基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系制造技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系，传统测量方式对于现场地形复杂、施工规模较大的施工项目而言，在测量精度和效率等方面差强人意。本发明专利技术通过在传统测量技术中引入北斗高清定位，结合现代无线传输技术，建立施工现场mm级综合测量体系。在此基础上，利用BIM技术对比设计模型和施工模型的空间坐标，实现施工现场全过程精度控制和科学纠偏。

【技术实现步骤摘要】
基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系
本专利技术涉及一种应用于土木工程、建筑工程和水利工程的监测系统,特别涉及一种基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系。
技术介绍
传统施工测量利用全站仪、光电测距仪实现对建筑的精度控制。一般而言，在低层建筑或普通高层建筑，传统测量工具的应用即能满足设计要求。但是现阶段，地下工程、超高层建筑层出不穷，高速公路、铁路屡见不鲜。上述工程无一例外，对测量精度有着严格的要求，而传统测量技术，依靠光学引测不断扩大测量范围，这就导致整个测量过程引测次数不断增加，累积误差不断增大。一旦累积误差超过阈值，不仅影响结构施工，还干扰了后续工程的施工。解决上述问题的方法，应该是引入定点，减少引测次数，降低累积误差。但是，施工一旦开始之后，除了场地外的原点外，只能在结构上临时选择定点，但这些定点的精度随累积误差的增加而降低。随着北斗组网卫星不断增加，配套定位服务不断丰富，高精度定位算法不断优化，在建筑结构开放空间上北斗高精度定位已可提供毫米级精度坐标,见我司同期申请专利技术专利,专利技术专利申请号：201810165234.X,专利名称：集成北斗定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台。利用该技术在建筑基坑施工区域建立临时原点，误差范围控制在毫米级,但整个监测过程中设备全部固定，不能满足高层或超高层建筑动态、移动性高精度监测。在上述专利技术专利基础上，本专利技术专利进一步阐述了毫米级精度施工空间监测的体系架构和主要方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系，能够及时了解、控制建筑施工的精度,降低累积误差。技术方案：本专利技术提供了一种基于卫星高精度定位和BIM的施工现场毫米级综合空间监测体系，其主要内容如下：基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系，包括软件和硬件两部分：硬件包括卫星信号接收机、光电测距仪、全站仪、激光扫描仪、计算机以及无线信号传输设备；软件包含应用于建筑施工领域的高精度卫星定位算法，区域坐标转化算法，测量数据共享协议，施工BIM模型和设计BIM模型的对比、分析算法；监测体系具体包括以下步骤：（1）卫星提供高精度定位原点坐标，根据结构施工的精度要求，选用定位精度符合要求的卫星定位设备，在高层结构上直接定位，确定原点坐标；（2）利用光电测距仪、全站仪和激光扫描仪，对结构单体构件控制点区域进行实时精度监测，测量与定位原点、结构单位构件关键点的相对距离、高差；（3）定位数据、测量数据录入计算机，不同测量设备之间通过实时传输实现数据共享和坐标转换，结构任意点的相对距离和高差转化为空间坐标，通过设备之间的相对距离、高差和原点坐标，计算结构关键节点的绝对坐标；（4）根据结构定位原点的高精度坐标，建立施工BIM模型，将设计的BIM模型结构的关键节点的绝对坐标改为步骤（3）中计算获得的绝对坐标，设计BIM即更新为施工BIM模型；（5）通过BIM二次开发，将施工BIM模型与设计BIM模型进行对比，分析施工精度，制订下阶段施工精度控制方案，以便项目部及时调整，保持工程整体精度的可控，实行精度整体控制。本专利技术的进一步改进在于，利用卫星高精度定位技术替代传统测量技术，在建筑结构上提供移动原点。本专利技术的进一步改进在于，步骤（3）中所有数据的传输，采用无线传输，提高整个监测系统数据传输的实时性。本专利技术的进一步改进在于，步骤（3）中相对坐标转为绝对坐标的计算，通过BIM二次开发建立区域坐标转换程序，任意点的绝对坐标可实时获得。本专利技术的进一步改进在于，步骤（1）的卫星高精度定位参考监测体系给出的绝对坐标进行迭代计算，逐步提高其测量精度，直至整体系统达到结构施工的精度要求。本专利技术的进一步改进在于，步骤（4）中任意构件设计BIM模型的绝对坐标与结构监测的关键节点相对应，并通过BIM二次开发，实现数据的实时传递与施工BIM模型更新，BIM模型即实时、动态化反应施工过程，即动态BIM：D-BIM模型。本专利技术的进一步改进在于，步骤（5）通过BIM二次开发，建立误差计算和施工精度分析程序，自动对比分析结构施工与原设计之间的水平、垂向误差，并给了整层结构的偏离度等相关精度控制数据，以便项目部及时掌握，制订阶段性施工计划，控制结构整体精度。有益效果：1、可实现卫星信号的接收、高精度定位的计算和数据的现场输出。2、利用卫星高精度定位提供的定点坐标，误差为毫米级，降低结构施工传统测量引测的次数和频率，降低测量累积误差，提高结构整体施工精度。3、建立误差计算和施工精度分析程序，可自动对比分析结构施工与原设计之间的水平、垂向误差，并给了整层结构的偏离度等相关精度控制数据，以便项目部及时掌握，制订阶段性施工计划，控制结构整体精度。附图说明图1为本专利技术的工作流程图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点。基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系，包括软件和硬件两部分：硬件包括卫星信号接收机、光电测距仪、全站仪、激光扫描仪、计算机以及无线信号传输设备；软件包含应用于建筑施工领域的高精度卫星定位算法，区域坐标转化算法，测量数据共享协议，施工BIM模型和设计BIM模型的对比、分析算法。如图1，首先利用卫星高精度定位技术替代传统测量技术，在建筑结构上提供定位原点坐标；接着利用光电测距仪、全站仪、激光测距仪等设备获取结构关键节点的相对空间数据；然后，通过无线通讯，将上述测量数据汇总至主计算机，实施坐标转换，将相对坐标转换为绝对空间坐标；最后，将设计BIM模型的坐标替换为上述绝对空间坐标，建立施工级BIM模型，同时可对施工精度进行判断，以便及时指导施工。为了实现所述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：某住宅楼工程，地下2层，地上32层，框架剪力墙结构。针对施工中的测量定位以及高层施工的结构精度控制，采用北斗高精度定位以及BIM施工现场mm级综合空间动态监测。不仅可以在施工中过程中应用该测量定位系统提供精确的结构定位，而且可以在施工中建立施工级BIM模型，监测施工精度，控制施工误差，从而达到动态监测的目的。实施案例：1、根据结构施工的精度要求，选用定位精度符合要求的卫星定位设备，在拟建住宅楼周边直接定位，确定原点坐标；2、通过设计的BIM模型计算结构关键节点的相对坐标，利用光电测距仪、全站仪和激光扫描仪，测量与定位原点、结构单位构件关键点的相对距离、高差；3、通过数据交换，通过设备之间的相对距离、高差和原点坐标，计算结构关键节点的绝对坐标；4、将结构关键节点的设计BIM模型绝对坐标改为步骤（3）中计算获得的绝对坐标，设计BIM即更新为施工BIM模型，在模型中可以得到建筑的墙、柱、楼板等几何空间结构；5、根据得到的建筑的墙、柱、楼板等几何空间结构对比设计中模型的精度差异，了解结构施工精度，以便及时制订下一阶段的施工计划，实行精度整体控制。上述具体实施方式，仅为说明本专利技术的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本专利技术的保护范围，凡是依据本专利技术的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系，其特征在于，包括软件和硬件两部分：所述硬件包括卫星信号接收机、光电测距仪、全站仪、激光扫描仪、计算机以及无线信号传输设备；所述软件包含应用于建筑施工领域的高精度卫星定位算法，区域坐标转化算法，测量数据共享协议，施工BIM模型和设计BIM模型的对比、分析算法；所述监测体系具体包括以下步骤：（1）卫星提供高精度定位原点坐标，根据结构施工的精度要求，选用定位精度符合要求的卫星定位设备，在高层结构上直接定位，确定原点坐标；（2）利用光电测距仪、全站仪和激光扫描仪，对结构单体构件控制点区域进行实时精度监测，测量与定位原点、结构单位构件关键点的相对距离、高差；（3）定位数据、测量数据录入计算机，不同测量设备之间通过实时传输实现数据共享和坐标转换，结构任意点的相对距离和高差转化为空间坐标，通过设备之间的相对距离、高差和原点坐标，计算结构关键节点的绝对坐标；（4）根据结构定位原点的高精度坐标，建立施工BIM模型，将设计的BIM模型结构的关键节点的绝对坐标改为步骤（3）中计算获得的绝对坐标，设计BIM即更新为施工BIM模型；（5）通过BIM二次开发，将施工BIM模型与设计BIM模型进行对比，分析施工精度，制订下阶段施工精度控制方案，以便项目部及时调整，保持工程整体精度的可控，实行精度整体控制。...

【技术特征摘要】
1.基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合空间监测体系，其特征在于，包括软件和硬件两部分：所述硬件包括卫星信号接收机、光电测距仪、全站仪、激光扫描仪、计算机以及无线信号传输设备；所述软件包含应用于建筑施工领域的高精度卫星定位算法，区域坐标转化算法，测量数据共享协议，施工BIM模型和设计BIM模型的对比、分析算法；所述监测体系具体包括以下步骤：（1）卫星提供高精度定位原点坐标，根据结构施工的精度要求，选用定位精度符合要求的卫星定位设备，在高层结构上直接定位，确定原点坐标；（2）利用光电测距仪、全站仪和激光扫描仪，对结构单体构件控制点区域进行实时精度监测，测量与定位原点、结构单位构件关键点的相对距离、高差；（3）定位数据、测量数据录入计算机，不同测量设备之间通过实时传输实现数据共享和坐标转换，结构任意点的相对距离和高差转化为空间坐标，通过设备之间的相对距离、高差和原点坐标，计算结构关键节点的绝对坐标；（4）根据结构定位原点的高精度坐标，建立施工BIM模型，将设计的BIM模型结构的关键节点的绝对坐标改为步骤（3）中计算获得的绝对坐标，设计BIM即更新为施工BIM模型；（5）通过BIM二次开发，将施工BIM模型与设计BIM模型进行对比，分析施工精度，制订下阶段施工精度控制方案，以便项目部及时调整，保持工程整体精度的可控，实行精度整体控制。2.根据权利要求1所述的一种基于北斗高精度定位和BIM的施工现场综合...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿裕华，徐卓，李星星，俞国兵，陈建军，周昕，朱岭，
申请(专利权)人：南通四建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32