無人機在建設工程管理領域的應用現狀與挑戰

劉昱昊

摘 要：隨著無人機技術的不斷成熟，無人機在各行各業中都逐漸開始得到應用。由于無人機本身的高機動性、低成本等特點，其在建筑工程管理領域的應用前景較大。通過在主流數據庫中進行相關文獻檢索，最終得到89篇文獻。針對這些文獻進行了分析與討論，對未來的無人機在該領域的研究方向提出了建議。

關鍵詞：無人機;建設工程管理;文獻分析;應用現狀與挑戰

中圖分類號：TB ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.09.096

1 緒論

無人機指的是可以被人類遠程操作或者自動運行的飛行器。無人機自被發明以來已經有100多年的歷史，在大部分時候，無人機都應用于軍事領域。隨著科技的不斷進步，無人機逐漸進入了民用領域，例如空中農業普查、考古挖掘、森林防火、交通監測等。建設工程領域作為對國民經濟發展有重大影響的行業自然也不例外。

建設工程管理是一項復雜的工作，對建設工程項目的全壽命周期管理就更為艱巨。這種復雜性主要存在于三個方面：第一，建筑物或者構筑物的生命周期很長，大型基礎設施的生命周期甚至可以長達百年以上，長壽命周期會給相關管理維護工作帶來挑戰;其次，一項工程從開始立項建設到最終拆除要經歷多個階段，不同階段的工作各不相同，涉及不同的管理方法、模式;最后，不同的建設項目的項目規模、地理位置、功能等特征都各不相同。這些因素都對管理者提出了高要求。為了提高對于復雜建設工程的管理效率和效果，有許多新技術開始被使用在建設工程領域。如今隨著民用無人機技術逐步走向成熟，建設工程領域也逐漸開始看到它們的身影。許多學者開始針對無人機技術在建設工程管理領域應用的可行性進行研究。

本文通過對四大主流數據庫（Web of Science，ASCE，ScienceDirect，EI）進行文獻檢索，探究目前無人機技術在建設工程管理領域應用的現狀與挑戰，為后續相關無人機應用研究提出建議。

2 文獻計量

在進行文獻檢索之前首先確定相關檢索關鍵字，關鍵字由兩部分組成：第一部分為無人機（UAV）及其變種（UAVs，drone）等;第二部分為建設工程項目管理全壽命周期各階段特征關鍵字，本文將建設工程項目全壽命周期分為五個階段：設計計劃階段、建造階段、運營維護階段、拆除階段、災害應對階段，例如設計計劃階段選取designing，planning，survey，mapping等作為檢索關鍵字。最后使用AND，OR等運算符連接關鍵字進行搜索。檢索時間截至2019年4月。最終在剔除不符合本文主題的文獻和會議文獻后，總共檢索到89篇文獻資料，盡管可以確定還會有部分相關文獻未被檢索到，但這89篇文獻資料已經可以很大程度上代表目前的無人機技術在建設工程項目管理工作中的應用情況。后續討論都建立在對這些文獻資料的分析之上。

3 應用現狀

3.1 時間分布

雖然本文檢索沒有特別設置初始時間，但在2007年之前，沒有檢索到任何無人機在建設工程管理領域應用的文獻。在2007年到2013年之間，相關研究數量也非常稀少，總共只檢索到4篇文獻，可見在建設工程管理領域，無人機技術仍是一項新興技術。在2014年之后，相關研究數量出現大幅增長，2018年達到了34篇。由于本文檢索時間截至2019年4月，在這種情況下，2019年論文數量也達到了15篇，可以預見2019年全年數量能夠達到甚至超過50篇。從這個時間分布上可以看出，近幾年無人機技術在建設工程管理領域的應用前景已經開始得到廣泛關注。

3.2 國家地區分布

本文通過統計這89篇文獻的第一作者或第一通訊作者地址繪制了圖1。有24個國家或地區貢獻了這89篇文獻，值得注意的是，中國和美國是其中貢獻度最大的兩個國家，分別貢獻了21篇論文，這也從側面印證了目前中美兩國民用無人機市場的繁榮。另一個值得注意的現象是該研究領域的國際合作較少，只有17篇論文為兩國或兩國以上合作完成，而在這17篇文獻中，有13篇文獻都有美國參與，這體現出目前美國在該研究領域處于領先地位。

3.3 建筑類型

由于人類對建筑物功能的需求不同，這產生了不同種類的建筑，而不同種類建筑之間規模、成本、材料、建設流程、地理位置等都各不相同，可以推測無人機在不同種類的建設項目中的應用不會是均勻分布的，部分建設項目基于自身的需求可能會對應用無人機有更大的興趣，統計結果也證明了這一點。本文將建筑類型分為四種：商業建筑、住宅建筑、基礎設施、工業建筑。在這89篇文獻中，各有7篇分別關注了無人機在商業建筑和住宅建筑中的應用，14篇文獻關注了工業建筑，有40篇論文聚焦于無人機在基礎設施工程中的應用，這是因為基礎設施項目雖然成本高、周期長，但從某種程度上說其復雜程度并不高于商業或工業建筑，如高速公路項目等。商業或工業建筑在建筑主體結構完成后，還有大量的內部工程需要完成，相比之下高速公路這類基礎設施項目在主體結構完成后，項目就基本結束。對于無人機來說，建筑內部這類狹窄地形是其應用難點。所以這樣的分布也符合預期。此外有21篇文獻聚焦于施工安全、進度管控等所有類型工程都存在的問題;還有10篇文獻屬于綜述類型的文章，不適合歸屬于任意一類工程中。

4 應用挑戰

4.1 無人機與其他技術的聯合應用

無人機本身結構、功能簡單，單純使用無人機只能進行最基礎的拍照、錄像等數據獲取工作。目前雖然學術界對于無人機技術應用的研究較為火熱，但在現實工程中，無人機的應用仍然較少，并且局限于簡單工作中。為了能夠使得無人機技術發揮更大的作用，有必要對無人機和其他技術的聯合應用開展研究，如建筑信息模型（BIM）、增強現實（AR）、無線射頻識別（RFID）等，打通不同技術間信息應用的壁壘，針對現實工程遇到的特定問題構建完整可行的解決方案。

4.2 動態環境與靜態環境中的應用

在這89篇文獻中，無人機應用最廣泛的工作是對橋梁等基礎設施進行定期的結構健康檢測。這種工作實際上處于一種靜態的環境中，大橋已經建設完畢，其周圍環境基本不再改變，這時的無人機應用較為簡單。但是在工程的建設過程中，無人機的運行環境在不斷地發生變化，這給無人機的應用帶來了巨大挑戰。雖然有文獻針對建設過程中的工人安全監測等課題進行研究，但是這類研究離實際應用都還有距離，需要進一步深化研究。

4.3 無人機應用的經濟效益

針對無人機在建設工程管理領域進行研究是為了給實際工程建設者提供一個新的輔助管理手段，從而減少工程的成本。是否能夠產生足夠的經濟效益這個核心問題較少有文獻詳細討論，也就是說在實際工程建設中使用無人機技術是否真的能帶來的工期減少、效率提高、成本壓縮？并且無人機所帶來的這些效益是否是其他技術不可替代的？后續研究需要重點針對該問題進行回答，否則無人機技術的大規模應用將是紙上談兵。

4.4 無人機本身的安全問題

每當引進新技術時，不僅要考慮其帶來的好處，還要考慮這項技術帶來的風險。目前因無人機的不當使用帶來的公私財產損失屢見不鮮，因此有必要針對無人機本身在建筑工程管理領域應用時存在的風險進行研究，從而制定相關的法律法規或行業規范。

5 結論

無人機作為一項新興技術已經得到各行各業的廣泛關注。無人機本身具有的高機動性、低成本等特點在建設工程管理領域具有很大的應用前景，目前學術界也已經開始針對無人機在建設工程管理領域的應用進行研究，但是目前很多研究與實際工程應用仍有一定距離，本文通過對相關文獻進行分析，為后續研究方向提出了四點建議。后續研究可以針對這些問題進行進一步闡述，縮短目前學術研究與實際應用之間的間隔，使得無人機技術在建設工程管理領域的大規模應用成為可能。

參考文獻

[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.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.