建筑施工領(lǐng)域中無人機(jī)的應(yīng)用分析

徐 勝 利

(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

建筑施工領(lǐng)域中無人機(jī)的應(yīng)用分析

徐 勝 利

(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

介紹了無人機(jī)航攝遙感測繪技術(shù)的特點(diǎn)，闡述了基于無人機(jī)的施工管理過程，探討了無人機(jī)與BIM技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的方法，并分析了制約無人機(jī)發(fā)展的因素，給出了我國建筑領(lǐng)域信息化與智能化的發(fā)展方向。

無人機(jī)，建筑領(lǐng)域，BIM技術(shù)，信息化

0 引言

建筑業(yè)是我國的傳統(tǒng)行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，由于建筑施工周期長、資源消耗量大、施工現(xiàn)場人材機(jī)繁雜、建筑產(chǎn)品體積龐大等原因使得建筑行業(yè)的能耗過大、效率低下，不利于可持續(xù)發(fā)展。

無人機(jī)起源于1917年，經(jīng)過應(yīng)用一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展在軍事、農(nóng)業(yè)、交通、城市規(guī)劃、災(zāi)后救援等方面有著廣泛的應(yīng)用。而無人機(jī)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用對于提高施工質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、節(jié)約勞動(dòng)力和成本等方面具有重要作用，順應(yīng)了建筑行業(yè)信息化、工業(yè)化、智能化的先進(jìn)發(fā)展方向。

1 無人機(jī)航攝遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用

一項(xiàng)建筑工程不管在勘察設(shè)計(jì)階段還是在施工階段都需要測繪，傳統(tǒng)的測繪方式是用全站儀、水準(zhǔn)儀在地面上人工測量，然后根據(jù)測量的數(shù)據(jù)繪制出地形地貌圖。這種方法很傳統(tǒng)但是耗時(shí)長、勞動(dòng)量大。將數(shù)字化測量設(shè)備搭載于無人機(jī)結(jié)合遙感技術(shù)可以在數(shù)千米高度范圍內(nèi)獲得施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境的高分辨遙感影像，利用數(shù)據(jù)一體化操作系統(tǒng)等影像處理軟件處理拍攝到的影像從而獲得較高質(zhì)量的測繪圖。該方法相比較傳統(tǒng)的測繪方法具有勞動(dòng)量小，只需一人操控?zé)o人機(jī)另外一人處理拍攝到的影像使之形成完整的地形地貌圖；速度快，無人機(jī)操作方便，起降簡單只需幾分鐘便可以完成施工現(xiàn)場的航拍工作；成本低、技術(shù)含量高等特點(diǎn)。

2 基于無人機(jī)的施工過程管理

2.1 無人機(jī)的監(jiān)工作用

建筑行業(yè)的從業(yè)人員復(fù)雜，大部分的從業(yè)人員文化程度較低、整體素質(zhì)不高，磨洋工現(xiàn)象在建筑施工中普遍存在，工人們的安全生產(chǎn)意識有待加強(qiáng)。利用無人機(jī)監(jiān)工可以更有效的監(jiān)視和規(guī)范員工的行為，將高清攝像頭搭載于無人機(jī)，通過設(shè)定固定航線、控制云臺可以在施工現(xiàn)場從不同高度、不同角度監(jiān)督工人們施工，監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)展，將整個(gè)監(jiān)控過程實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，結(jié)合分析軟件整個(gè)施工工程便能夠很清晰的展現(xiàn)在管理人員面前。對于了解哪項(xiàng)施工工作、哪塊施工段的施工快慢以及對總工期是否有影響具有重要幫助。此外，無人機(jī)能夠近距離接觸施工建筑，這樣能夠使得工程細(xì)部安全問題容易發(fā)現(xiàn)，方便工作人員及時(shí)排查安全隱患、制定安全措施，同時(shí)也加強(qiáng)了施工過程質(zhì)量和進(jìn)度控制。

2.2 利用無人機(jī)對建筑物外圍質(zhì)量檢測

建筑物在施工中和使用過程中受到風(fēng)荷載、雪荷載、地基不均勻沉降等原因使得建筑物的結(jié)構(gòu)性能受到影響，此外由于混凝土配合比、混凝土保護(hù)層厚度、施工質(zhì)量等原因容易導(dǎo)致建筑物的表面外觀受到影響，從而產(chǎn)生混凝土蜂窩麻面、露筋甚至裂縫等現(xiàn)象。因此，需要專門對已建部分建筑物進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)的問題并為后續(xù)施工工作的順利開展提供了重要的參考價(jià)值。建筑物檢測由兩個(gè)部分組成，一是對其結(jié)構(gòu)性能檢驗(yàn)；二是對其外觀檢驗(yàn)。傳統(tǒng)的建筑物檢測方法是利用專業(yè)儀器對建筑物各個(gè)部位的力學(xué)性能測驗(yàn)，用肉眼或者望遠(yuǎn)鏡等輔助工具對建筑物的外觀質(zhì)量測驗(yàn)。對于特別復(fù)雜的建筑的特殊部位或者超高層建筑，人工檢測危險(xiǎn)性大、效率低、難度大。在這種情況下無人機(jī)可以發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢，在多旋翼無人機(jī)上搭載自動(dòng)掃描攝像頭，無人機(jī)圍繞已建建筑物表面飛行，將攝像頭拍攝到的畫面實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛娼邮照?，在飛行的過程中利用一系列軟件可以對建筑物的細(xì)微變形，裂縫等自動(dòng)識別。當(dāng)建筑物表面有外觀質(zhì)量問題時(shí)管理人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，至于結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測無人機(jī)可以結(jié)合點(diǎn)云技術(shù)對前后兩次獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對比分析，從而可以判斷構(gòu)建的變形程度。與傳統(tǒng)的建筑檢測手段相比無人機(jī)檢測可以節(jié)省大量勞動(dòng)力，使得監(jiān)測手段更安全、更高效，同時(shí)避免了租賃腳手架、安裝機(jī)械等復(fù)雜過程從而加快了施工進(jìn)度。

2.3 無人機(jī)推動(dòng)綠色施工、文明施工

當(dāng)前，無人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用得到了推廣，此應(yīng)用同樣適用于建筑領(lǐng)域。在甘肅建投一公司的蘭西鐵苑項(xiàng)目中就利用了無人機(jī)對施工現(xiàn)場的PM2.5指標(biāo)進(jìn)行檢測，有效控制了施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵。此外，從無人機(jī)高空對施工現(xiàn)場的監(jiān)控可以對施工現(xiàn)場的平面布置有一個(gè)清晰直觀的認(rèn)識，有助于項(xiàng)目管理人員規(guī)范施工現(xiàn)場布置，為工作人員營造一個(gè)安全、文明、綠色的施工環(huán)境。

3 無人機(jī)與BIM(建筑信息模型)結(jié)合

3.1 基于無人機(jī)的三維點(diǎn)云實(shí)測模型

項(xiàng)目施工過程中需要實(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目的進(jìn)展情況，單純的用相機(jī)拍攝施工現(xiàn)場的二維畫面不能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場全面分析。這就需要建立現(xiàn)場的三維實(shí)測模型，首先在無人機(jī)上搭載3D激光掃描儀，將采集無人機(jī)采集的影像資料轉(zhuǎn)變立體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過revit軟件平臺可以根據(jù)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立已建建筑的三維實(shí)測模型，然后與先前設(shè)計(jì)的BIM模型對比分析進(jìn)度、尺寸偏差等，以便于項(xiàng)目管理人員查找疏漏及時(shí)制定下一項(xiàng)工作的施工方案。

3.2 以BIM為平臺無人機(jī)為工具的建筑信息化建設(shè)

BIM技術(shù)作為推動(dòng)我國建筑信息化建設(shè)的重要工具，不是一些軟件的簡單疊加而是一個(gè)信息化平臺，從項(xiàng)目的策劃、施工和運(yùn)營維護(hù)的全過程中起到了信息的共享和傳遞的作用，以供參建各方對項(xiàng)目的全過程有著更為清晰的認(rèn)識，為決策者決策提供可靠的依據(jù)。無人機(jī)在BIM平臺中作為收集數(shù)據(jù)的智能化工具，起到了向BIM實(shí)時(shí)傳遞可靠的信息。無人機(jī)測量放樣的數(shù)據(jù)、監(jiān)控施工現(xiàn)場的影像數(shù)據(jù)、對已施工部分的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)在經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理分析后可以直接傳輸?shù)皆擁?xiàng)目的BIM平臺中供參建各方、不同工種施工人員查閱參考。

4 制約無人機(jī)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用因素

無人機(jī)憑借其操作方便、機(jī)動(dòng)靈活可以懸停、能圍繞設(shè)定航線自主飛行可以自動(dòng)返航、成本低廉、空間無約束等眾多優(yōu)異性能使得無人機(jī)在建筑行業(yè)的應(yīng)用不斷加深。但是仍然有缺陷，我們應(yīng)當(dāng)查找出這樣的缺陷并加以解決來獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。制約無人機(jī)應(yīng)用的主要約束如下。

4.1 無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間短

無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間一般不超過半小時(shí)，半小時(shí)時(shí)間可以用來低空測繪、建筑質(zhì)量檢測，但是若要用無人機(jī)長時(shí)間監(jiān)控施工現(xiàn)場則需要若干架無人機(jī)輪番上場。

4.2 無人機(jī)的飛行嚴(yán)重依賴于天氣

無人機(jī)適合在晴朗、無狂風(fēng)、強(qiáng)降雨的天氣飛行，當(dāng)出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨等極端天氣時(shí)無人機(jī)的動(dòng)力裝置、電力供應(yīng)等系統(tǒng)不能順利展開工作。

4.3 建筑空間的約束

當(dāng)建筑物封頂時(shí)無人機(jī)只能圍繞建筑物的表面飛行不能深入到建筑內(nèi)部，因此建筑物的三位實(shí)測模型只能依據(jù)施工進(jìn)度建立各個(gè)關(guān)鍵施工階段的模型。

5 展望

建筑行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的背景下面臨轉(zhuǎn)型，向高效、節(jié)能、綠色方向發(fā)展，信息化、智能化是建筑發(fā)展方向必不可少的途徑，而無人機(jī)是推動(dòng)建筑信息化和智能化建設(shè)的重要工具。雖然目前建筑無人機(jī)存在某些缺陷，但隨著無人機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，無人機(jī)會(huì)克服種種困難從而在建筑施工中承擔(dān)更多任務(wù)，智能化的無人機(jī)有望具體參與到施工操作過程中，利用無人機(jī)直升直降的功能實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)配件的垂直和水平運(yùn)輸，無人機(jī)可以搭載智能機(jī)械手臂，該手臂與飛行控制系統(tǒng)連接，由無人機(jī)操控人員統(tǒng)一操控，可以實(shí)現(xiàn)對特殊部位的施工操作。微型無人機(jī)或許可以靈活進(jìn)出建筑物內(nèi)部，克服了建筑物空間約束難題。當(dāng)然，無人機(jī)只是建筑工業(yè)的一個(gè)代表，未來建筑業(yè)的大發(fā)展還要緊跟時(shí)代潮流，引進(jìn)更多先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)科技、管理等領(lǐng)域創(chuàng)新。讓我們在這個(gè)日新月異、機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的時(shí)代下共同迎接建筑領(lǐng)域美好的明天。

[1] 蔡 奇.低空無人機(jī)航攝遙感測繪技術(shù)在測繪領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用情況探究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(19)：26-28.

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[3] 鄧林建,程效軍,程小龍,等.一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建筑物BIM模型重建方法[J].地礦測繪,2016,32(4)：121-123.

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The application analysis on unmanned aerial vehicle in building construction field

Xu Shengli

(CivilEngineeringSchool,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)

This paper introduced the characteristics of UAV aerial remote sensing surveying and mapping technology, elaborated the construction management process based on UAV, discussed the application method combination UAV and BIM technology, and analyzed the factors restricting the UAV development, gave the development direction of information and intelligence in our construction field.

Unmanned Aerial Vehicle(UAV), architecture field, BIM technology, information

1009-6825(2017)05-0249-02

2016-12-07

徐勝利(1995- )，男，在讀本科生

TU712.1

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