無(wú)人機(jī)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

劉昱昊

摘 要：隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，無(wú)人機(jī)在各行各業(yè)中都逐漸開(kāi)始得到應(yīng)用。由于無(wú)人機(jī)本身的高機(jī)動(dòng)性、低成本等特點(diǎn)，其在建筑工程管理領(lǐng)域的應(yīng)用前景較大。通過(guò)在主流數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)檢索，最終得到89篇文獻(xiàn)。針對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行了分析與討論，對(duì)未來(lái)的無(wú)人機(jī)在該領(lǐng)域的研究方向提出了建議。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);建設(shè)工程管理;文獻(xiàn)分析;應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

中圖分類號(hào)：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.09.096

1 緒論

無(wú)人機(jī)指的是可以被人類遠(yuǎn)程操作或者自動(dòng)運(yùn)行的飛行器。無(wú)人機(jī)自被發(fā)明以來(lái)已經(jīng)有100多年的歷史，在大部分時(shí)候，無(wú)人機(jī)都應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)逐漸進(jìn)入了民用領(lǐng)域，例如空中農(nóng)業(yè)普查、考古挖掘、森林防火、交通監(jiān)測(cè)等。建設(shè)工程領(lǐng)域作為對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大影響的行業(yè)自然也不例外。

建設(shè)工程管理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的全壽命周期管理就更為艱巨。這種復(fù)雜性主要存在于三個(gè)方面：第一，建筑物或者構(gòu)筑物的生命周期很長(zhǎng)，大型基礎(chǔ)設(shè)施的生命周期甚至可以長(zhǎng)達(dá)百年以上，長(zhǎng)壽命周期會(huì)給相關(guān)管理維護(hù)工作帶來(lái)挑戰(zhàn);其次，一項(xiàng)工程從開(kāi)始立項(xiàng)建設(shè)到最終拆除要經(jīng)歷多個(gè)階段，不同階段的工作各不相同，涉及不同的管理方法、模式;最后，不同的建設(shè)項(xiàng)目的項(xiàng)目規(guī)模、地理位置、功能等特征都各不相同。這些因素都對(duì)管理者提出了高要求。為了提高對(duì)于復(fù)雜建設(shè)工程的管理效率和效果，有許多新技術(shù)開(kāi)始被使用在建設(shè)工程領(lǐng)域。如今隨著民用無(wú)人機(jī)技術(shù)逐步走向成熟，建設(shè)工程領(lǐng)域也逐漸開(kāi)始看到它們的身影。許多學(xué)者開(kāi)始針對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域應(yīng)用的可行性進(jìn)行研究。

本文通過(guò)對(duì)四大主流數(shù)據(jù)庫(kù)（Web of Science，ASCE，ScienceDirect，EI）進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，探究目前無(wú)人機(jī)技術(shù)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，為后續(xù)相關(guān)無(wú)人機(jī)應(yīng)用研究提出建議。

2 文獻(xiàn)計(jì)量

在進(jìn)行文獻(xiàn)檢索之前首先確定相關(guān)檢索關(guān)鍵字，關(guān)鍵字由兩部分組成：第一部分為無(wú)人機(jī)（UAV）及其變種（UAVs，drone）等;第二部分為建設(shè)工程項(xiàng)目管理全壽命周期各階段特征關(guān)鍵字，本文將建設(shè)工程項(xiàng)目全壽命周期分為五個(gè)階段：設(shè)計(jì)計(jì)劃階段、建造階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段、拆除階段、災(zāi)害應(yīng)對(duì)階段，例如設(shè)計(jì)計(jì)劃階段選取designing，planning，survey，mapping等作為檢索關(guān)鍵字。最后使用AND，OR等運(yùn)算符連接關(guān)鍵字進(jìn)行搜索。檢索時(shí)間截至2019年4月。最終在剔除不符合本文主題的文獻(xiàn)和會(huì)議文獻(xiàn)后，總共檢索到89篇文獻(xiàn)資料，盡管可以確定還會(huì)有部分相關(guān)文獻(xiàn)未被檢索到，但這89篇文獻(xiàn)資料已經(jīng)可以很大程度上代表目前的無(wú)人機(jī)技術(shù)在建設(shè)工程項(xiàng)目管理工作中的應(yīng)用情況。后續(xù)討論都建立在對(duì)這些文獻(xiàn)資料的分析之上。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 時(shí)間分布

雖然本文檢索沒(méi)有特別設(shè)置初始時(shí)間，但在2007年之前，沒(méi)有檢索到任何無(wú)人機(jī)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域應(yīng)用的文獻(xiàn)。在2007年到2013年之間，相關(guān)研究數(shù)量也非常稀少，總共只檢索到4篇文獻(xiàn)，可見(jiàn)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)技術(shù)仍是一項(xiàng)新興技術(shù)。在2014年之后，相關(guān)研究數(shù)量出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，2018年達(dá)到了34篇。由于本文檢索時(shí)間截至2019年4月，在這種情況下，2019年論文數(shù)量也達(dá)到了15篇，可以預(yù)見(jiàn)2019年全年數(shù)量能夠達(dá)到甚至超過(guò)50篇。從這個(gè)時(shí)間分布上可以看出，近幾年無(wú)人機(jī)技術(shù)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域的應(yīng)用前景已經(jīng)開(kāi)始得到廣泛關(guān)注。

3.2 國(guó)家地區(qū)分布

本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)這89篇文獻(xiàn)的第一作者或第一通訊作者地址繪制了圖1。有24個(gè)國(guó)家或地區(qū)貢獻(xiàn)了這89篇文獻(xiàn)，值得注意的是，中國(guó)和美國(guó)是其中貢獻(xiàn)度最大的兩個(gè)國(guó)家，分別貢獻(xiàn)了21篇論文，這也從側(cè)面印證了目前中美兩國(guó)民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的繁榮。另一個(gè)值得注意的現(xiàn)象是該研究領(lǐng)域的國(guó)際合作較少，只有17篇論文為兩國(guó)或兩國(guó)以上合作完成，而在這17篇文獻(xiàn)中，有13篇文獻(xiàn)都有美國(guó)參與，這體現(xiàn)出目前美國(guó)在該研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

3.3 建筑類型

由于人類對(duì)建筑物功能的需求不同，這產(chǎn)生了不同種類的建筑，而不同種類建筑之間規(guī)模、成本、材料、建設(shè)流程、地理位置等都各不相同，可以推測(cè)無(wú)人機(jī)在不同種類的建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用不會(huì)是均勻分布的，部分建設(shè)項(xiàng)目基于自身的需求可能會(huì)對(duì)應(yīng)用無(wú)人機(jī)有更大的興趣，統(tǒng)計(jì)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。本文將建筑類型分為四種：商業(yè)建筑、住宅建筑、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)建筑。在這89篇文獻(xiàn)中，各有7篇分別關(guān)注了無(wú)人機(jī)在商業(yè)建筑和住宅建筑中的應(yīng)用，14篇文獻(xiàn)關(guān)注了工業(yè)建筑，有40篇論文聚焦于無(wú)人機(jī)在基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用，這是因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目雖然成本高、周期長(zhǎng)，但從某種程度上說(shuō)其復(fù)雜程度并不高于商業(yè)或工業(yè)建筑，如高速公路項(xiàng)目等。商業(yè)或工業(yè)建筑在建筑主體結(jié)構(gòu)完成后，還有大量的內(nèi)部工程需要完成，相比之下高速公路這類基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目在主體結(jié)構(gòu)完成后，項(xiàng)目就基本結(jié)束。對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，建筑內(nèi)部這類狹窄地形是其應(yīng)用難點(diǎn)。所以這樣的分布也符合預(yù)期。此外有21篇文獻(xiàn)聚焦于施工安全、進(jìn)度管控等所有類型工程都存在的問(wèn)題;還有10篇文獻(xiàn)屬于綜述類型的文章，不適合歸屬于任意一類工程中。

4 應(yīng)用挑戰(zhàn)

4.1 無(wú)人機(jī)與其他技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

無(wú)人機(jī)本身結(jié)構(gòu)、功能簡(jiǎn)單，單純使用無(wú)人機(jī)只能進(jìn)行最基礎(chǔ)的拍照、錄像等數(shù)據(jù)獲取工作。目前雖然學(xué)術(shù)界對(duì)于無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用的研究較為火熱，但在現(xiàn)實(shí)工程中，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用仍然較少，并且局限于簡(jiǎn)單工作中。為了能夠使得無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)揮更大的作用，有必要對(duì)無(wú)人機(jī)和其他技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用開(kāi)展研究，如建筑信息模型（BIM）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）等，打通不同技術(shù)間信息應(yīng)用的壁壘，針對(duì)現(xiàn)實(shí)工程遇到的特定問(wèn)題構(gòu)建完整可行的解決方案。

4.2 動(dòng)態(tài)環(huán)境與靜態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

在這89篇文獻(xiàn)中，無(wú)人機(jī)應(yīng)用最廣泛的工作是對(duì)橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行定期的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)。這種工作實(shí)際上處于一種靜態(tài)的環(huán)境中，大橋已經(jīng)建設(shè)完畢，其周圍環(huán)境基本不再改變，這時(shí)的無(wú)人機(jī)應(yīng)用較為簡(jiǎn)單。但是在工程的建設(shè)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)的運(yùn)行環(huán)境在不斷地發(fā)生變化，這給無(wú)人機(jī)的應(yīng)用帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。雖然有文獻(xiàn)針對(duì)建設(shè)過(guò)程中的工人安全監(jiān)測(cè)等課題進(jìn)行研究，但是這類研究離實(shí)際應(yīng)用都還有距離，需要進(jìn)一步深化研究。

4.3 無(wú)人機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益

針對(duì)無(wú)人機(jī)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域進(jìn)行研究是為了給實(shí)際工程建設(shè)者提供一個(gè)新的輔助管理手段，從而減少工程的成本。是否能夠產(chǎn)生足夠的經(jīng)濟(jì)效益這個(gè)核心問(wèn)題較少有文獻(xiàn)詳細(xì)討論，也就是說(shuō)在實(shí)際工程建設(shè)中使用無(wú)人機(jī)技術(shù)是否真的能帶來(lái)的工期減少、效率提高、成本壓縮？并且無(wú)人機(jī)所帶來(lái)的這些效益是否是其他技術(shù)不可替代的？后續(xù)研究需要重點(diǎn)針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行回答，否則無(wú)人機(jī)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用將是紙上談兵。

4.4 無(wú)人機(jī)本身的安全問(wèn)題

每當(dāng)引進(jìn)新技術(shù)時(shí)，不僅要考慮其帶來(lái)的好處，還要考慮這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。目前因無(wú)人機(jī)的不當(dāng)使用帶來(lái)的公私財(cái)產(chǎn)損失屢見(jiàn)不鮮，因此有必要針對(duì)無(wú)人機(jī)本身在建筑工程管理領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，從而制定相關(guān)的法律法規(guī)或行業(yè)規(guī)范。

5 結(jié)論

無(wú)人機(jī)作為一項(xiàng)新興技術(shù)已經(jīng)得到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。無(wú)人機(jī)本身具有的高機(jī)動(dòng)性、低成本等特點(diǎn)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景，目前學(xué)術(shù)界也已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)無(wú)人機(jī)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究，但是目前很多研究與實(shí)際工程應(yīng)用仍有一定距離，本文通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，為后續(xù)研究方向提出了四點(diǎn)建議。后續(xù)研究可以針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步闡述，縮短目前學(xué)術(shù)研究與實(shí)際應(yīng)用之間的間隔，使得無(wú)人機(jī)技術(shù)在建設(shè)工程管理領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。

參考文獻(xiàn)

[1]Tsach，S.T.，Alex and L.London.Unmanned Aerial Vehicles （UAVs）[Z].2010.

[2]Shi，Y.Y.，et al.Unmanned Aerial Vehicles for High-Throughput Phenotyping and Agronomic Research[Z].2016，11（7）：26.

[3]Sauerbier，M.and H.Eisenbeiss.Uavs for the documentation of archaeological excavations[Z].Gottingen：Copernicus Gesellschaft Mbh，2010.

[4]Yuan，C.，Y.M.Zhang，and Z.X.Liu.A survey on technologies for automatic forest fire monitoring，detection，and fighting using unmanned aerial vehicles and remote sensing techniques[Z].2015，45（7）：783-792.

[5]Wang，L.，F(xiàn).L.Chen，and H.M.Yin.Detecting and tracking vehicles in traffic by unmanned aerial vehicles[Z].2016，（72）：294-308.

[6]Kotaji，S.，A.Schuurmans，and S.Edwards.Life-Cycle Assessment in Building and Construction： A state-of-the-art report[Z].Setac，2003.

[7]Jackson，B.J.Construction management jumpstart the best first step toward a career in construction management[M].second edition.2nd ed.ed.Indianapolis，Ind.： Wiley Pub，2010.