張延偉 中建八局裝飾工程有限公司大連分公司

前言

隨著科技的發(fā)展，為滿足人們對(duì)生活品質(zhì)越來越高的要求，解決城市擁擠問題，在有限的城區(qū)面積中提供更多的使用面積，建筑開始向高空發(fā)展，超高層建筑出現(xiàn)，而且越來越多，目前中國在建的超高層建筑有：天津117大廈(約596.5米)、深圳平安金融中心(約668米)、上海中心(約632米)、武漢綠地中心(約606米)、廣州東塔(約530米)、長沙國金中心(約432米)等。超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)是高空、懸空作業(yè)點(diǎn)多，存在很多安全隱患，施工質(zhì)量難以保證。本文探討在超高層建筑施工中運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)，尤其是幕墻施工質(zhì)量監(jiān)管中發(fā)揮重要作用，將科技、建筑技術(shù)及安全管理有機(jī)結(jié)合，走科技創(chuàng)新之路。

1 無人機(jī)技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

1.1無人機(jī)技術(shù)概念

無人機(jī)全稱無人飛機(jī)系統(tǒng)(Unmanned Aircraft System，縮寫UAS)或無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle，縮寫UAV），廣義上為不需要駕駛員駕駛的飛機(jī)。無人機(jī)最早的開發(fā)是在第一次世界大戰(zhàn)之后，后長期用于軍事用途，與傳統(tǒng)飛機(jī)相比較，具有操作成本低、運(yùn)用彈性大及支援裝備少等特性。近年來，無人機(jī)己被科研高校和科技企業(yè)重視，研發(fā)并投產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于重大工程、地質(zhì)災(zāi)害、城市建設(shè)等方面，在以人為本的大環(huán)境下，無人機(jī)應(yīng)用于建筑行業(yè)具有無限可能和廣闊前景。使用無人機(jī)進(jìn)行低空攝影具有靈活、高效、快速及成本低等優(yōu)點(diǎn)：不需要機(jī)上駕駛員，無需設(shè)置救生系統(tǒng)，保護(hù)了人的生命安全的同時(shí)減輕了飛機(jī)的重量，且工作強(qiáng)度不會(huì)受到人的生理?xiàng)l件制約;無人機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì)非常小，對(duì)場(chǎng)地?zé)o太大要求;制造成本及維護(hù)費(fèi)用較低，且維護(hù)方便，使用壽命較長;可遠(yuǎn)程遙控。

1.2無人機(jī)技術(shù)在超高層建筑施工中的應(yīng)用

1.1.1 3D掃描為超高層建筑建模提供便利

3D掃描是目前無人機(jī)應(yīng)用較為廣泛的領(lǐng)域。普通的3D掃描往往不能完整地掃描一些大型的建筑，在測(cè)量的過程中也會(huì)經(jīng)常被一些障礙物干擾，此時(shí)采用無人機(jī)航拍就能避免這些問題。無人機(jī)拍攝的影像清晰度高、誤差小，且無人機(jī)不易受場(chǎng)地限制，可控性高，非常有利于3D掃描。

英國的Jersey島用無人機(jī)航拍了許多超高層建筑，把拍攝所得的高清圖像處理成網(wǎng)狀文件，并完成3D建模。進(jìn)行航拍時(shí)可以設(shè)置拍攝軌道，使飛機(jī)延設(shè)定軌道飛行，拍攝多個(gè)角度，使數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、住宅建設(shè)等項(xiàng)目越來越多，使用無人機(jī)進(jìn)行3D掃描的需求也越來越大，無人機(jī)掃描技術(shù)為測(cè)繪領(lǐng)域帶來了更多的便利。

1.1.2 圖像特征提取

特征提取是圖像處理的重要技術(shù)手段。通過特征提取能夠大大簡化圖像處理的數(shù)據(jù)量和提升圖像匹配的準(zhǔn)確率。特征提取把圖像上的點(diǎn)分為若干不同的子集，這些子集往往屬于連續(xù)的區(qū)域、連續(xù)的曲線或者孤立的點(diǎn)。

無人機(jī)操作并不復(fù)雜，只需用遙控器指揮飛機(jī)即可，拍到的畫面可直接傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。此外，無人機(jī)可從多個(gè)角度取像，在對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行測(cè)量后，可快速根據(jù)實(shí)景建立三維模型，且誤差非常小，可達(dá)厘米級(jí)。無人機(jī)航拍查在建超高層建筑既能解決實(shí)時(shí)獲取圖像問題，使施工安全管理方面快捷，又能節(jié)省人力和物力，以后應(yīng)會(huì)應(yīng)用的越來越多。

1.1.3 未來或?qū)⒋嫒肆κ┕?/p>

以上兩個(gè)方面應(yīng)用的主要是無人機(jī)的航拍技術(shù)，無人機(jī)在建筑領(lǐng)域更大的潛力表現(xiàn)在代替人類工作的可能性，這也是行業(yè)最為關(guān)心的話題。

用無人機(jī)來代替人去施工，這聽起來很不可思議，但這的確已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)了。最近，瑞士蘇黎世飛行器工廠發(fā)布了一段視頻，視頻中，兩架飛機(jī)正在搭建一座繩橋。據(jù)悉，視頻中的飛機(jī)正是無人機(jī)，該無人機(jī)“能把繩繞在腳手架橫豎兩根桿的交叉處，還能牽著繩穿梭在腳手架之間，編織成一張網(wǎng)”。據(jù)悉，這兩架無人機(jī)既可以互相配合施工，也能單獨(dú)施工。雖然視頻中搭建的繩橋比較簡單，實(shí)用性也不高，卻很好地展現(xiàn)了無人機(jī)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

2 無人機(jī)在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1無人機(jī)在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的顯著優(yōu)勢(shì)

(1)創(chuàng)新性選用無人機(jī)作為建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理工具，是一種將新興信息技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐的創(chuàng)新行為。無人機(jī)具備快速高效的管理能力，且同步傳輸數(shù)據(jù)，提高管理效率，為管理模式創(chuàng)新提供新的工具和方法。

(2)實(shí)用性無人機(jī)易操作，人員需求少，節(jié)省人力成本;隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其續(xù)航能力不斷提高，使得無人機(jī)的實(shí)用性不斷提高。

(3)功能性無人機(jī)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)管理存在的重要問題，并做出相應(yīng)處理。無人機(jī)技術(shù)的引入使復(fù)雜的施工現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為圖形或數(shù)據(jù)信息，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，通過施工前的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，真正的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的施工管理。

(4)可記錄性施工過程可記錄，便于備案，日后需要時(shí)進(jìn)行查找。

2.2無人機(jī)在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的缺點(diǎn)：

(1)對(duì)內(nèi)外部環(huán)境依賴性高由于圖像獲取的特殊性，對(duì)機(jī)器自身性能、天氣等條件要求較高，對(duì)此，隨著無人機(jī)設(shè)備研發(fā)的日漸成熟，基本可以避免外部原因的影響。

(2)學(xué)習(xí)訓(xùn)練周期長由于施工現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，對(duì)圖像處理和識(shí)別有著極高的要求，所以學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程需要時(shí)間和數(shù)量的積累，但是施工現(xiàn)場(chǎng)情況雖然復(fù)雜，但是基本要素幾乎一致，所以方案重復(fù)性較高，后期只需要對(duì)特殊情況進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練即可。

綜上分析，雖然無人機(jī)在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用存在學(xué)習(xí)周期長等不足，但是功能性、創(chuàng)新性優(yōu)勢(shì)明顯，而且實(shí)踐中的應(yīng)用案例越來越多，無人機(jī)技術(shù)在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)。

3 應(yīng)用無人機(jī)加強(qiáng)超高層建筑施工質(zhì)量安全管理

超高層建筑施工周期長、危險(xiǎn)系數(shù)高、技術(shù)難度大。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)特別是城市新區(qū)建設(shè)的快速發(fā)展，超高層建筑越來越多。超高層建筑的質(zhì)量安全，已經(jīng)成為建筑施工安全生產(chǎn)的新課題。超過100米的建筑已是數(shù)不勝數(shù)。在100米的高度，其實(shí)建筑物不論從結(jié)構(gòu)還是設(shè)備及施工方面均無明顯質(zhì)的變化，對(duì)超高層建筑高度的界定，當(dāng)然也不能簡單地按新《高規(guī)》所提到的250米為界，所以對(duì)于高層與超高層的分界，今后會(huì)含糊些。從高層建筑的技術(shù)構(gòu)成上分析，隨著建筑高度的持續(xù)增加，并結(jié)合房屋的具體形狀，其設(shè)計(jì)概念將受到越來越嚴(yán)峻的合理性的考驗(yàn)。

今天對(duì)于由高層到超高層的理解，已不僅只限于高度上的、美學(xué)上的、安全及使用功能上的，還應(yīng)包括效益、能源與生態(tài)環(huán)境方面的考慮。

可喜的是，無人機(jī)應(yīng)用越發(fā)火熱的今天，已經(jīng)在向建筑行業(yè)蔓延，逐漸取代復(fù)雜人工，做到微小化與自動(dòng)化，改變了許多傳統(tǒng)的工作模式。

3.1工程監(jiān)工

目前，國內(nèi)工程監(jiān)工大多采用設(shè)立工程監(jiān)工崗位對(duì)施工隊(duì)員進(jìn)行監(jiān)督，但由于種種原因，人工監(jiān)工的效果并不理想，不少建筑隊(duì)伍還是出現(xiàn)了消極怠工、偷工減料等各種問題，故催生了無人機(jī)自動(dòng)監(jiān)工。專家們利用無人機(jī)拍照定位，檢查工程進(jìn)度是否與設(shè)計(jì)藍(lán)圖相匹配，以便更好的規(guī)劃建筑機(jī)械的使用與材料的儲(chǔ)備情況。

掌握復(fù)雜的建筑工地情況可不是一件易事，畢竟在這個(gè)浩大工程中，有無數(shù)機(jī)械和工人不停工作著。而利用加入深度學(xué)習(xí)AI技術(shù)的無人機(jī)后，建筑公司就可實(shí)時(shí)掌控工地的施工情況，它們甚至可以同時(shí)遠(yuǎn)程管理多個(gè)工地。

3.2工程測(cè)繪

無人機(jī)測(cè)繪也是現(xiàn)在無人機(jī)在工程領(lǐng)域的研究重心所在。與傳統(tǒng)測(cè)繪比較，使用測(cè)繪無人機(jī)我們可以得到平均20cm/像素的精度，對(duì)于100公頃的地方而言，我們測(cè)到的點(diǎn)可以達(dá)到2500萬個(gè)，能得到更清晰的地形與地面，即使是樹木、石頭等。此外，使用無人機(jī)測(cè)繪只需要工作人員標(biāo)畫和設(shè)置地面控制點(diǎn)，飛手操控?zé)o人機(jī)。倘若是在平緩的地形測(cè)量，無人機(jī)的測(cè)繪工作以及后期數(shù)據(jù)處理工作的用時(shí)將會(huì)比傳統(tǒng)人工測(cè)繪減少整整3倍時(shí)間。

但目前大部分極其精確的設(shè)備由于體積或重量過大，無人機(jī)無法承載，先進(jìn)為止，還無法改變傳統(tǒng)測(cè)繪的地位。相信隨著新技術(shù)的發(fā)展，將研發(fā)出更多適合無人機(jī)搭載的先進(jìn)高精度的設(shè)備，尤其是輕小型化的設(shè)備會(huì)越來越多，尤其是高尖端儀器像是高光譜成像系統(tǒng)等，如果這些儀器都實(shí)現(xiàn)了微小化，相信無人機(jī)的測(cè)繪應(yīng)用將會(huì)席卷全球吧。

3.3檢測(cè)工程師

運(yùn)用無人機(jī)的3D 和圖像特征提取技術(shù)，代替檢測(cè)工程師進(jìn)行建筑質(zhì)量檢測(cè)。新加坡一家公司第一次使用了配備360度全景攝像頭為基礎(chǔ)的全面掃描系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)隧道不良情況并記錄位置的軟件的無人機(jī)對(duì)新加坡海底隧道進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容包括隧道裂縫以及滲漏水情況。

4 應(yīng)用無人機(jī)提高超高層建筑工程質(zhì)量的措施

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化為了使無人機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安全飛行，且有效的獲取并處理圖像，則要求施工現(xiàn)場(chǎng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化，無人機(jī)可以沿著既定的路線飛行檢查，減少了觸碰障礙物的風(fēng)險(xiǎn)，且圖像質(zhì)量較高，可以被有效識(shí)別。

（2）尋求校企合作高校擁有得天獨(dú)厚的科研條件，建筑企業(yè)擁有豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)及完善的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。高?？梢赃M(jìn)行無人機(jī)的研發(fā)，提高無人機(jī)的穩(wěn)定性和續(xù)航能力，與建筑企業(yè)進(jìn)行合作，參與實(shí)際工程項(xiàng)目，在實(shí)踐中不斷探索無人機(jī)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用空間。學(xué)校與企業(yè)合作的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不僅有利于技術(shù)研發(fā)，更利于無人機(jī)技術(shù)的推廣普及。

（3）加強(qiáng)培訓(xùn)無人機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)的操控有一定的難度，所以在使用無人機(jī)作業(yè)之前，駕駛員必須擁有優(yōu)良的技術(shù)，確保無人機(jī)以及現(xiàn)場(chǎng)的安全，需要建筑企業(yè)或項(xiàng)目提供場(chǎng)地及專業(yè)人員為無人機(jī)駕駛員進(jìn)行培訓(xùn)，一方面學(xué)習(xí)無人機(jī)的飛行技術(shù)，另一方面也切實(shí)探索利用無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的可能性以及價(jià)值，提高管理效率。

（4）擴(kuò)大信息采集來源。由于無人機(jī)使用的限制條件較多，因此在無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用初期，應(yīng)不斷擴(kuò)大信息采集來源，便于初期的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。但是隨著應(yīng)用的深入，在實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備后，無人機(jī)的性能逐漸被優(yōu)化，且識(shí)別的精度提高以后，需要考慮針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用，擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫，使得無人機(jī)的適用性更強(qiáng)。

（5）節(jié)約成本在技術(shù)創(chuàng)新管理中，成本是必須考慮的重要因素。因此在應(yīng)用中，需要通過優(yōu)化方案和提高性能等方式在盡可能大的范圍內(nèi)節(jié)約成本，如果站在全生命周期的角度，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)約，那么就可以用經(jīng)濟(jì)效益打動(dòng)更多的企業(yè)，使其參與到無人機(jī)技術(shù)的推廣和普及中。

結(jié)論

將無人機(jī)技術(shù)引入超高層建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理，符合當(dāng)前建筑管理方式變革的潮流。有利于提高安全管理績效、加快工程進(jìn)度、提升管理效率。無人機(jī)技術(shù)雖然還存在應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，但是其高效獲取信息等技術(shù)優(yōu)勢(shì)為建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理提供了新的方式和途徑，未來將具有良好的應(yīng)用前景。

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