一種工地數位化管理系統及其應用方法與流程
2023-06-16 00:15:51
本發明屬於工地數位化管理技術領域，具體涉及一種工地數位化管理系統及其應用方法。
背景技術：
建築工地屬於施工環境複雜和人員複雜的區域，如何有序管理施工人員和施工設備並且規範施工作業以確保工地內的安全有序，極其考驗一個建築企業的管理能力。建築企業目前普遍採用的管理手段是門禁考勤和遠程視頻監控，即在工地入口處安裝指紋考勤儀或打卡裝置以作門禁考勤用；同時在工地內安裝覆蓋整個施工場所的智能高速球形攝像儀以及紅外線攝像機，各個監控設備24小時運行，以及時發現和消除施工現場安全事故隱患，提高安全質量監管效率。此類管理系統只是簡單的架設幾臺攝像機進行現場視頻監控，僅僅能最低限度的滿足監督管理者對施工現場的監督要求，並且視頻監控所獲取的是影像資料，需要管理人員實時對著監控屏幕仔細監控方可及時發現施工中所存在的問題和安全隱患，費時費力，效率不高。隨著建築業科技水平的迅猛提升，建築行業對於工地數字信息化管理進程的需求愈發強烈，建築信息模型（BIM）隨之應運而生，近十年來，BIM技術在國內外取得了大量的應用成果。BIM技術是一種應用於工程設計建造管理的數據化工具，通過建立三維的參數模型整合各種項目和設備的相關信息，在建築項目的設計、施工和後期運維的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建築信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建築施工單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。但是BIM技術的缺點在於只注重於設備的信息管理和提高生產效率，而無法有效的對施工過程中的人員進行有效管理，確保施工生產中的作業安全問題。因此本領域急需建立一套完整的數位化工地管理系統，以幫助建築企業達到施工安全、人員管理、物資追蹤、成本控制等方面的要求和標準。
技術實現要素：
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種工地數位化管理系統及其應用方法，該管理系統通過在工地範圍內的主要管理對象上設置RFID電子標籤，並通過RFID讀頭進行身份識別和數據讀寫，以建立人員定位系統、門禁系統、物資管理系統、盾構作業系統以及管片跟蹤系統這五大子系統；同時在遠程資料庫伺服器上建立與所述五大子系統相對應的五大子資料庫，通過各子資料庫之間的數據交叉驗證以實現對施工人員操作盾構機或手持式RFID讀頭的操作權限，有效的確保了施工質量和安全。本發明目的實現由以下技術方案完成：一種工地數位化管理系統，涉及用於運行所述管理系統和存儲數據的遠程資料庫伺服器，其特徵在於所述管理系統包括五大子系統：人員定位系統、門禁系統、物資管理系統、盾構作業系統以及管片跟蹤系統，各所述子系統均與所述遠程資料庫伺服器建立連接；所述人員定位系統由設置有RFID電子標籤的安全帽以及設置於所述工地內的若干RFID讀頭構成，所述RFID讀頭內的無線網絡模塊與所述遠程資料庫伺服器無線連接，其中所述安全帽佩戴於施工人員頭部；所述門禁系統由設置於所述工地入口處的RFID讀頭構成，所述RFID讀頭內的無線網絡模塊與所述遠程資料庫伺服器無線連接；所述物資管理系統由設置於各個施工設備上的RFID電子標籤以及手持式RFID讀頭構成，所述手持式RFID讀頭內的無線網絡模塊與所述遠程資料庫伺服器無線連接；所述盾構作業系統由設置於盾構機上的RFID讀頭構成，所述RFID讀頭內的無線網絡模塊與所述遠程資料庫伺服器無線連接，所述rfid讀頭還與所述盾構機的啟動裝置連接；所述管片跟蹤系統由設置於各個管片上的RFID電子標籤以及所述手持式RFID讀頭構成。所述遠程資料庫伺服器內建有與所述五大子系統相對應的五大子資料庫，分別為人員定位資料庫、門禁資料庫、物資管理資料庫、盾構操作資料庫以及管片跟蹤資料庫。所述安全帽內設置有至少三張RFID電子標籤，分別為高頻被動式無源RFID電子標籤、超高頻主動式有源RFID電子標籤和超高頻被動式無源RFID電子標籤，各所述RFID電子標籤內均存儲有施工人員的唯一工號及其各項基本信息，其中所述高頻被動式無源RFID電子標籤用於同所述門禁管理系統的RFID讀頭進行交互，所述超高頻主動式有源RFID電子標籤用於同所述人員定位系統中的RFID讀頭進行交互，所述超高頻被動式無源RFID電子標籤用於同所述盾構作業系統中的RFID讀頭進行交互。所述物資管理系統中的RFID電子標籤為超高頻被動式無源RFID電子標籤。所述管片跟蹤系統中的RFID電子標籤為超高頻被動式無源RFID電子標籤。一種涉及上述工地數位化管理系統的應用方法，其特徵在於所述應用方法至少包括如下步驟：當施工人員佩戴設置有所述RFID電子標籤的安全帽進入工地入口處時，所述門禁系統內的RFID讀頭讀取所述安全帽內的高頻被動式無源RFID電子標籤內的施工人員唯一工號及其門禁權限，若該施工人員具有門禁通行權限，則放行並通過所述RFID讀頭內的無線網絡模塊將該施工人員已進入工地內部的信息上傳入所述遠程資料庫伺服器內的門禁資料庫內；施工人員進入工地內後，所述安全帽上的超高頻主動式有源RFID電子標籤開始接收與其相距最近的RFID讀頭所發送的射頻信號，所述RFID讀頭讀取所述超高頻主動式有源RFID電子標籤內的施工人員唯一工號並記錄其實時所處的施工工區，之後所述RFID讀頭內的無線網絡模塊將該施工人員實時所處的施工工區上傳入遠程資料庫伺服器內的人員定位資料庫內；將處於只讀狀態的所述手持式RFID讀頭靠近所述安全帽以對施工人員是否具有操作所述手持式RFID讀頭的條件進行交叉驗證，即所述手持式RFID讀頭首先讀取所述安全帽內的RFID電子標籤內的施工人員唯一工號，之後所述手持式RFID電子標籤通過無線網絡模塊將所述的唯一工號發送至所述遠程資料庫伺服器上進行查詢，若所述門禁資料庫內具有該施工人員通行記錄，同時所述人員定位資料庫內該施工人員實時位置處於施工工區內，則表面該施工人員具有操作所述手持式RFID讀頭的權限，所述手持式RFID讀頭轉換為可讀寫狀態；反之，則所述手持式RFID讀頭繼續處於只讀狀態；施工人員攜帶所述手持式RFID讀頭對各個所述施工設備進行巡檢，並通過所述手持式RFID讀頭對各個所述施工設備上的超高頻被動式無源RFID電子標籤進行寫入巡檢信息操作，之後所述手持式RFID讀頭通過無線網絡模塊將所述施工設備的巡檢信息上傳入遠程資料庫伺服器內的物資管理資料庫；施工人員攜帶所述手持式RFID讀頭對各個所述管片進行巡檢，並通過所述手持式RFID讀頭對各個所述管片上的超高頻被動式無源RFID電子標籤進行寫入巡檢信息操作，之後所述手持式RFID讀頭通過無線網絡模塊將所述管片的巡檢信息上傳入遠程資料庫伺服器內的管片跟蹤資料庫；在操作所述盾構機之前，所述盾構機上的RFID讀頭讀取所述安全帽內的超高頻被動式無源RFID電子標籤內的該施工人員唯一工號，通過所述RFID讀頭內的無線網絡模塊將所述唯一工號上傳入所述遠程資料庫伺服器進行交叉驗證，以判斷該施工人員是否具有操作盾構機的權限，所述交叉驗證具體為：所述門禁資料庫內具有該施工人員的通行記錄，所述人員定位資料庫內該施工人員實時位置為所述盾構機所處的施工工區，所述管片跟蹤資料庫內的施工所用管片狀態均為良好，所述物資管理資料庫內的盾構開挖所用的施工設備均為良好，若以上各所述資料庫內的數據均滿足要求，則表明該施工人員具有操作盾構機的權限，所述RFID讀頭對所述盾構機的啟動裝置發送啟動許可指令，施工人員啟動所述盾構機進行開挖掘進，所述RFID讀頭內的無線網絡模塊實時上傳所述盾構機的掘進環數和運行狀態至所述遠程資料庫伺服器內的盾構操作資料庫；若所述盾構機上的RFID讀頭無法正常讀取到所述安全帽內的超高頻被動式無源RFID電子標籤時，則所述RFID讀頭對所述盾構機的啟動裝置發送鎖止指令，以防他人誤操作。本發明的優點是，利用RFID無線射頻技術對工地範圍主要管理對象進行身份識別，通過傳感手段和物聯網技術，推進管理內容標準化和精細化，改善目前傳統粗放性管理，明確管理責任，提高管理水平，實現工程信息化管理、數位化管理、可視化管理；通過各子資料庫之間的數據交叉驗證來獲取物資管理系統和管片跟蹤系統中的手持式RFID讀頭的操作權限以及盾構作業系統中的盾構機的操作權限，有效確保施工的質量安全、錄入信息的真實性、事故責任的可追溯性。附圖說明圖1為本發明中的管理系統組成框圖。具體實施方式以下結合附圖通過實施例對本發明的特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解：實施例：本實施例具體涉及一種工地數位化管理系統及其應用方法，該管理系統利用RFID無線射頻技術對工地範圍內的主要管理對象進行身份識別，通過傳感手段和物聯網技術，推進管理內容標準化和精細化，改善目前傳統粗放性管理，明確管理責任，提高管理水平，實現工程信息化管理、數位化管理和可視化管理，普遍適用於隧道工程、房屋、橋梁和道路等工程工地上。如圖1所示，以下將就隧道工程為例進行說明，應用於隧道工程上的工地數位化管理系統主要包括以下五大子系統：門禁系統、人員定位系統、物資管理系統、盾構作業系統以及管片跟蹤系統，各個子系統均與設置於工地監控室內的遠程資料庫伺服器相連，在遠程資料庫伺服器內建有與五大子系統一一對應的五大子資料庫，各子資料庫用於存儲與其相對應的各子系統所發送來的信息，同時用於數據交叉驗證之用，五大子資料庫具體為：門禁資料庫、人員定位資料庫、物資管理資料庫、盾構操作資料庫以及管片跟蹤資料庫。在該管理系統中的主要受管理對象為施工人員，在施工人員身上佩戴有可作為工地一帽通的安全帽，在該安全帽內集成設置有三張RFID電子標籤，分別為高頻被動式無源RFID電子標籤、超高頻主動式有源RFID電子標籤和超高頻被動式無源RFID電子標籤，在各RFID電子標籤內均存儲有施工人員的唯一工號及其各項基本信息，如照片、年齡、職位、工種、可通行施工工區等；其中高頻被動式無源RFID電子標籤用於同門禁管理系統的RFID讀頭進行交互，超高頻主動式有源RFID電子標籤用於同人員定位系統中的RFID讀頭進行交互，超高頻被動式無源RFID電子標籤用於同盾構作業系統中的RFID讀頭進行交互。以下①-⑤中所述為工地數位化管理系統的具體構成說明：①門禁系統：門禁系統設置於工地的地面作業區域入口和地下作業區域入口處，用於確認施工人員是否具有通行進入的權限和作考勤用，具體由RFID讀頭、閘機以及門房間門禁主機構成，三者順次連接，其中RFID讀頭內的無線網絡模塊還與遠程資料庫伺服器無線連接；②人員定位系統：人員定位系統覆蓋工地內的地面作業區域和地下作業區域，用以實時定位施工人員所處的施工工區、記錄其運動軌跡以及進入危險區域的警報，具體由施工人員所佩戴的設置有RFID電子標籤的安全帽以及設置於工地內的若干RFID讀頭構成，其中RFID讀頭內的無線網絡模塊與遠程資料庫伺服器無線連接；該工地根據職能的不同將其內部劃分為若干個獨立的施工工區，各施工工區內設置有一個RFID讀頭，RFID讀頭所向外發射的射頻信號覆蓋半徑僅限於其所處的施工工區，射頻信號覆蓋半徑的大小通過控制信號強度來實現，以此實現對施工人員所處工區的準確實時定位；③物資管理系統：物資管理系統主要涉及各類施工設備和建材，用於記錄各類施工設備和建材的基本信息和狀態信息，比如生產商名稱、型號、生產日期、合格證編號、巡檢信息、維修記錄以及能否正常運行等信息，具體由設置在施工設備和建材上的RFID電子標籤以及手持式RFID讀頭構成，其中RFID電子標籤為超高頻被動式無源RFID電子標籤，其內存儲有施工設備和建材的基本信息和狀態信息，手持式RFID讀頭內的無線網絡模塊與遠程資料庫伺服器無線連接；④管片跟蹤系統：管片跟蹤系統主要涉及盾構隧道所用的管片，用於記錄其各項基本信息以及由其構成的盾構隧道施工信息，比如型號、施工日期、管片生產商名稱、管片生產、合格證編號、軸線信息、盾構姿態、管片間隙、注漿量、整圓度、管片滲漏水、破裂、盾構異常數據報警等信息，具體由設置在各個管片上的RFID電子標籤以及用於讀取該RFID電子標籤的手持RFID讀頭構成，該RFID電子標籤具體為超高頻被動式無源RFID電子標籤，其中手持RFID讀頭即為物資管理系統中所用的手持式RFID讀頭，該手持RFID讀頭可共用於物資管理系統和管片跟蹤系統中；⑤盾構作業系統：盾構作業系統主要涉及盾構機，用於記錄盾構機工作時的各項技術數據和運行狀態，具體由設置於盾構機上的RFID讀頭構成，該RFID讀頭內的無線網絡模塊與遠程資料庫伺服器無線連接，同時該RFID讀頭還具有一串口與盾構機的啟動裝置相連接。以下將就該工地數位化管理系統的具體應用方法進行詳細說明：（A）施工人員進入工地必須佩帶安全帽以確保自身安全以及數位化管理的需求，當施工人員進入工地入口時，門禁系統內的RFID讀頭立刻讀取施工人員安全帽內的高頻被動式無源RFID電子標籤的信息，即該施工人員的唯一工號、照片及門禁通行權限，並實時在門房間門禁主機的顯示屏上顯示，如果該施工人員的工號、相貌與顯示屏上所顯示的相符，並且具有該工地的門禁通行權限，則門禁主機向閘機發送通行指令以對該施工人員放行，同時RFID讀頭內的無線網絡模塊將該施工人員已進入工地內部的信息上傳入遠程資料庫伺服器內的門禁資料庫內，以作為該施工人員的考勤記錄，並作後續數據調用之用；（B）施工人員通過閘機進入工地內部之後，安全帽上的超高頻主動式有源RFID電子標籤開始接收與其相距最近的RFID讀頭所發送的射頻信號，即該施工人員所處的施工工區內所設置的RFID讀頭開始讀取該超高頻主動式有源RFID電子標籤內的施工人員唯一工號及其有權通行的各個施工工區，並通過RFID讀頭內的無線網絡模塊將該施工人員實時所處的施工工區上傳入遠程資料庫伺服器內的人員定位資料庫內，以作為該施工人員的考勤記錄，並作為後續數據調用之用；如果該施工人員進入了其無權限進入的施工工區內，則人員定位資料庫將記錄其違規信息，並通過簡訊推送至該施工人員的手機上以告知其違規行為和潛在安全風險；（C）在工地內對物資管理系統和管片跟蹤系統的信息管理主要依靠於可進行讀寫信息操作的手持式RFID讀頭，該手持式RFID讀頭的初始狀態為只讀，施工人員可通過其讀取施工設備、建材和管片上的RFID電子標籤內的信息；但是當施工人員巡檢維修之後對RFID電子標籤錄入信息時，該手持式RFID讀頭需要對施工人員是否具有操作手持式RFID讀頭的條件進行交叉驗證，進行交叉驗證的目的在於提高物資管理資料庫和管片跟蹤資料庫內的數據可靠性和精確性，避免非專業人員隨意篡改各項信息，同時也可確保事故責任的可追溯性，交叉驗證的具體過程為：手持式RFID讀頭首先讀取安全帽內的RFID電子標籤內的該施工人員的唯一工號，之後通過手持式RFID讀頭內的無線網絡模塊將該唯一工號發送至遠程資料庫伺服器上進行數據查詢，分別調用門禁資料庫和人員定位資料庫內的數據，如果門禁資料庫內具有該施工人員進入工地的通行記錄，同時人員定位資料庫內的數據表明該施工人員的實時位置位於其崗位所處的施工工區內，則表面該施工人員具有操作該手持式RFID讀頭的權限，手持式RFID讀頭將自動轉換為可讀寫狀態；若門禁資料庫和人員定位資料庫內的數據不同時滿足以上兩個條件，則該手持式RFID讀頭繼續處於只讀狀態；（D）當手持式RFID讀頭被解鎖進入可讀寫狀態之後，施工人員攜帶該手持式RFID讀頭對各施工設備和建材進行巡檢，並通過該手持式RFID讀頭對各施工設備和建材上的超高頻被動式無源RFID電子標籤進行寫入巡檢信息操作，之後該手持式RFID讀頭再通過無線網絡模塊將巡檢信息上傳入遠程資料庫伺服器內的物資管理資料庫，以供監控人員查閱各項狀態信息，並及時安排維修人員前往解決；（E）同時該施工人員還攜帶該手持式RFID讀頭對各個管片進行巡檢，並通過手持式RFID讀頭對各管片上的超高頻被動式無源RFID電子標籤進行寫入巡檢信息操作，之後該手持式RFID讀頭通過無線網絡模塊將所述管片的巡檢信息上傳入遠程資料庫伺服器內的管片跟蹤資料庫，以供監控人員查閱管片的各項信息；在管片跟蹤資料庫中還建立有一張隧道平面矢量圖，該隧道平面矢量圖根據管片的拼接情況實時更新，可以觀察到隧道的施工進度，同時在隧道平面矢量圖上標識有色標以表示管片的安全情況；（F）在操作盾構機之前需要對施工人員的操作權限進行交叉驗證，以避免非專業人員的誤操作所造成的安全隱患，交叉驗證的具體過程為：施工人員將安全帽靠近盾構機上的RFID讀頭，該RFID讀頭將讀取安全帽內的超高頻被動式無源RFID電子標籤內的該施工人員的唯一工號，通過RFID讀頭內的無線網絡模塊將該唯一工號上傳入遠程資料庫伺服器進行交叉驗證，分別調用門禁資料庫、人員定位資料庫、物資管理資料庫以及管片跟蹤資料庫內的數據，①門禁資料庫內具有該施工人員進入工地的通行記錄；②人員定位資料庫內的數據表明該施工人員的實時位置位於盾構機所處的施工工區內；③物資管理資料庫內的數據表明盾構開挖所用的施工設備和建材狀態均為良好；④管片跟蹤資料庫內的數據表明盾構開挖時所用的管片狀態均為良好，如果同時滿足①-④的情況則表明該施工人員具有操作該盾構機的權限，RFID讀頭對盾構機的啟動裝置發送啟動許可指令，施工人員啟動盾構機進行開挖掘進，RFID讀頭內的無線網絡模塊實時上傳盾構機的掘進環數和運行狀態至遠程資料庫伺服器內的盾構操作資料庫，在出現安全隱患的情況下，盾構操作資料庫可第一時間向項目負責人推送告警簡訊；如果盾構機上的RFID讀頭無法正常讀取到安全帽內的超高頻被動式無源RFID電子標籤時，則表面該施工人員可能已經離開盾構機操作崗位，該RFID讀頭立即對盾構機的啟動裝置發送鎖止指令，以防止非專業人員誤操作造成損失。在本實施例中各大子系統所涉及的信息量極為龐大，並不局限於本實施例中所述及的這一小部分信息。本工地數位化管理系統中所涉及的各項信息的目標具體作為施工安全分析、施工質量分析、現場人力資源分析、施工進度分析、項目成本分析、分包商考核分析和公司產值效益分析，並通過一定的採集與過濾最終作為領導決策的參考信息。本實施例的有益效果在於：通過先進的智能網絡手段，預先發現潛在風險信息，及時採取有效的管理措施，規避危險，節約管理成本，提升企業核心競爭力；數位化工程系統的研究和應用，不僅可以提高施工項目管理的水平，而且還將有利於未來工程運營維護；在操作手持式RFID讀頭時所採用的數據交叉驗證，可有效保證錄入信息的來源可靠性和精確性，避免非專業人士的隨意錄入，對後續施工造成惡性連鎖反應；在操作盾構機時所採用的數據交叉驗證，確保了盾構機啟動前萬無一失的前提條件，有效提高施工的安全性。