無人機技術在建筑工程領域的應用

（中國建筑第八工程局有限公司南方公司，廣東汕頭 515041）

建筑行業作為國家的支柱產業，經濟貢獻較大，建筑施工管理方式不斷進步，但由于建筑行業的復雜性，規劃、協調、溝通方面存在嚴重的問題，導致建筑工程作業效率低下，亟須創新管理方式。近年來，無人機產業發展不斷壯大，對無人機系統定位技術的開發和研制已逐漸趨于成熟和穩定，攝影精度會更高。無人機搭載高清攝像鏡頭與RTK高精度定位功能，可以捕捉建筑工地上的關鍵信息和數據，將收集的數據反饋給專業的工作人員，對這些數據進行內業處理和現場分析。通過這種方式可實現對施工現場的自動化管理，利用無人機技術解決和發現施工現場的問題，促使工程項目建設能夠得到高效管理，降低項目施工管理成本，減少安全事故發生。

1 無人機技術的介紹

無人機技術結合微型無人機平臺的靈活性及快速性的特點，組成無人機攝影系統，實現高效率、低成本獲取地面物體完整準確的信息，再通過專業的計算機軟件對獲取的影像進行區域平差、圖像融合、DSM生成，最終得到測繪產品，結合施工現場的實際情況，從建筑的各個位置和屬性紋理細節探索項目管理的新方法和新應用。

2 工程概況

汕頭大學東校區暨亞青會場館項目（一期）占地面積約為15.8 萬m2，總建筑面積13.6 萬m2。建設內容主要包括一座2.2萬座體育場，一座8 000座體育館（含訓練館）、會議中心、訓練場、室外大平臺以及過街天橋、道路廣場等室外配套工程。項目于2019年7月31日正式開工，計劃于2021年5月31日之前竣工，總工期22個月，建成后是一個結合現代功能、具有獨特標志性和傳統文化地域特色的一流水平的體育場館，將作為2021年第三屆亞洲青年運動會的主場館，用于舉辦亞青會的開幕式和田徑、體操等比賽，成為汕頭市標志性建筑。

3 無人機技術的應用

3.1 輔助施工測量

在工程項目施工的前期，測繪工作尤為重要，滿足比例尺要求的地形圖可以反映施工現場的地形起伏和地物位置。目前測繪地形圖主要作業方式是數字化測圖，首先RTK動態測量進行采集碎布點測量，偏遠地區接收機信號不足，在此情況下采用全站儀進行采集。此種作業方式工作量大，加大了測繪人員內業處理數據和畫圖的難度，通過無人機技術可以解決此問題。高清真實和紋理性強的正射影像可以為地形圖的制圖提供分析背景，并繪制地形圖。通過無人機測量獲取最新的地形圖，具有作業時間短、成果精度高的特點，在這項技術的支持下，可為工程項目建設的前期規劃設計階段提供決策所需的信息，制定更出色的設計方案。現場數字正射影像圖如圖1所示，施工圖與影像圖結合圖如圖2所示。

圖1 現場數字正射影像圖

圖2 施工圖與影像圖結合

3.2 土方石方計算

大部分建筑施工從平整場地開始，土方量計算是施工單位對土方進行預算的重要依據，利用傳統的計算方式如方格網法、等高線法、區域土方平衡法，通過RTK采集碎布點可從不同精度完成此項工作，但此種作業方式強度大、效率慢，計算所得成果多為二維圖形的形式體現，常導致后期計算土方量的精度出現誤差。無人機技術可在土方計算中發揮重要作用，首先利用無人機技術快速獲取現場土方區域地形影像數據，再通過專業的軟件全自動化處理得到高精度的三維實景模型，提取模型的高程點坐標。這種作業方式可大幅度縮短施工前期的工作時間，降低項目成本，土方算量圖如圖3所示。

圖3 土方算量

3.3 基于BIM的無人機技術

BIM技術脫離了真實的場景，利用無人機傾斜攝影技術將實景模型與虛擬模型相互融合，可為BIM技術提供應用的場景，可展示工程建設完成后的效果，能更加直觀展示工程進展情況。該方法主要是將微觀設計領域的模型引入宏觀領域GIS模型，實現交換和互動，充分滿足算量、查詢與空間分析等多項功能。在施工過程中可運用于可視化模擬，充分利用建筑信息模型對方案進行分析，提高方案的準確性，實現實施方案的可視化交底。模型融合圖如圖4所示，復雜結構實景模擬圖如圖5所示。

圖4 模型融合

圖5 復雜結構實景模擬

4 無人機技術未來展望

隨著北斗導航系統不斷完善，導航系統將不再依賴美國的GPS定位，標志我國開始有自主研發的導航系統，利用北斗導航系統可使無人機獲取的地面信息更加精準高效，實時提供厘米級的位置信息。5G通信技術將帶動無人機產業的發展，采集4K高清視頻和飛行測控時延控制可達到毫秒量級要求，能克服復雜艱難環境中的抗干擾能力。傳統的作業方式無法對工程進度進行精準表達，不利于跟蹤和檢查，導致現場因工程變更或環境變化，不能及時反饋，造成資源的浪費和工期的延誤。無人機實景模型可運用于此，通過實景模型和BIM模型的對比，提前發現問題并及時解決，有利于輔助建筑工程的可視化管理，在工程管理效率的提高、節省勞動力和精品工程的提升等方面具有較大潛力。

5 結語

建筑施工現場環境復雜，管理難度大、資源耗費較大，高效管理、減低企業成本是建筑企業關注的焦點。本文結合施工現場的實際，將無人機技術引入施工現場管理，有利于加快施工進度，為施工現場管理提供準確的信息支持。雖然無人機技術在現階段還存在不足，但其高效獲取地面信息的優勢可為施工現場管理提供新的思路。