建筑施工领域中无人机的应用分析

徐 胜 利

(兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050)

建筑施工领域中无人机的应用分析

徐 胜 利

(兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050)

介绍了无人机航摄遥感测绘技术的特点，阐述了基于无人机的施工管理过程，探讨了无人机与BIM技术结合应用的方法，并分析了制约无人机发展的因素，给出了我国建筑领域信息化与智能化的发展方向。

无人机，建筑领域，BIM技术，信息化

0 引言

建筑业是我国的传统行业，在国民经济中占有重要地位，由于建筑施工周期长、资源消耗量大、施工现场人材机繁杂、建筑产品体积庞大等原因使得建筑行业的能耗过大、效率低下，不利于可持续发展。

无人机起源于1917年，经过应用一个世纪的发展在军事、农业、交通、城市规划、灾后救援等方面有着广泛的应用。而无人机在建筑领域的应用对于提高施工质量、加快施工进度、节约劳动力和成本等方面具有重要作用，顺应了建筑行业信息化、工业化、智能化的先进发展方向。

1 无人机航摄遥感测绘技术的应用

一项建筑工程不管在勘察设计阶段还是在施工阶段都需要测绘，传统的测绘方式是用全站仪、水准仪在地面上人工测量，然后根据测量的数据绘制出地形地貌图。这种方法很传统但是耗时长、劳动量大。将数字化测量设备搭载于无人机结合遥感技术可以在数千米高度范围内获得施工现场及周边环境的高分辨遥感影像，利用数据一体化操作系统等影像处理软件处理拍摄到的影像从而获得较高质量的测绘图。该方法相比较传统的测绘方法具有劳动量小，只需一人操控无人机另外一人处理拍摄到的影像使之形成完整的地形地貌图；速度快，无人机操作方便，起降简单只需几分钟便可以完成施工现场的航拍工作；成本低、技术含量高等特点。

2 基于无人机的施工过程管理

2.1 无人机的监工作用

建筑行业的从业人员复杂，大部分的从业人员文化程度较低、整体素质不高，磨洋工现象在建筑施工中普遍存在，工人们的安全生产意识有待加强。利用无人机监工可以更有效的监视和规范员工的行为，将高清摄像头搭载于无人机，通过设定固定航线、控制云台可以在施工现场从不同高度、不同角度监督工人们施工，监控项目进展，将整个监控过程实时传输到计算机，结合分析软件整个施工工程便能够很清晰的展现在管理人员面前。对于了解哪项施工工作、哪块施工段的施工快慢以及对总工期是否有影响具有重要帮助。此外，无人机能够近距离接触施工建筑，这样能够使得工程细部安全问题容易发现，方便工作人员及时排查安全隐患、制定安全措施，同时也加强了施工过程质量和进度控制。

2.2 利用无人机对建筑物外围质量检测

建筑物在施工中和使用过程中受到风荷载、雪荷载、地基不均匀沉降等原因使得建筑物的结构性能受到影响，此外由于混凝土配合比、混凝土保护层厚度、施工质量等原因容易导致建筑物的表面外观受到影响，从而产生混凝土蜂窝麻面、露筋甚至裂缝等现象。因此，需要专门对已建部分建筑物进行检测，及时发现已经出现的问题并为后续施工工作的顺利开展提供了重要的参考价值。建筑物检测由两个部分组成，一是对其结构性能检验；二是对其外观检验。传统的建筑物检测方法是利用专业仪器对建筑物各个部位的力学性能测验，用肉眼或者望远镜等辅助工具对建筑物的外观质量测验。对于特别复杂的建筑的特殊部位或者超高层建筑，人工检测危险性大、效率低、难度大。在这种情况下无人机可以发挥独特的优势，在多旋翼无人机上搭载自动扫描摄像头，无人机围绕已建建筑物表面飞行，将摄像头拍摄到的画面实时传输到地面接收站，在飞行的过程中利用一系列软件可以对建筑物的细微变形，裂缝等自动识别。当建筑物表面有外观质量问题时管理人员可以及时发现及时处理，至于结构的变形监测无人机可以结合点云技术对前后两次获取的点云数据对比分析，从而可以判断构建的变形程度。与传统的建筑检测手段相比无人机检测可以节省大量劳动力，使得监测手段更安全、更高效，同时避免了租赁脚手架、安装机械等复杂过程从而加快了施工进度。

2.3 无人机推动绿色施工、文明施工

当前，无人机在环境监测方面的应用得到了推广，此应用同样适用于建筑领域。在甘肃建投一公司的兰西铁苑项目中就利用了无人机对施工现场的PM2.5指标进行检测，有效控制了施工现场的扬尘。此外，从无人机高空对施工现场的监控可以对施工现场的平面布置有一个清晰直观的认识，有助于项目管理人员规范施工现场布置，为工作人员营造一个安全、文明、绿色的施工环境。

3 无人机与BIM(建筑信息模型)结合

3.1 基于无人机的三维点云实测模型

项目施工过程中需要实时掌握项目的进展情况，单纯的用相机拍摄施工现场的二维画面不能够对施工现场全面分析。这就需要建立现场的三维实测模型，首先在无人机上搭载3D激光扫描仪，将采集无人机采集的影像资料转变立体点云数据，通过revit软件平台可以根据得到的点云数据建立已建建筑的三维实测模型，然后与先前设计的BIM模型对比分析进度、尺寸偏差等，以便于项目管理人员查找疏漏及时制定下一项工作的施工方案。

3.2 以BIM为平台无人机为工具的建筑信息化建设

BIM技术作为推动我国建筑信息化建设的重要工具，不是一些软件的简单叠加而是一个信息化平台，从项目的策划、施工和运营维护的全过程中起到了信息的共享和传递的作用，以供参建各方对项目的全过程有着更为清晰的认识，为决策者决策提供可靠的依据。无人机在BIM平台中作为收集数据的智能化工具，起到了向BIM实时传递可靠的信息。无人机测量放样的数据、监控施工现场的影像数据、对已施工部分的质量检测数据、获取的点云数据等，这些数据在经过计算机的处理分析后可以直接传输到该项目的BIM平台中供参建各方、不同工种施工人员查阅参考。

4 制约无人机在建筑领域应用因素

无人机凭借其操作方便、机动灵活可以悬停、能围绕设定航线自主飞行可以自动返航、成本低廉、空间无约束等众多优异性能使得无人机在建筑行业的应用不断加深。但是仍然有缺陷，我们应当查找出这样的缺陷并加以解决来获得更好的经济效益。制约无人机应用的主要约束如下。

4.1 无人机的续航时间短

无人机的续航时间一般不超过半小时，半小时时间可以用来低空测绘、建筑质量检测，但是若要用无人机长时间监控施工现场则需要若干架无人机轮番上场。

4.2 无人机的飞行严重依赖于天气

无人机适合在晴朗、无狂风、强降雨的天气飞行，当出现狂风暴雨等极端天气时无人机的动力装置、电力供应等系统不能顺利展开工作。

4.3 建筑空间的约束

当建筑物封顶时无人机只能围绕建筑物的表面飞行不能深入到建筑内部，因此建筑物的三位实测模型只能依据施工进度建立各个关键施工阶段的模型。

5 展望

建筑行业作为传统行业在经济新常态的背景下面临转型，向高效、节能、绿色方向发展，信息化、智能化是建筑发展方向必不可少的途径，而无人机是推动建筑信息化和智能化建设的重要工具。虽然目前建筑无人机存在某些缺陷，但随着无人机技术不断进步，无人机会克服种种困难从而在建筑施工中承担更多任务，智能化的无人机有望具体参与到施工操作过程中，利用无人机直升直降的功能实现建筑构配件的垂直和水平运输，无人机可以搭载智能机械手臂，该手臂与飞行控制系统连接，由无人机操控人员统一操控，可以实现对特殊部位的施工操作。微型无人机或许可以灵活进出建筑物内部，克服了建筑物空间约束难题。当然，无人机只是建筑工业的一个代表，未来建筑业的大发展还要紧跟时代潮流，引进更多先进技术，加强科技、管理等领域创新。让我们在这个日新月异、机遇与挑战并存的时代下共同迎接建筑领域美好的明天。

[1] 蔡 奇.低空无人机航摄遥感测绘技术在测绘领域的实际应用情况探究[J].建筑工程技术与设计,2016(19)：26-28.

[2] 张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术,2011(2)：76-77.

[3] 邓林建,程效军,程小龙,等.一种基于点云数据的建筑物BIM模型重建方法[J].地矿测绘,2016,32(4)：121-123.

[4] 任 江,刘莹颖.无人机在工程建设领域的应用与发展[A].中国航空规划建设发展有限公司,中国无人机大会论文集[C].2014.

The application analysis on unmanned aerial vehicle in building construction field

Xu Shengli

(CivilEngineeringSchool,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)

This paper introduced the characteristics of UAV aerial remote sensing surveying and mapping technology, elaborated the construction management process based on UAV, discussed the application method combination UAV and BIM technology, and analyzed the factors restricting the UAV development, gave the development direction of information and intelligence in our construction field.

Unmanned Aerial Vehicle(UAV), architecture field, BIM technology, information

1009-6825(2017)05-0249-02

2016-12-07

徐胜利(1995- )，男，在读本科生

TU712.1

A