建筑施工領域中無人機的應用分析

徐 勝 利

(蘭州理工大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730050)

建筑施工領域中無人機的應用分析

徐 勝 利

(蘭州理工大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730050)

介紹了無人機航攝遙感測繪技術的特點，闡述了基于無人機的施工管理過程，探討了無人機與BIM技術結合應用的方法，并分析了制約無人機發展的因素，給出了我國建筑領域信息化與智能化的發展方向。

無人機，建筑領域，BIM技術，信息化

0 引言

建筑業是我國的傳統行業，在國民經濟中占有重要地位，由于建筑施工周期長、資源消耗量大、施工現場人材機繁雜、建筑產品體積龐大等原因使得建筑行業的能耗過大、效率低下，不利于可持續發展。

無人機起源于1917年，經過應用一個世紀的發展在軍事、農業、交通、城市規劃、災后救援等方面有著廣泛的應用。而無人機在建筑領域的應用對于提高施工質量、加快施工進度、節約勞動力和成本等方面具有重要作用，順應了建筑行業信息化、工業化、智能化的先進發展方向。

1 無人機航攝遙感測繪技術的應用

一項建筑工程不管在勘察設計階段還是在施工階段都需要測繪，傳統的測繪方式是用全站儀、水準儀在地面上人工測量，然后根據測量的數據繪制出地形地貌圖。這種方法很傳統但是耗時長、勞動量大。將數字化測量設備搭載于無人機結合遙感技術可以在數千米高度范圍內獲得施工現場及周邊環境的高分辨遙感影像，利用數據一體化操作系統等影像處理軟件處理拍攝到的影像從而獲得較高質量的測繪圖。該方法相比較傳統的測繪方法具有勞動量小，只需一人操控無人機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，無人機操作方便，起降簡單只需幾分鐘便可以完成施工現場的航拍工作；成本低、技術含量高等特點。

2 基于無人機的施工過程管理

2.1 無人機的監工作用

建筑行業的從業人員復雜，大部分的從業人員文化程度較低、整體素質不高，磨洋工現象在建筑施工中普遍存在，工人們的安全生產意識有待加強。利用無人機監工可以更有效的監視和規范員工的行為，將高清攝像頭搭載于無人機，通過設定固定航線、控制云臺可以在施工現場從不同高度、不同角度監督工人們施工，監控項目進展，將整個監控過程實時傳輸到計算機，結合分析軟件整個施工工程便能夠很清晰的展現在管理人員面前。對于了解哪項施工工作、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，無人機能夠近距離接觸施工建筑，這樣能夠使得工程細部安全問題容易發現，方便工作人員及時排查安全隱患、制定安全措施，同時也加強了施工過程質量和進度控制。

2.2 利用無人機對建筑物外圍質量檢測

建筑物在施工中和使用過程中受到風荷載、雪荷載、地基不均勻沉降等原因使得建筑物的結構性能受到影響，此外由于混凝土配合比、混凝土保護層厚度、施工質量等原因容易導致建筑物的表面外觀受到影響，從而產生混凝土蜂窩麻面、露筋甚至裂縫等現象。因此，需要專門對已建部分建筑物進行檢測，及時發現已經出現的問題并為后續施工工作的順利開展提供了重要的參考價值。建筑物檢測由兩個部分組成，一是對其結構性能檢驗；二是對其外觀檢驗。傳統的建筑物檢測方法是利用專業儀器對建筑物各個部位的力學性能測驗，用肉眼或者望遠鏡等輔助工具對建筑物的外觀質量測驗。對于特別復雜的建筑的特殊部位或者超高層建筑，人工檢測危險性大、效率低、難度大。在這種情況下無人機可以發揮獨特的優勢，在多旋翼無人機上搭載自動掃描攝像頭，無人機圍繞已建建筑物表面飛行，將攝像頭拍攝到的畫面實時傳輸到地面接收站，在飛行的過程中利用一系列軟件可以對建筑物的細微變形，裂縫等自動識別。當建筑物表面有外觀質量問題時管理人員可以及時發現及時處理，至于結構的變形監測無人機可以結合點云技術對前后兩次獲取的點云數據對比分析，從而可以判斷構建的變形程度。與傳統的建筑檢測手段相比無人機檢測可以節省大量勞動力，使得監測手段更安全、更高效，同時避免了租賃腳手架、安裝機械等復雜過程從而加快了施工進度。

2.3 無人機推動綠色施工、文明施工

當前，無人機在環境監測方面的應用得到了推廣，此應用同樣適用于建筑領域。在甘肅建投一公司的蘭西鐵苑項目中就利用了無人機對施工現場的PM2.5指標進行檢測，有效控制了施工現場的揚塵。此外，從無人機高空對施工現場的監控可以對施工現場的平面布置有一個清晰直觀的認識，有助于項目管理人員規范施工現場布置，為工作人員營造一個安全、文明、綠色的施工環境。

3 無人機與BIM(建筑信息模型)結合

3.1 基于無人機的三維點云實測模型

項目施工過程中需要實時掌握項目的進展情況，單純的用相機拍攝施工現場的二維畫面不能夠對施工現場全面分析。這就需要建立現場的三維實測模型，首先在無人機上搭載3D激光掃描儀，將采集無人機采集的影像資料轉變立體點云數據，通過revit軟件平臺可以根據得到的點云數據建立已建建筑的三維實測模型，然后與先前設計的BIM模型對比分析進度、尺寸偏差等，以便于項目管理人員查找疏漏及時制定下一項工作的施工方案。

3.2 以BIM為平臺無人機為工具的建筑信息化建設

BIM技術作為推動我國建筑信息化建設的重要工具，不是一些軟件的簡單疊加而是一個信息化平臺，從項目的策劃、施工和運營維護的全過程中起到了信息的共享和傳遞的作用，以供參建各方對項目的全過程有著更為清晰的認識，為決策者決策提供可靠的依據。無人機在BIM平臺中作為收集數據的智能化工具，起到了向BIM實時傳遞可靠的信息。無人機測量放樣的數據、監控施工現場的影像數據、對已施工部分的質量檢測數據、獲取的點云數據等，這些數據在經過計算機的處理分析后可以直接傳輸到該項目的BIM平臺中供參建各方、不同工種施工人員查閱參考。

4 制約無人機在建筑領域應用因素

無人機憑借其操作方便、機動靈活可以懸停、能圍繞設定航線自主飛行可以自動返航、成本低廉、空間無約束等眾多優異性能使得無人機在建筑行業的應用不斷加深。但是仍然有缺陷，我們應當查找出這樣的缺陷并加以解決來獲得更好的經濟效益。制約無人機應用的主要約束如下。

4.1 無人機的續航時間短

無人機的續航時間一般不超過半小時，半小時時間可以用來低空測繪、建筑質量檢測，但是若要用無人機長時間監控施工現場則需要若干架無人機輪番上場。

4.2 無人機的飛行嚴重依賴于天氣

無人機適合在晴朗、無狂風、強降雨的天氣飛行，當出現狂風暴雨等極端天氣時無人機的動力裝置、電力供應等系統不能順利展開工作。

4.3 建筑空間的約束

當建筑物封頂時無人機只能圍繞建筑物的表面飛行不能深入到建筑內部，因此建筑物的三位實測模型只能依據施工進度建立各個關鍵施工階段的模型。

5 展望

建筑行業作為傳統行業在經濟新常態的背景下面臨轉型，向高效、節能、綠色方向發展，信息化、智能化是建筑發展方向必不可少的途徑，而無人機是推動建筑信息化和智能化建設的重要工具。雖然目前建筑無人機存在某些缺陷，但隨著無人機技術不斷進步，無人機會克服種種困難從而在建筑施工中承擔更多任務，智能化的無人機有望具體參與到施工操作過程中，利用無人機直升直降的功能實現建筑構配件的垂直和水平運輸，無人機可以搭載智能機械手臂，該手臂與飛行控制系統連接，由無人機操控人員統一操控，可以實現對特殊部位的施工操作。微型無人機或許可以靈活進出建筑物內部，克服了建筑物空間約束難題。當然，無人機只是建筑工業的一個代表，未來建筑業的大發展還要緊跟時代潮流，引進更多先進技術，加強科技、管理等領域創新。讓我們在這個日新月異、機遇與挑戰并存的時代下共同迎接建筑領域美好的明天。

[1] 蔡 奇.低空無人機航攝遙感測繪技術在測繪領域的實際應用情況探究[J].建筑工程技術與設計,2016(19)：26-28.

[2] 張建平.BIM技術的研究與應用[J].施工技術,2011(2)：76-77.

[3] 鄧林建,程效軍,程小龍,等.一種基于點云數據的建筑物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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