無人機在建筑工程質量檢測中的應用與發展

樊日紅

(太原市建筑工程質量檢測站有限公司,山西 太原 030000)

0 引言

建筑工程質量檢測是建筑工程中的重要環節,對工程建設安全與工程質量有直接影響。傳統的檢測方法存在人力成本大、測量誤差等問題,而無人機具備卓越的空中視角和高效的數據收集能力,可以通過無人機平臺搭載各種高精度傳感器,數據采集和處理,快速獲取建構筑物及地面信息[1]。隨著近年來無人機技術的高效快速發展,利用無人機進行建筑工程質量檢測成為一種高效、快速、精準的檢測方法。

1 無人機在建筑工程質量檢測中的應用

1.1 無人機在建筑工程測量中的應用

無人機具備較強的圖像拍攝和處理能力。在建筑工程測量時,通過無人機的飛行軌跡規劃和自動化控制,通過無人機傾斜攝影和低空攝影測量得到工程現場的影像數據、已施工部分的質量檢測數據等[2]。同時可以通過搭載高精度的測量設備,如激光掃描儀,實現對建筑物的三維測量,獲取建筑物的精確幾何信息,通過將無人機和BIM技術相結合,生成高精度的建筑模型,形成一個集數據采集、整理、分析、報告為一體的檢測系統,為工程質量檢測提供更加準確的數據支持。

1.2 無人機在建筑工程缺陷檢測中的應用

無人機在建筑工程缺陷檢測中的應用主要包括以下幾個方面:

首先,無人機可以通過高清攝像設備,從任意角度、高度捕捉建筑物的紋理和細節,對建筑物進行全方位、全景式的拍攝和錄像,實時傳輸圖像數據,以便及時發現建筑工程中的問題和缺陷,避免了傳統檢測方式的盲區和誤差,從而更加全面準確地評估建筑結構的健康狀況,為工程質量檢測提供了更直觀的參考。此外,無人機搭載激光掃描儀等設備,通過激光掃描技術對建筑物進行三維掃描,獲取建筑物的精確幾何信息,從而檢測出建筑物的結構缺陷和變形情況。

案例一:利用無人機對某鋼結構廠房進行全面安全隱患排查,并通過高清圖像發現存在安全問題部位,如圖1所示。

案例二:利用無人機對某高層建筑物進行工程質量檢測,可清晰看到建筑物外立面局部細節,如圖2所示。

其次,無人機可以搭載紅外熱像儀等專業設備,通過紅外熱像技術對建筑物進行熱成像檢測,快速發現建筑物的熱量分布異常[3],從而判斷是否存在隱患,為工程質量檢測提供了更全面的視角。例如對建筑物外表面保溫材料分層、空鼓、脫粘、積水、腐蝕、滲漏水等,以及施工不當導致的空洞、孔洞、滲水和異物夾雜等問題進行探測,可有效提高工作效率并保障人員安全。

案例:利用無人機對某高層建筑物外墻節能構造進行檢測,通過紅外熱成像可看到建筑物外墻節能構造是否存在異常。

2 無人機在建筑工程質量檢測中的優勢

2.1 極高的精準度

無人機航拍測繪的實際測量精度達到了亞米級,測圖精度一般可以達到1∶1 000。另外,航空測繪還具有豐富的三維地理信息,可以捕獲大比例尺地形的數據。無人機技術的影像屏幕分辨率的范圍在0.1 m～0.5 m之間,高于現階段世界各國的高分辨衛星圖像數據信息的屏幕分辨率。通過無人機的高精度定位和導航系統,可以實現對建筑工程進行全方位、多角度的拍攝和監測,更加準確地捕捉到建筑物的細節和變化,避免了人為因素對數據的影響。

無人機搭載的高分辨率攝像設備和傳感器可以實時采集建筑物的各項指標,如溫度、濕度、振動等。通過圖像處理和數據分析技術,對采集到的數據進行快速處理和分析,為建筑工程的檢測提供了更加可靠和準確的依據。

2.2 高靈活性和安全性

無人機具備高度的機動性和靈活性。可以根據不同的需求制定飛行路線和高度。通過自主飛行和遙控操作,無人機能夠進入狹小空間、危險區域或人類難以接近的地方,獲取更多細節的數據。由于無人機的操作不依賴于人類,可以代替人工進行高空、危險區域的巡視和檢測工作,可以降低檢測人員在高危環境中的工作負擔和風險[4]。

2.3 提高工作效率

傳統的建筑結構檢測需要人工搭建腳手架、攀爬墻壁,工作量大、費時費力,同時人工肉眼檢測所帶來的成本高昂、效率低、檢測數據精度低或漏檢以及作業風險高的問題。與此相比,無人機可以自動執行任務,極大減少了人力資源的需求。無人機可以在較短的時間內完成對建筑工程高清晰度、近距離、全覆蓋、多角度的全面巡視、快速檢測和評估,大大縮短了檢測周期和工作時間,快速發現和定位建筑工程中的質量問題,及時采取措施進行修復和改進,大大提高了工程質量的檢測水平。

3 無人機在建筑工程質量檢測中的風險與防控措施

3.1 工作環境的復雜性

在建筑工程質量檢測中,無人機工作地點為主要各個建筑工地。建筑工地通常存在高樓、塔吊等高大建筑物。這些建筑物會對無人機的飛行路徑和穩定性造成影響。GPS衛星信號在空氣介質中直線傳播,當無人機過于靠近建筑時不能接收到足夠數量的GPS信號,或者有些建筑物存在一些特殊材料如金屬、光伏板等反射GPS信號,干擾導航系統,會導致無人機失控或者墜機。建筑工地上存在的障礙物,如腳手架、建筑材料等,也會增加無人機的飛行難度和風險。同時建筑工地存在的大量的移動車輛和人員,這些不確定因素都會增加無人機的安全風險。

為了有效降低無人機飛行風險,可以通過提前進行飛行環境勘測和規劃,確定合適的飛行路徑和高度,避開高樓和障礙物,確保無人機的安全飛行。其次,可以利用無人機的避障技術,通過激光雷達、紅外傳感器等設備,實時感知周圍環境,避免與障礙物碰撞。此外,還可以通過對飛行控制系統和飛行器動力系統的優化設計,提高無人機的穩定性和適應性,使其能夠在復雜的飛行環境中保持良好的飛行性能。同時,要加強對無人機操作者的培訓和考核,提高其飛行技能和安全意識,確保無人機飛行安全。

3.2 天氣狀況

天氣是影響無人機安全飛行的重要因素之一。不良的天氣條件如強風、降雨、雷暴、霧霾、高溫或低溫等強對流天氣和極端天氣不僅會影響無人機的穩定性與控制能力,還會降低飛行的可見性和探測能力,增加飛行事故的風險。

無人機通常會具備一定的抗風能力。現在無人機的普遍抗風等級在五級到六級,但是由于無人機飛行的高度越高,風速越大,所以當遇到大風天氣時,仍需謹慎考慮。在無人機飛行時,盡量選擇空曠的逆風方向,抵消風力的影響,保證無人機能夠穩定飛行。由于無人機電池本身的工作原理,低溫會導致電池的放電能力下降、使用壽命減短。無人機在飛行過程自身會產生一定的熱量,在高溫天氣的影響下,電機溫度無法及時散發,影響電池、電機等設備的正常運行。所以在無人機飛行時,一定要注意天氣的變化狀態,當發現有可能出現影響正常飛行的風險時,及時調整飛行方向、速度和高度等,必要時及時返航停止飛行,避免發生失控或墜機風險。

3.3 空間管制

為了保衛國家重要的政治、經濟、軍事目標安全,我國會在一定的區域上空劃設禁止或限制航空器飛行的區域,包括空中禁區和臨時空中禁區、空中限制區和臨時空中限制區、空中危險區和臨時空中危險區、空中禁飛區、空中封鎖區。一般建筑工地所在區域會位于城市建成區或規劃區。在這些區域屬于城市的政治和經濟的重要區域,同時若所在城市建設有飛機場,一般會設立禁止或限制航空器飛行的區域。在使用無人機進行工作時,一定要提前了解工作區域空間管制措施,提前向公安、交管部門備案,避免無法開展無人機工作或者墜機風險。因此,無人機飛行必須遵守相關法律法規和管理規定,如申請飛行許可、制定飛行計劃、設定安全距離、提供應急措施等。

3.4 數據處理與分析

由于無人機在建筑工程中獲取了大量的圖像、視頻和矢量信息,這些數據信息需要進行處理與分析才能得出有用的結論,所以如何高效地處理與分析這些數據成為了一個重要的問題。

首先無人機所獲取的數據具有多樣性和復雜性。建筑工程中的各種結構和材料都會對數據的獲取與處理產生影響。例如建筑物的高度、形狀和材料的反射率等因素都會對無人機所獲取的圖像與視頻數據產生影響,從而增加了數據處理和分析的難度。其次,無人機所獲取的數據還需要與其他數據進行整合和分析,如傳感器數據、地理信息數據等。這些數據的整合和分析對于準確評估建筑工程質量至關重要。因此,需要針對不同的建筑工程情況,需要開發出相應的數據整合和分析方法,以提高數據處理的綜合能力,提高數據處理的準確性和可靠性。

3.5 數據安全問題

由于無人機的高度智能化、自動化、信息化的快速發展,無人機在建筑行業的使用也越來越普遍。無人機搭載的高清攝像頭和傳感器會實時獲取大量的地形地貌、建筑結構等信息。無人機在建筑工程質量檢測中的使用也面臨著安全問題。無人機在飛行過程中可能會受到黑客攻擊,導致無人機被控制或干擾,進而影響建筑工程質量檢測的準確性和可靠性。無人機的數據傳輸過程中也可能會被黑客竊取或篡改,從而導致建筑工程質量檢測結果的失真。同時無人機還會面臨物理干擾的現象,包括信號屏蔽儀、信號干擾器等,導致無法正常進行建筑質量檢測行為。

為了保護公共安全,保障數據隱私和安全,防止數據損壞、丟失、被竊取、泄露等狀況發生,首先需要加強無人機的系統安全防護措施,包括加密數據存儲、加密數據傳輸、殺毒軟件、第三方安全審計等,確保無人機在建筑工程質量檢測中的安全性。同時要加強無人機的物理防護、硬件升級,以保障無人機的數據安全。最后要加強對無人機操作人員的培訓和管理,提高其安全意識和技術水平,減少人為因素對無人機安全的影響。通過采取這些解決方案,可以有效應對無人機在建筑工程質量檢測中的隱私與安全問題,確保其可持續發展和應用。

3.6 第三方隱私問題

無人機在工作中引發的一些隱私問題也日益受到廣大民眾的關注。無人機在進行建筑工程質量檢測時會通過高清攝像機拍攝場地和建構筑物的影像信息。在拍攝的時候,可能會拍攝到建筑工地周邊的居民、商業、行政辦公或企業的一些隱私信息,如個人體貌特征、住宅、車輛、商鋪、企業信息等。這些信息可能會引發個人隱私權或者其他法律糾紛的發生。2023年5月31日中華人民共和國國務院令、中華人民共和國中央軍事委員會令第761號公布《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》,第三十四條明確規定禁止非法采集信息,或者侵犯他人其他人身權益。

所以無人機在進行建筑工程質量檢測的過程中,應盡量避免侵入他人住宅或私人領地。若需要拍攝或錄像特定區域,應事先征得相關當事人的許可并盡量避免拍攝不相關的人或物。加強對無人機操作者的培訓和監管,嚴格遵守飛行規則和法律法規,尊重他人的隱私權,確保飛行過程中不會對他人造成傷害或財產損失。

4 無人機在建筑工程質量檢測中的未來發展趨勢

隨著科技的不斷進步和無人機技術的不斷發展,無人機在建筑工程質量檢測中的未來發展趨勢將更加自動化與智能化方面,減少人工干預或者不需要人工干預,提高工作效率和準確性。在建筑檢測過程中需要對建筑物地基、結構、幕墻、鋼結構、外墻保溫系統、污染物和電氣設備等進行自動檢測,無人機將通過預設的程序和算法,自動完成建筑工程質量檢測的各項任務,如巡航、拍攝、數據采集等,減少人力資源的投入。通過多傳感器融合技術可獲取更全面、準確的信息,如超聲波傳感器、視覺傳感器、激光雷達、紅外傳感器、氣壓傳感器、快檢設備、GPS與GNSS等。這些傳感器可以為無人機提供更豐富的環境信息,從而提高無人機的飛行性能和任務能力。無人機與人工智能的結合還可以實現實時監測和預警。通過搭載人工智能算法,無人機可以實時監測建筑工程的施工過程和質量狀況,及時發現問題并進行預警,實現對建筑工程質量的自動檢測和評估,提供更準確、全面的質量檢測結果。此外,無人機還將能夠與其他智能設備和系統進行聯動,實現更高效、智能的建筑工程質量檢測。總之,未來無人機在建筑工程質量檢測中的發展趨勢將是自動化與智能化的雙重提升,為建筑工程質量檢測帶來更多的便利和效益[5]。

無人機技術在建筑工程質量檢測中的未來發展中,法律法規的完善與規范也起著至關重要的作用。首先,針對無人機在建筑工程質量檢測中的具體應用,需要制定相關的法律法規,明確無人機的使用范圍、飛行規則和安全要求,以確保其合法、安全、可靠地運行。其次,針對無人機在建筑工程質量檢測中可能涉及的隱私保護和數據安全等問題,需要建立相應的法律法規,保障個人隱私和數據安全的權益。此外,還需要規范無人機操作人員的資質要求和培訓機制,確保其具備必要的技術和操作能力。同時,還需要加強對無人機的監管和執法力度,打擊違法違規行為,維護行業的良好秩序。

5 結論

通過對無人機在建筑工程質量檢測中的具體應用和優勢、存在的風險、與未來發展的探究,我們可以得出以下結論:

1)無人機在建筑工程質量檢測中具有廣泛的應用前景。無人機可以高效地獲取建筑工程的數據,包括高清影像、視頻、熱成像等,能夠全方位地監測建筑物的結構、材料、施工質量等方面,提高檢測的準確性和效率。

2)無人機在建筑工程質量檢測中的應用可以有效降低人力成本。傳統的建筑工程質量檢測需要大量的人力投入,而無人機可以代替人工進行巡檢和監測,減少了人力資源的浪費,提高了工作效率和準確率。

3)無人機在建筑工程質量檢測中的應用可以提高工作安全性。建筑工程質量檢測通常需要人員進入高空、狹小空間等危險環境,存在一定的安全風險。而無人機可以代替人員進行風險較高的檢測任務,減少了人員的傷害風險。

4)無人機在建筑工程質量檢測中的應用還存在一些挑戰和問題。例如,無人機的飛行穩定性、數據處理和分析能力等方面仍需進一步改進與完善。此外,無人機的法律法規和隱私保護等問題也需要重視與解決。

5)未來,無人機在建筑工程質量檢測中的應用將會得到進一步發展和推廣。隨著無人機技術的不斷創新和進步,其在建筑工程質量檢測中的應用將會更加智能化、自動化和精細化。同時,相關政策和法規的完善也將為無人機的應用提供更好的環境及支持。

綜上所述,無人機在建筑工程質量檢測中具有巨大的潛力和優勢,其應用將會在未來得到廣泛的推廣和應用。然而,我們也需要認識到無人機應用中的挑戰和問題,并積極尋求解決方案,以推動無人機技術在建筑工程質量檢測中的進一步發展。