场进行全方位的数据采集。

4)、本发明能够基于施工现场的实时数据和BIM模型生成数字孪生模型，从而实现施工项目精细管理，进而实现对工程的整体把控与数据的汇总归集，最终实现针对建设过程中建筑物的数字孪生体的建立与发布。

附图说明

图1是本发明基于分布式技术的建设工程数字孪生系统的系统框架图；

图2是本发明基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，数字孪生平台的系统框架图；

图3是本发明基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，数据采集系统的系统框架图；

图4是本发明基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，分布式数据采集器的系统框架图。

其中，1、数据采集系统；

11、数据采集服务器集群，111、多网融合交换机，112、模型拟合节点，113、图像采集节点，114、量化数据收集节点；

12、传输中继器集群，121、场内一次中继器，122、场内二次中继器；

13、分布式数据采集器，131、边缘计算主机，132、AD-DA转换器，133、传感器。

2、数字孪生平台；

21、平台服务器集群，211、多网融合交换机，212、磁带备份器，213、热备服务器，214、主服务器；

22、展示屏，221、分屏主机，222、显示器。

3、路由器。

4、互联网。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，应用在施工项目中，对施工项目进行精细化管理，主要应用于建设工程施工管理上。该系统通过数据信息传递将各个设备连接起来。该系统中的各种数据信息通过网络在各个设备中进行传递。

如图1所示，该系统主要包括数据采集系统1和数字孪生平台2。其中，数字采集系统1用于采集具体的施工工程现场的数据。数字孪生平台2用于接收并处理数据然后通过结合BIM模型，最终形成数字孪生模型。数据采集系统1和数字孪生平台2均由相应的设备配合工作形成。

如图2、图3所示，该系统的数据采集系统1主要包括数据采集服务器集群11、传输中继器集群12和分布式数据采集器13。其中，数据采集服务器集群11包括量化数据收集节点114、图像采集节点113、模型拟合节点112和多网融合交换机111。数据采集服务器集群11部署在建设工程项目现场，并通过多网融合交换机111连接多个网络供应商及多个通信方式的路由器3，进而连接到互联网4。其中的模型拟合节点112通过将工程数据附加到BIM模型生成项目的数字孪生模型。图像采集节点113连接接入工程内部及周边摄像头，通过接入工程内部及周边摄像头方式生成工程视频及形象数据。量化数据收集节点114通过接入分布式数据采集器13的量化数据生成工程量化数据。

传输中继器集群12布设在建设工程现场各处，用传递信息，能够扩大信息传递范围。其中场内一次中继器121布设到量化数据收集节点114通信范围边界，场内二次中继器122安装在更遥远、并保证同时连接到分布式数据采集器13与场内一次中继器121的位置。

分布式数据采集器13安装在建设工程项目中被检测的各种机具、设备上，能够对施工现场的方方面面进行全方位的数据实时采集。分布式数据采集器13主要包括边缘计算主机131、AD与DA转换器132和传感器133。边缘计算主机131通过AD-DA转换器132，连接传感器133，并将传感器133的数据回传到量化数据收集节点114。具体如图4所示。

如图2、图3所示，该系统的数字孪生平台2主要包括平台服务器集群21和展示屏22。其中，平台服务器集群21负责接收一个及一个以上建设工程项目的数据，通常部署在专用机房，通过多网融合交换机211连接多个网络供应商及多个通信方式的路由器3，进而连接到互联网4。平台服务器集群21的服务器由磁带备份器212、热备服务器213、主服务器214组成。展示屏22主要包括分屏主机221和显示器222组成。所述显示器222设置若干个，并且形成显示阵列。经过分屏主机221的处理，能够将数据在多个显示器222上进行展示，供工作人员查看。

以下为具体的实施过程：

在实际使用中，本发明的一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，将数据采集系统1部署在施工现场，在实施过程中，建设工程现场的机械、设备、材料用量、人员状态数据由传感器133进行采集，并由AD-DA转换器132转换为数字信号，数字信号由边缘计算主机131进行归集、筛选、计算、记录并作为分布式数据采集器13回传数据。

由于建设工程现场复杂、干扰源多，因此，距离数据采集服务器集群11的较远的分布式数据采集器13会通过布设在现场的二次中继器122将数据传递到一次中继器121，较近的分布式数据采集器13会直接连接一次中继器121，并将采集的数据信息传递到量化数据收集节点114。量化数据收集节点114收集数据后，模型拟合节点112将数据与图像采集节点113获取的摄像头数据进行叠加，形成当前建设工程项目的分布式数字孪生模型。

分布式数字孪生模型通过多网融合交换机211连接多个网络供应商以及多个通信方式的路由器3，进而连接到互联网4，再通过部署在专用机房的路由器3、多网融合交换机211，保存到平台服务器集群21的主服务器214中，在主服务器214不可用时，热备服务器213将负责接收数据，历史数据将由磁带备份器212进行周期性备份。主服务器214将分布式数字孪生模型进行整合，并将整合后的数字孪生体经由分屏主机221展示在多个显示器222组成的显示阵列中。

本发明是一种基于分布式技术的建设工程数字孪生系统，该系统设置有数据采集系统和数字孪生平台。数据采集系统设置分布式数据采集器来对施工场地进行全方位的数据采集，数字孪生平台能够将工程数据附加到BIM模型生成项目的数字孪生模型，从而实现施工项目精细管理，进而实现对工程的整体把控与数据的汇总归集，最终实现针对建设过程中建筑物的数字孪生体的建立与发布。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。