基于BIM平臺的無人機航拍技術在建筑施工項目管理中的新型應用

張道衢 程少淳

摘要： 基于BIM平臺和無人機技術的研究，隨著現代施工工藝的變化，無人機設備技術的更新，探索其在建筑施工項目管理中的可采取的新方法與新應用，并為未來建筑施工管理的革新提供一些參考建議，使其在施工質量控制和安全監測領域的應用趨于可視化、信息化、智能化。

關鍵詞：BIM;無人機技術;建筑工程項目管理

1 基于BIM平臺的無人機技術的應用現狀

BIM（Building Information Modeling）技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，通過對建筑的數據化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑、運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。通過構建BIM三維數字模型來優化檢測方案并為數據的采集提供可視化溝通，優化了建筑施工過程中平面圖紙的弊端，使項目管理過程變得簡單、直觀。

無人機目前在建筑施工領域的項目管理中擁有著不可忽略的作用。無人機上搭載著高清攝像頭，可以通過設定固定航線及角度，同時人為控制無人機云臺在施工現場從不同的高度、角度實時進行監督工人施工，監控項目進展程度。無人機在BIM平臺發揮著不容忽視的作用，作為收集數據的智能化工具，無人機通過對固定區域進行攝影測量可以得到施工現場的影像數據、已施工區域的質量檢測數據以及可獲取的點云數據等，經專業軟件的處理分析后可以直接傳輸到BIM平臺中，可以為BIM平臺實時傳遞可用信息，使項目施工管理變得更加可視化、智能化、信息化^[2]。目前，基于BIM平臺的無人機技術已經在各行業的施工生產領域中有了很大程度的應用，但在建筑施工的部門協同管理、質量進度控制和安全監測領域的應用仍有拓展空間。除此之外，基于BIM的無人機技術由于設備及技術的更新，也存在著一定的局限性：無人機續航能力一般，一次性拍攝覆蓋面少，不適合較大范圍的項目區域航攝; 無人機承載能力有限，相機像素只能采用普通設備，航攝精度有待提高; 無人機飛行航高受限，并且受天氣影響較大，風雨天氣影響無人機飛行拍攝質量;各方的BIM模型數據缺乏統一的格式標準，使得模型數據文件難以形成集成和交互; 目前國內的BIM生態圈建設尚不成熟，建筑行業對于BIM技術的重視程度不足，導致熟練BIM的人才缺口較大^[3]。

2 基于BIM平臺的無人機航拍技術在建筑工程項目管理實踐過程

2.1 基于BIM技術的模型建立

BIM建設信息模型是可以應用于施工中的設計、建造、管理的數字化方法。BIM行業的快速發展給設計和建筑行業帶來了巨大的顛覆。這一演變包括從二維到三維建筑信息建模的數字轉換。BIM與無人機技術集成的出現，為建筑和規劃帶來了全新的思路。利用BIM的可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性的特點可根據實際建筑和現有圖紙將建筑施工信息錄入平臺，并使用Revit等軟件創建理想建筑的BIM模型，形成其三維立體效果圖，使建筑模型更直觀的展現于眼前^[4]。這種方法允許人們在BIM設計中引入地理空間元素。這意味著建筑和基礎設施設計公司可以規劃新構建的對象，并將其放在與其周圍環境相匹配的上下文信息中。同時，還可以通過BIM的三維碰撞檢查以及模擬實驗優化項目設計，極大的減少設計過程中的錯誤，縮短設計周期，提高建筑工程的質量; 通過BIM的4D施工流程模擬，可以將施工過程可視化的展示^[5]，用不同顏色標注對比目前的施工進度，使管理人員對施工現場質量把控，空間關系和進度控制更為明確。三維模型的建立和4D的流程模擬可以更加直觀、精準地指導現場施工，很大程度的提高了項目質量、進度和安全的效率及準確性。

2.2 利用無人機技術進行數據收集

數據收集^[6]是通過帶有攝像設備的無人機對施工建筑區域全面監測，并通過無人機自帶的遙感等控制設備規劃無人機的飛行路線，可以在建筑區域的室內室外進行拍照與錄像。首先，應分段繞建筑外側一周查看飛行器能否正常使用以及圖像能否正常傳輸，并查看能否清晰監控施工人員動態和建筑外圍的施工質量。其次，在建筑內由底層起緩慢依次向上在每層飛行，通過遙感等控制設備對重要結構部位和人員施工處進行拍攝，可進一步縮短無人機與建筑距離，來進行針對裂縫等細小部位的細部監測，同時，可在特殊位置設置溫度、濕度傳感器等來實現數據的信息化、全面化，同時滿足安全監測的要求。

在利用無人機進行數據收集的過程中，應首先集中解決以下問題： （1）網絡信號問題。由于無人機上搭載能夠實時傳遞數據的攝像頭，所以需要保障網絡及信號的正常傳輸，確保圖傳信號正常，運行過程中確保無人機的正常飛行和圖像的正常傳輸。（2）飛行航線設計問題。圖像采集要與事先建立的BIM模型保持足夠的重疊度，對航線的規劃設計要求較高，應避免產生拍攝的盲區，并確保無人機與建筑安全距離，根據模型和圖紙規劃好無人機的飛行路線，計劃繞外一周并對內部進行細致觀測，保證每一處安全。除此之外，由于無人機續航能力普遍較短，一般在0.5h左右，故選擇飛行的路線應分段，不宜過長。

2.3 基于BIM的無人機技術

在無人機收集數據的同時，可以通過聯網或數據連接進行無線實時傳輸，進行圖像識別后，利用revit等軟件據此建立施工建筑的三維實測模型，與已搭建的BIM模型進行精度差別、建筑進度、安全漏洞等方面的比對分析，形成實驗的分析報告，并指出目前存在的質量、進度問題并未安全漏洞提出智能優化方案，指導施工現場的后續施工方法措施。其中，圖像識別是應主要解決的問題^[7]。這意味著建模的對象將成為該環境中的道路、公用設施和土地的一部分。BIM數據的集成可以讓設計和施工公司收集到準確和有價值的數據，從而提高設計和項目管理的效率。基于BIM的無人機技術可以據此形成一個集數據采集、整理、分析、報告為一體的檢測系統，參與到施工項目中各方面的項目管理中，以此來解放人力、物力，真正的實現建筑施工項目管理的可視化、智能化和數字化。

3 基于BIM的無人機技術在建筑工程項目管理中應用的優勢

3.1 避開了無人機續航能力差的局限性

在基于無人機的 BIM目前的應用中，如城市立交建設、鐵路工程建設、橋梁檢測，無人機續航時間短、續航能力差、遠距離作業不易操控等缺陷極大的限制了可應用程度，無人機“有去無回”的現象時常出現，如今無人機應用于建筑工程項目管理中，更多為區域作業拍攝和細部觀測，已最大程度上利用了無人機的優勢。BIM與無人機技術的集成是將BIM模型融合到地理空間環境的過程。因此，設計師可以使用地理信息系統來獲得關于某些施工區域的準確信息。如果該地區容易發生洪水，設計師可以根據這個狀況來調整相關的建筑材料、方向、位置等。

3.2 通過數據無線連接實現圖像數據的實時傳輸

在建筑工程這樣的區域作業中，較橋梁等戶外施工來說擁有更好的無線網絡環境，使得數據的遠程傳輸可能得以實現。通過網絡連接向無人機發出指令，控制無人機的飛行路線，同時無人機可以將拍攝的圖像數據遠程傳輸，使 BIM可以實時得到無人機的數據并強化了整個系統的實時監控性。

4 基于BIM平臺的無人機技術在施工管理中的作用

4.1 實現建筑施工安全管理的規范化、數字化、信息化、智能化

通過將無人機和BIM技術相結合，可以形成一個集數據采集、整理、分析、報告為一體的檢測系統。一方面解放了人力、物力，無人機的監測在有更好效果的同時減少了繁復的程序，大大節省了費用;? 另一方面該方式提高了項目管理的安全系數，很大程度上保證了施工人員的安全;? 同時，這一集成系統極大的提高了項目參與人員的分析與協同辦公，讓整個項目施工過程更加的清晰明了、簡潔快速的呈現在管理人員眼前，真正的實現了建筑施工項目管理的規范化、數字化、智能化和信息化。這些先進技術的集成和整合可以應用到任何設計和施工項目中。作為該集成的直接產出， 這些數字化成果是檢索、存儲、索引和記錄重要數據的一種非常有效的方法。必要的信息可以用來支持任何項目，并幫助項目順利完成。

4.2 高效率完成質量監測、進度控制和安全管理

基于BIM的無人機技術可以對施工現場危險部位和傳統檢測方式無法到達的部位等進行遠程檢測，實現更細致更全面的質量控制; 通過無人機拍攝的現場施工進度與BIM的4D施工模擬過程進行比對，有效進行了施工進度控制; 實現了遠程控制并及時地排查了安全隱患，提高建筑施工安全監測工作的效率和水平，實現更全方位高層次的安全管理。除此之外，在具體施工中，還可以在有特殊需要的部位安裝光傳感器等不同類型的傳感器，有效控制施工現場的光污染、粉塵污染等，有效實現節能環保的綠色施工。同時BIM還可以自動形成實驗的分析報告，指出目前存在的質量、進度問題和安全漏洞，并提出智能優化方案，指導施工現場的后續施工。

5 結語

基于BIM平臺的無人機技術是一個新興的技術系統，但對于提高施工項目管理的效率和水平卻有著不容忽視的重要意義，并且在建筑施工項目領域的新型應用，能夠最大限度的發揮BIM和無人機技術兩者各自的優勢^[8]。隨著未來圖像識別、數據傳輸等技術的日漸成熟，基于BIM平臺的無人機技術將會繼續完善、更加創新。相信基于BIM平臺的無人機技術在建筑施工項目管理中的應用將是一大新的發展趨勢。

參考文獻：

[1]盧玉韜，韓春華，曾鵬.基于BIM 的無人機橋梁檢測實施方案研究[J].土木建筑工程信息技術，2017，9（ 2） ： 73-77.

[2]宗仁棟.無人機與BIM技術融合在城市立交建設中的應用.[J]山西建筑，2017，43（19） ： 223-224.

[3]胡安富，張萬全，李順成.無人機在鐵路工程建設中的應用與思考[J].通信電源技術，2016，33（4） ： 246-249.

[4]劉以東.BIM 技術在建筑行業中的應用研究[J]. 城市建設理論研究（電子版） ，2017（25） ： 37-38.

[5]姜榮斌，蔣鳳昌，王威，等.BIM4D模擬在建筑工程施工管理中的應用研究[J].泰州職業技術學院學報，2017 （3） ： 71-72.

[6]徐 丹，李偉，王安文，等.基于數據價值的無人機數據收集方法[J]. 軟件學報，2017（2） ： 86-87.

[7]丁志廣，饒帥雄，李傳峰，等.無人機聯合BIM在規劃竣工條件核實中的應用研究[J].北京測繪，2017（ S1） ： 157-160

[8]李 茜，付旭，王慶勇，等.無人機與BIM融合技術在建筑工程領域內的創新價值鏈研究[J].價值工程，2018，37 （21） ： 117-119.

[9]曲泳頤，楊政，于祺偉，等.基于BIM的無人機技術在建筑施工項目管理中的創新應用[J].山西建筑，2019，43 （7） ： 223-224.