自動測量機器人在建筑工程中的應用

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

隨著我國經濟快速發展，消費者對居住的房屋品質要求日趨提升，裝配式建筑與全裝修交付已成為行業標配，家裝市場的定制化裝修也越來越受到消費者認可，行業發展趨勢要求房屋工程質量標準和控制精度必須進一步提升。實測實量是提升房屋質量的關鍵方法，是各大開發商提升客戶滿意度、品牌美譽度的有效武器，也是評價和篩選工程承包方、考核項目開發團隊的重要依據。

1 工程概況

某城市綜合體建設工程位于沈陽市沈北新區，東臨雅居街、西臨盛京大道，南側為規劃路，北臨蒲昌路，建筑面積共計824 100m2，其中商業建筑面積142 900m2，住宅建筑面積681 200m2。商業建筑地下2層，地上4層，局部5層，為框架結構。住宅建筑地下1層，地上15～18層。地下車庫為框架結構，地上主樓為剪力墻結構。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。因住宅為剪力墻結構，戶內墻體較多，因此，項目實測實量工作量大。

2.2 工程難點

1)體量大，建設開發周期短，實測實量工作量大，工作進度要求高。

2)效率低 同一面墻體施工班組、總承包單位、監理單位、建設單位等均需進行測量，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 現有實測實量方式是通過人工對每一房間抽取若干點進行測量。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行全面測量，成本投入將更大。

4)數據采集、整理難度大 傳統實測實量方式受到測量人員、測量方法、測量設備的限制，如頂板(天花)平整度無法測量。后續數據整理繁瑣，整理存儲數據量龐大極易出錯。

5)傳統實測實量數據查詢繁瑣，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據，受人為因素影響大。

3 自動測量機器人應用

3.1 后臺程序設置

1)項目管理設置 錄入項目名稱、地址、負責人等信息，便于區分不同項目。

2)階段指標設置 由于不同施工階段的實測要求不同，可根據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。每個階段實測指標種類、合格標準和權重均可調整，如主體階段可對墻體垂直度、平整度、頂板水平度進行測量；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、飄窗頂板水平度進行測量；裝飾裝修階段中，除砌筑階段、抹灰階段可測量相關參數外，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 階段指標設置操作界面

3)戶型管理設置 測量人員需上傳項目所有戶型對應圖紙并標記該戶型的測站順序，現場按指定順序完成實測任務。操作界面如圖3所示。

圖3 戶型管理設置操作界面

4)戶型參數設置 按要求設置房間實測實量區域，確定局部位置是否進行實測，自動對測量墻面、評價模式、墻面靠尺、開間進深參數進行設置。操作界面如圖4所示。

圖4 戶型參數設置操作界面

5)樓房管理設置 輸入樓房信息。可通過批量操作，為每個戶型指定對應的樓棟、單元和房間。操作界面如圖5所示。

圖5 樓房管理設置操作界面

6)測量人員權限設置 操作界面如圖6所示。

圖6 測量人員權限設置操作界面

7)任務管理設置 項目開始進入實測階段時，項目管理員可通過賬戶登錄數據管理系統，進行實測任務的設置和分配。任務分配完成后，相關任務將同步至對應測量人員的手機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，在“測量員”框中選擇需要執行任務的人員。操作界面如圖7所示。

圖7 任務管理設置操作界面

3.2 現場測量操作

1)測量人員到達指定任務地點后，根據手機APP上收到的任務，通過項目、測量階段、房間等信息篩選到指定任務，進入相應的任務界面，開始測量。APP任務操作界面如圖8所示。

圖8 測量任務操作界面

2)測量人員到達任務指定房間后，根據任務設置的測站順序，在測站位置架設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據，2min左右即可完成1個房間的實測實量任務。

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

圖9 實測指標數據成果

圖10 實測點位成果

4)實測實量數據采集完成后，數據即刻上傳至網絡云端。查詢者可隨時通過手機或網頁APP查看已測量完成房間實測實量數據。實測實量數據超出評價要求時，軟件自動標記超出評價要求位置，項目可通過問題標記對問題位置進行整改處理。處理完成后再次進行測量，更新網絡云端處數據并標記整改處理及完成時間。實測實量數據同時可生成實測報告，報告中顯示指標合格標準，套房評分，測站信息、實測任務、工程階段、計算時間，戶型圖、實測員，房間開間進深、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)將產品從寒冷環境轉移至溫暖環境時，水可能在掃描儀內部某些元件上發生冷凝。為避免發生這種情況，建議在轉移掃描儀前，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。當成像單元旋轉時，保持與產品距離并勿用手、手指或任何物體觸碰旋轉的成像單元，以免造成人身傷害及對掃描儀的損壞。

3)實測現場應做到基本的工完場清，避免室內堆放材料影響實測，避免在過多灰塵或過于潮濕環境下使用設備。

4)掃描儀架設位置盡量選在房間中央，這樣掃描結果會更加清晰完整，便于后期查看使用(如果掃描墻面距離<0.5m，掃描數據可能會出現一定偏差)。

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個標準層，4 608個房間，生成1 152份實測實量報告。經過一定時間操作實踐，單個房間測量時長可控制在3min以內。

4 自動測量機器人與傳統人工實測實量對比

1)測量精度高 GB 50026—2020《工程測量標準》及 GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規范》要求使用水準儀設備精度為±3mm，經緯儀設備精度為±2mm，鋼尺設備精度為±1mm，2m靠尺設備精度為±1mm，塞尺設備精度為±1mm，在測量過程中還存在人為因素導致測量誤差增大。自動測量機器人測量精度可達到±1mm且不存在人為因素導致測量誤差增大，較傳統人工實測實量方式優勢明顯。

2)實測效率提高 每個房間測量時間由2人10min，變為1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(如實習生)等擔任。

4)全程質量控制 嚴控上游環節實測質量，優化修補方案，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。

5)簡化管理流程 基本可省去進場前復測、各單位逐級復檢等環節及每日數據整理匯報。

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省15萬～25萬元。

5 結語

1)利用自動測量機器人，可實現全流程自動化，2min左右即可完成1個房間全系列實測數據采集和計算，多項指標一次性獲取。可快速實現場地移交，可大幅度提高施工效率，縮短工期。

2)使用自動測量機器人，可實現數據流貫穿驗收、整改、移交等各階段，數據可溯源、可共享、可重復利用，杜絕人為干擾，有效增強工程管理透明度，實現對工程項目進度的遠程監控，保證數據準確。測量精度經國家權威計量機構認證，實測結果具有公信力，無須反復驗證。

3)自動測量機器人較傳統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，可節省更多人力，所節省人力可投入到安全、進度、質量風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產業的融合。加快建筑行業向數字化轉型，是建筑行業實測實量工作未來發展趨勢。