一种指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法及系统

摘要

本发明公开了一种指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法及系统，包括，根据国家标准规范设计图纸和施工方案并利用BIM模型构建与实际尺寸对应的三维模型，输出二维图纸和三维模型；在三维模型角点处选取四根不同方位的架体立杆，标记其位置；将构件信息发射器搭载在架体立杆上，直至架体搭设完成后发射信号；接收发射信号转换为数据流，输入至BIM模型中生成实际架体模型，形成模型重叠；利用智能化识别平台对其进行正确性分析和进度管控，若合格，则生成相应的合格报告，相关操作人员根据合格报告进行指导工作。本发明全过程识别、监测架体的正确性，及时预警，智能化监测、预警现场架体搭设的正确性，减少因架体不规范性造成的安全事故。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑架体建设实时监控的技术领域，尤其涉及一种指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法及系统。

背景技术

随着城市化脚步加快，国内建筑行业发展日新月异，超大跨度、超高层高、超复杂结构建筑如雨后春笋纷纷出现。建筑施工架体是项目施工过程的管理重点，而高大密集架体的完整性是施工架体使用过程中的监测重点，架体完整性监测又分为构件完整性监测、进度监测、工艺监测等众多分项，最接近的现有技术多为监测架体受力情况监测及预警，在智能化指导与监测架体的正确性领域仍处于空白。

在实际工作中，监测架体完整性还是以施工管理人员现场巡检，发现问题并整改，其效率较低，无法直观、准确地监测架体完整性，监测的可靠性和安全性难以得到保障，有可能人为疏漏，引发安全事故，因此，如何在确保监测数据准确、及时的同时提高监测效率是许多项目目前急需改善的问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：如何在确保监测数据准确、及时的同时提高监测效率的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，根据国家标准规范设计图纸和施工方案并利用BIM模型构建与实际尺寸对应的三维模型，输出二维图纸和所述三维模型；在所述三维模型角点处选取四根不同方位的架体立杆，标记其位置；将构件信息发射器搭载在所述架体立杆上，直至架体搭设完成后发射信号；接收所述发射信号转换为数据流，输入至所述BIM模型中生成实际架体模型，形成模型重叠；利用智能化识别平台对其进行正确性分析和进度管控，若合格，则生成相应的合格报告，相关操作人员根据所述合格报告进行指导工作。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的一种优选方案，其中：还包括，若不合格，则生成预警报告至所述架体立杆中重新发送信号，待所述智能化识别平台进行正确性分析的同时，通过进度管控上传至企业管理平台进行实时监控，在重新发送所述信号时，所述企业管理平台会下发指令至现场架体施工内，同时控制模型重叠的生成，直至生成所述合格报告。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的一种优选方案，其中：构建所述三维模型包括，利用BIM技术构建符合规范与方案的施工架体精细化BIM模型；根据国家标准规范、设计图纸、施工方案，建立高大模板支撑体系智能化识别平台的数据库；所述BIM模型结合所述数据库获取各个BIM模型坐标值，得到所述各个BIM模型距离架体域建坐标系原点的偏移值；将任意一个所述BIM模型作为基准BIM模型，根据在现场地理场景中项目所在的位置对应的坐标值，导入所述基准BIM模型并获取初始位置和初始姿态；调整所述基准BIM模型以吻合三维地理场景的地表模型并得到当前位置和当前姿态，获得旋转角度和偏移量；根据所述各个BIM模型之间的相对位置，将所述基准BIM模型的域建坐标值作为的原点及剩余各个BIM模型作为候选模型，导入所述三维地理场景中；根据所述旋转角度和偏移量对所述BIM模型进行旋转和偏移，生成所述三维模型。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的一种优选方案，其中：所述标记位置包括，在所述三维模型角点选取四根不同方位的所述架体立杆，标记其位置为1、2、3、4号，并与现场实际架体架设的1、2、3、4号立杆进行定位重合。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的一种优选方案，其中：所述构件信息发射器包括，GPS定位或相对空间参照定位；所述构件信息发射器所代表的的信号经过信号转换软件形成具有方向辨识性的线段或几何体，并在BIM模型软件中进行表达；在有限范围内的信号是清晰且准确的。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的一种优选方案，其中：形成所述模型重叠包括，接收所述发射信号转换为数据流，输入至所述BIM模型软件中生成所述实际架体模型；在所述实际架体模型中标记出实际架体的1、2、3、4号架体立杆；将所述三维模型的定位立杆与所述实际架体模型的定位立杆进行重叠，得到实际架设架体域理论三维模型的重叠结果数据。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的一种优选方案，其中：进行所述正确性分析包括，从所述数据库中筛选获得所述重叠结果数据并根据数据类型进行分类；将所述重叠结果数据进行编码，按照10:1的比例将所述数据划分为训练集和测试集；初始化蚁狮优化策略各参数；基于所述蚁狮优化策略迭代更新蚂蚁与蚁狮位置，利用适应度函数计算每只蚂蚁与所述蚁狮的适应度值，最终根据结束条件输出最优的(C，g)参数值；提取所述(C，g)参数值作为支持向量机的参数，结合支持向量机策略和所述训练集构建分析模型；利用优化后的所述分析模型对所述测试集进行分析计算，输出正确性分析结果；

K(x

其中，ω表示超平面法向量，C表示惩罚因子，控制错分样本的惩罚程度，n表示样本数量，ξ表示松弛因子，指在线性不可分情况下的允许错分率，y

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的系统的一种优选方案，其中：包括，识别采集模块，用于采集所述国家标准规范设计图纸、所述施工方案及现场架设信息，获取高大模板支撑体系历史运行数据和实时运行数据；数据处理中心模块连接设置于所述识别采集模块的上表面，其用于接收、计算、存储、输出待处理的数据信息，其包括运算单元、数据库和输入输出管理单元，所述运算单元与所述采集模块相连接，用于接收所述信息采集模块获取的数据信息以进行识别定位运算处理和正确性分析处理，计算架体标记位置、BIM模型坐标值、旋转角度、偏移量及分析容错率，所述数据库连接于各个模块，用于存储接收的所有数据信息，为所述数据处理中心模块提供调配供应服务，所述输入输出管理单元用于接收各个模块的信息并输出所述运算单元的运算结果；定位模块与所述数据处理中心模块相连接，其用于接收所述运算单元的运算结果，通过调取解码体分析判断大小是否超过阈值、位置是否在区域内，综合判断架体立杆识别及数据的匹配是否对应，以进行模型重叠的定位。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的系统的一种优选方案，其中：还包括，分析模块嵌入于所述数据处理中心模块内，其用于调取蚁狮优化策略及各个模型数据信息，通过所述输入输出管理单元传输至所述运算单元内进行正确性分析运算，得到数据结果再次通过所述输入输出管理单元传输至所述分析模块内，结合智能化识别平台与企业管理平台实时监控数据分析，生成合格报告或预警报告。

作为本发明所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的系统的一种优选方案，其中：还包括，监测模块与所述数据处理中心模块并行设置连接于所述识别采集模块，其用于企业实时监控现场架设情况，以便于管控项目进度。

本发明的有益效果：本发明方法可以解决施工现场高大复杂架体难以直观呈现的问题，实现管理人员远程掌握架体搭设情况，加强对架体的管理水平；通过本发明方法进行全过程识别、监测架体的正确性，及时预警，智能化监测、预警现场架体搭设的正确性，尽可能减少因架体不规范性造成的安全事故；通过理论BIM模型与实际BIM模型的重叠比例，得到施工进度实际情况报告，智能化识别施工进度，输出模型可视化对比图片与施工进度报告，加强管理人员对进度的管控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的原理示意图；

图3为本发明第一个实施例所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的信号发射器搭载示意图；

图4为本发明第一个实施例所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法的模型重叠示意图；

图5为本发明第二个实施例所述的指导及监测高大模板支撑体系正确性的系统的模块结构分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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。

实施例1

参照图1～图4，为本发明的第一个实施例，提供了一种指导及监测高大模板支撑体系正确性的方法，包括：

S1：根据国家标准规范设计图纸和施工方案并利用BIM模型构建与实际尺寸对应的三维模型，输出二维图纸和三维模型。其中需要说明的是，构建三维模型包括：

利用BIM技术构建符合规范与方案的施工架体精细化BIM模型；

根据国家标准规范、设计图纸、施工方案，建立高大模板支撑体系智能化识别平台的数据库；

BIM模型结合数据库获取各个BIM模型坐标值，得到各个BIM模型距离架体域建坐标系原点的偏移值；

将任意一个BIM模型作为基准BIM模型，根据在现场地理场景中项目所在的位置对应的坐标值，导入基准BIM模型并获取初始位置和初始姿态；

调整基准BIM模型以吻合三维地理场景的地表模型并得到当前位置和当前姿态，获得旋转角度和偏移量；

根据各个BIM模型之间的相对位置，将基准BIM模型的域建坐标值作为的原点及剩余各个BIM模型作为候选模型，导入三维地理场景中；

根据旋转角度和偏移量对BIM模型进行旋转和偏移，生成三维模型；

构建模型与架体模型精度最低应达到LOD300，且模型尺寸与实际尺寸一一对应。

S2：在三维模型角点处选取四根不同方位的架体立杆，标记其位置。本步骤需要说明的是，标记位置包括：

在三维模型角点选取四根不同方位的架体立杆，标记其位置为1、2、3、4号，并与现场实际架体架设的1、2、3、4号立杆进行定位重合。

S3：将构件信息发射器搭载在架体立杆上，直至架体搭设完成后发射信号。参照图3，其中还需要说明的是，构件信息发射器包括：

GPS定位或相对空间参照定位；

构件信息发射器所代表的的信号经过信号转换软件形成具有方向辨识性的线段或几何体，并在BIM模型软件中进行表达；

在有限范围内的信号是清晰且准确的。

S4：接收发射信号转换为数据流，输入至BIM模型中生成实际架体模型，形成模型重叠。参照图4，本步骤还需要说明的是，形成模型重叠包括：

接收发射信号转换为数据流，输入至BIM模型软件中生成实际架体模型；

在实际架体模型中标记出实际架体的1、2、3、4号架体立杆；

将三维模型的定位立杆与实际架体模型的定位立杆进行重叠，得到实际架设架体域理论三维模型的重叠结果数据。

S5：利用智能化识别平台对其进行正确性分析和进度管控，若合格，则生成相应的合格报告，相关操作人员根据合格报告进行指导工作。其中还需要说明的是：

若不合格，则生成预警报告至架体立杆中重新发送信号，待智能化识别平台进行正确性分析的同时，通过进度管控上传至企业管理平台进行实时监控，在重新发送信号时，企业管理平台会下发指令至现场架体施工内，同时控制模型重叠的生成，直至生成合格报告。

具体的，进行正确性分析包括：

从数据库中筛选获得重叠结果数据并根据数据类型进行分类；

将重叠结果数据进行编码，按照10:1的比例将数据划分为训练集和测试集；

初始化蚁狮优化策略各参数；

基于蚁狮优化策略迭代更新蚂蚁与蚁狮位置，利用适应度函数计算每只蚂蚁与蚁狮的适应度值，最终根据结束条件输出最优的(C，g)参数值；

提取(C，g)参数值作为支持向量机的参数，结合支持向量机策略和训练集构建分析模型；

利用优化后的分析模型对测试集进行分析计算，输出正确性分析结果；

K(x

其中，ω表示超平面法向量，C表示惩罚因子，控制错分样本的惩罚程度，n表示样本数量，ξ表示松弛因子，指在线性不可分情况下的允许错分率，y

较佳的，本实施例还需要说明的是，通过建立理论架体BIM模型，指导现场搭设架体，架体每根杆件上设搭载构件信息发射器，通过信号接收器、信号转换软件，将信号转换到BIM模型软件中，应用BIM模型软件实现构件空间位置、构件尺寸等信息可视化表达，生成实际架体模型，以重叠理论模型与实际模型的方式，通过智能化识别平台分析实际架体正确性与施工进度，输出实际架体正确性监测报告、施工进度报告，并反馈施工管理人员进行整改完善，解决高、大、复杂架体正确性指导不全面与监测困难的问题。

不难理解的是，通过理论BIM模型与实际BIM模型的重叠比例，得到施工进度实际情况报告，智能化识别施工进度，输出模型可视化对比图片与施工进度报告，加强管理人员对进度的管控；而建立高大模板支撑体系智能化识别平台，融入国家标准规范、设计图纸、施工方案形成高大模板支撑体系工艺数据库，经过信息生产、信息收集与信息处理，全过程识别、监测架体的正确性，及时预警，智能化监测、预警现场架体搭设的正确性。

优选的，本实施例通过构件信息发射器赋予高大模板支撑架体杆件空间位置、形体尺寸信息，结合信号转换软件，将信号接收器集成的数据转换为BIM模型数据进行集成，在BIM模型软件中形成施工现场架体搭设现状模型，解决施工现场高大复杂架体难以直观呈现的问题。

为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例中选择以传统的高大模板支撑体系监测匹配方法与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，验证本发明方法所具有的真实效果。

传统的高大模板支撑体系监测匹配方法无法直观、准确的监测架体正确性，监测的可靠性和安全性难以得到保障，且工作效率极低，为验证本发明方法相对于传统方法具有较高的监测实时性、准确性、直观性、可靠性、安全性及效率性，本实施例中将采用传统方法与本发明方法分别对仿真架体监测系统的高大模板支撑体系正确性分析进行实时测量对比。

测试环境：将仿真架体监测系统运行在仿真平台模拟行驶并模拟运行架设场景，采用2020年南方建工集团某建筑项目为测试样本，分别利用传统方法的匹配操作进行分析测试并获得测试结果数据，采用本发明方法，则开启自动化测试设备并运用MATLB实现本发明方法的仿真测试，根据实验结果得到仿真数据，每种方法各测试十组数据，计算获得每组数据的时间，与仿真模拟输入的实际预测值进行误差对比计算，结果如下表所示。

表1：效率、误差对比数据表。

参照表1，能够直观的看出，因传统方法无法自主实现对高大模板支撑体系的实时监控和正确性分析，需人工干预，故其测试时间过长，且误差度较大，即精确度较低，而本发明方法脱离了人工操作，实现自主学习控制，即导入蚁狮优化策略和三维模型分析，加快了工作效率，缩短了应用时间，极大的提高了架体立杆监测定位效率，并提高了正确性分析的准确度。

实施例2

参照图5，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种指导及监测高大模板支撑体系正确性的系统，包括：

识别采集模块100，用于采集国家标准规范设计图纸、施工方案及现场架设信息，获取高大模板支撑体系历史运行数据和实时运行数据。

数据处理中心模块200连接设置于识别采集模块100的上表面，其用于接收、计算、存储、输出待处理的数据信息，其包括运算单元201、数据库202和输入输出管理单元203，运算单元201与采集模块100相连接，用于接收信息采集模块100获取的数据信息以进行识别定位运算处理和正确性分析处理，计算架体标记位置、BIM模型坐标值、旋转角度、偏移量及分析容错率，数据库202连接于各个模块，用于存储接收的所有数据信息，为数据处理中心模块200提供调配供应服务，输入输出管理单元203用于接收各个模块的信息并输出运算单元201的运算结果。

定位模块300与数据处理中心模块200相连接，其用于接收运算单元201的运算结果，通过调取解码体分析判断大小是否超过阈值、位置是否在区域内，综合判断架体立杆识别及数据的匹配是否对应，以进行模型重叠的定位。

分析模块400嵌入于数据处理中心模块200内，其用于调取蚁狮优化策略及各个模型数据信息，通过输入输出管理单元203传输至运算单元201内进行正确性分析运算，得到数据结果再次通过输入输出管理单元203传输至分析模块400内，结合智能化识别平台与企业管理平台实时监控数据分析，生成合格报告或预警报告。

监测模块500与数据处理中心模块200并行设置连接于识别采集模块100，其用于企业实时监控现场架设情况，以便于管控项目进度。

通俗的说，数据处理中心模块200主要分为三个层次，包括控制层、运算层及存储层，控制层是数据处理中心模块200的指挥控制中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID和操作控制器OC组成，控制层能够根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码器分析确定，通知操作控制器OC进行操作，按照确定的时序向相应的部件发出微操作控制信号；运算层是计算单元201的核心，能够执行算术运算(如加减乘除及其附加运算)和逻辑运算(如移位、逻辑测试或两个值比较)，其连接于控制层，通过接受控制层的控制信号进行运算操作；存储层是数据处理中心模块200的数据库，能够存放数据(待处理及已经处理过的数据)。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。