自動測量機器人在建筑工程中的應(yīng)用

趙 鵬，金成龍，郭曉紅

(中國建筑第二工程局有限公司，遼寧 沈陽 110000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，消費者對居住的房屋品質(zhì)要求日趨提升，裝配式建筑與全裝修交付已成為行業(yè)標(biāo)配，家裝市場的定制化裝修也越來越受到消費者認(rèn)可，行業(yè)發(fā)展趨勢要求房屋工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和控制精度必須進(jìn)一步提升。實測實量是提升房屋質(zhì)量的關(guān)鍵方法，是各大開發(fā)商提升客戶滿意度、品牌美譽度的有效武器，也是評價和篩選工程承包方、考核項目開發(fā)團(tuán)隊的重要依據(jù)。

1 工程概況

某城市綜合體建設(shè)工程位于沈陽市沈北新區(qū)，東臨雅居街、西臨盛京大道，南側(cè)為規(guī)劃路，北臨蒲昌路，建筑面積共計824 100m2，其中商業(yè)建筑面積142 900m2，住宅建筑面積681 200m2。商業(yè)建筑地下2層，地上4層，局部5層，為框架結(jié)構(gòu)。住宅建筑地下1層，地上15～18層。地下車庫為框架結(jié)構(gòu)，地上主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)。項目效果如圖1所示。

圖1 項目效果

2 工程特點及難點分析

2.1 工程特點

本項目為城市綜合體，建設(shè)住宅單體共計75棟。住宅戶型分別為85，95，115，125m2。因住宅為剪力墻結(jié)構(gòu)，戶內(nèi)墻體較多，因此，項目實測實量工作量大。

2.2 工程難點

1)體量大，建設(shè)開發(fā)周期短，實測實量工作量大，工作進(jìn)度要求高。

2)效率低 同一面墻體施工班組、總承包單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位等均需進(jìn)行測量，且測量速度完全依賴于測量人員操作熟練度。測量工作量較大時，人工測量降效問題凸顯。

3)成本高 現(xiàn)有實測實量方式是通過人工對每一房間抽取若干點進(jìn)行測量。該項工作需投入大量人工、時間、測量器具損耗等成本。若要求對房間所有墻體進(jìn)行全面測量，成本投入將更大。

4)數(shù)據(jù)采集、整理難度大 傳統(tǒng)實測實量方式受到測量人員、測量方法、測量設(shè)備的限制，如頂板(天花)平整度無法測量。后續(xù)數(shù)據(jù)整理繁瑣，整理存儲數(shù)據(jù)量龐大極易出錯。

5)傳統(tǒng)實測實量數(shù)據(jù)查詢繁瑣，各方管理層難以實施掌握項目信息，需依靠主動匯報和第三方抽查才可獲得實測實量數(shù)據(jù)，受人為因素影響大。

3 自動測量機器人應(yīng)用

3.1 后臺程序設(shè)置

1)項目管理設(shè)置 錄入項目名稱、地址、負(fù)責(zé)人等信息，便于區(qū)分不同項目。

2)階段指標(biāo)設(shè)置 由于不同施工階段的實測要求不同，可根據(jù)項目管理要求定義主體階段、砌筑階段、抹灰階段、裝修膩子實測階段。每個階段實測指標(biāo)種類、合格標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重均可調(diào)整，如主體階段可對墻體垂直度、平整度、頂板水平度進(jìn)行測量；砌筑階段、抹灰階段可對墻體垂直度、平整度、房間方正度、頂板水平度、房間開間、進(jìn)深、凈高、墻體陰陽角、門窗洞口尺寸、門窗框垂直度、窗邊墻尺寸、建筑1m線識別、飄窗頂板水平度進(jìn)行測量；裝飾裝修階段中，除砌筑階段、抹灰階段可測量相關(guān)參數(shù)外，還可測量吊頂水平度、棱線順直度。操作界面如圖2所示。

圖2 階段指標(biāo)設(shè)置操作界面

3)戶型管理設(shè)置 測量人員需上傳項目所有戶型對應(yīng)圖紙并標(biāo)記該戶型的測站順序，現(xiàn)場按指定順序完成實測任務(wù)。操作界面如圖3所示。

圖3 戶型管理設(shè)置操作界面

4)戶型參數(shù)設(shè)置 按要求設(shè)置房間實測實量區(qū)域，確定局部位置是否進(jìn)行實測，自動對測量墻面、評價模式、墻面靠尺、開間進(jìn)深參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。操作界面如圖4所示。

圖4 戶型參數(shù)設(shè)置操作界面

5)樓房管理設(shè)置 輸入樓房信息?？赏ㄟ^批量操作，為每個戶型指定對應(yīng)的樓棟、單元和房間。操作界面如圖5所示。

圖5 樓房管理設(shè)置操作界面

6)測量人員權(quán)限設(shè)置 操作界面如圖6所示。

圖6 測量人員權(quán)限設(shè)置操作界面

7)任務(wù)管理設(shè)置 項目開始進(jìn)入實測階段時，項目管理員可通過賬戶登錄數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，進(jìn)行實測任務(wù)的設(shè)置和分配。任務(wù)分配完成后，相關(guān)任務(wù)將同步至對應(yīng)測量人員的手機APP賬戶。在軟件展開菜單中通過項目、樓棟、階段等信息篩選需要的任務(wù)，在“測量員”框中選擇需要執(zhí)行任務(wù)的人員。操作界面如圖7所示。

圖7 任務(wù)管理設(shè)置操作界面

3.2 現(xiàn)場測量操作

1)測量人員到達(dá)指定任務(wù)地點后，根據(jù)手機APP上收到的任務(wù)，通過項目、測量階段、房間等信息篩選到指定任務(wù)，進(jìn)入相應(yīng)的任務(wù)界面，開始測量。APP任務(wù)操作界面如圖8所示。

圖8 測量任務(wù)操作界面

2)測量人員到達(dá)任務(wù)指定房間后，根據(jù)任務(wù)設(shè)置的測站順序，在測站位置架設(shè)好三腳架和激光掃描儀，開啟測量機器人并自動采集實測實量數(shù)據(jù)，2min左右即可完成1個房間的實測實量任務(wù)。

3)測量人員在手機APP單擊相對應(yīng)的任務(wù)，選擇測量測站，單擊“開始計算”按鈕，APP會自動獲取掃描儀數(shù)據(jù)并進(jìn)行壓縮上傳至云服務(wù)器，云服務(wù)器計算完成后會通過手機提示“計算完成”。此時即可在APP中查看各實測指標(biāo)成果圖。該測站完成實測實量工作，進(jìn)行下一站，重復(fù)該步驟即可。實測指標(biāo)成果如圖9，10所示。

圖9 實測指標(biāo)數(shù)據(jù)成果

圖10 實測點位成果

4)實測實量數(shù)據(jù)采集完成后，數(shù)據(jù)即刻上傳至網(wǎng)絡(luò)云端。查詢者可隨時通過手機或網(wǎng)頁APP查看已測量完成房間實測實量數(shù)據(jù)。實測實量數(shù)據(jù)超出評價要求時，軟件自動標(biāo)記超出評價要求位置，項目可通過問題標(biāo)記對問題位置進(jìn)行整改處理。處理完成后再次進(jìn)行測量，更新網(wǎng)絡(luò)云端處數(shù)據(jù)并標(biāo)記整改處理及完成時間。實測實量數(shù)據(jù)同時可生成實測報告，報告中顯示指標(biāo)合格標(biāo)準(zhǔn)，套房評分，測站信息、實測任務(wù)、工程階段、計算時間，戶型圖、實測員，房間開間進(jìn)深、方正度、陰陽角，頂板水平度極差，墻面平整度、垂直度等信息。

3.3 注意事項

1)將產(chǎn)品從寒冷環(huán)境轉(zhuǎn)移至溫暖環(huán)境時，水可能在掃描儀內(nèi)部某些元件上發(fā)生冷凝。為避免發(fā)生這種情況，建議在轉(zhuǎn)移掃描儀前，將其放在密封塑料袋中。如果無法以密封方式包裝掃描儀，待可觀察到的冷凝水從掃描儀蒸發(fā)后，再打開掃描儀。

2)在掃描儀掃描期間，成像單元會高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)成像單元旋轉(zhuǎn)時，保持與產(chǎn)品距離并勿用手、手指或任何物體觸碰旋轉(zhuǎn)的成像單元，以免造成人身傷害及對掃描儀的損壞。

3)實測現(xiàn)場應(yīng)做到基本的工完場清，避免室內(nèi)堆放材料影響實測，避免在過多灰塵或過于潮濕環(huán)境下使用設(shè)備。

4)掃描儀架設(shè)位置盡量選在房間中央，這樣掃描結(jié)果會更加清晰完整，便于后期查看使用(如果掃描墻面距離<0.5m，掃描數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)一定偏差)。

3.4 項目使用情況

截至2020年12月末，測量完成18棟住宅，涵蓋85，95，115，125m24種戶型。已測量完成共計350個標(biāo)準(zhǔn)層，4 608個房間，生成1 152份實測實量報告。經(jīng)過一定時間操作實踐，單個房間測量時長可控制在3min以內(nèi)。

4 自動測量機器人與傳統(tǒng)人工實測實量對比

1)測量精度高 GB 50026—2020《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》及 GB/T 12898—2009《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》要求使用水準(zhǔn)儀設(shè)備精度為±3mm，經(jīng)緯儀設(shè)備精度為±2mm，鋼尺設(shè)備精度為±1mm，2m靠尺設(shè)備精度為±1mm，塞尺設(shè)備精度為±1mm，在測量過程中還存在人為因素導(dǎo)致測量誤差增大。自動測量機器人測量精度可達(dá)到±1mm且不存在人為因素導(dǎo)致測量誤差增大，較傳統(tǒng)人工實測實量方式優(yōu)勢明顯。

2)實測效率提高 每個房間測量時間由2人10min，變?yōu)?人2min，效率提升5倍。

3)解放管理人員 以建筑面積30萬m2高層住宅項目為例，傳統(tǒng)上，需配置3名以上專職實測人員(或6名以上兼職實測人員)方可滿足工程進(jìn)度要求，自動測量機器人僅需1名專職實測人員，并可由初級管理人員(如實習(xí)生)等擔(dān)任。

4)全程質(zhì)量控制 嚴(yán)控上游環(huán)節(jié)實測質(zhì)量，優(yōu)化修補方案，減少抹灰及精裝修階段修補人工和耗材，確保最終交付品質(zhì)。

5)簡化管理流程 基本可省去進(jìn)場前復(fù)測、各單位逐級復(fù)檢等環(huán)節(jié)及每日數(shù)據(jù)整理匯報。

6)成本降低 以建筑面積30萬m2的精裝修交付項目為例，在實測實量人工投入上，土建階段投入約40萬元。運用實測機器人后，每個項目實測人工有望節(jié)省15萬～25萬元。

5 結(jié)語

1)利用自動測量機器人，可實現(xiàn)全流程自動化，2min左右即可完成1個房間全系列實測數(shù)據(jù)采集和計算，多項指標(biāo)一次性獲取?？煽焖賹崿F(xiàn)場地移交，可大幅度提高施工效率，縮短工期。

2)使用自動測量機器人，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)流貫穿驗收、整改、移交等各階段，數(shù)據(jù)可溯源、可共享、可重復(fù)利用，杜絕人為干擾，有效增強工程管理透明度，實現(xiàn)對工程項目進(jìn)度的遠(yuǎn)程監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。測量精度經(jīng)國家權(quán)威計量機構(gòu)認(rèn)證，實測結(jié)果具有公信力，無須反復(fù)驗證。

3)自動測量機器人較傳統(tǒng)人工實測實量方法成本明顯降低。使用自動測量機器人只需1名工作人員即可完成所有操作，可節(jié)省更多人力，所節(jié)省人力可投入到安全、進(jìn)度、質(zhì)量風(fēng)險等其他方面的管理。

4)自動測量機器人的使用可加速人工智能與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融合。加快建筑行業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是建筑行業(yè)實測實量工作未來發(fā)展趨勢。