基于BIM平臺的無人機航拍技術在建筑施工項目管理中的新型應用

張道衢 程少淳

摘要： 基于BIM平臺和無人機技術的研究，隨著現(xiàn)代施工工藝的變化，無人機設備技術的更新，探索其在建筑施工項目管理中的可采取的新方法與新應用，并為未來建筑施工管理的革新提供一些參考建議，使其在施工質(zhì)量控制和安全監(jiān)測領域的應用趨于可視化、信息化、智能化。

關鍵詞：BIM;無人機技術;建筑工程項目管理

1 基于BIM平臺的無人機技術的應用現(xiàn)狀

BIM（Building Information Modeling）技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑、運營單位在內(nèi)的各方建設主體提供協(xié)同工作的基礎，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。通過構(gòu)建BIM三維數(shù)字模型來優(yōu)化檢測方案并為數(shù)據(jù)的采集提供可視化溝通，優(yōu)化了建筑施工過程中平面圖紙的弊端，使項目管理過程變得簡單、直觀。

無人機目前在建筑施工領域的項目管理中擁有著不可忽略的作用。無人機上搭載著高清攝像頭，可以通過設定固定航線及角度，同時人為控制無人機云臺在施工現(xiàn)場從不同的高度、角度實時進行監(jiān)督工人施工，監(jiān)控項目進展程度。無人機在BIM平臺發(fā)揮著不容忽視的作用，作為收集數(shù)據(jù)的智能化工具，無人機通過對固定區(qū)域進行攝影測量可以得到施工現(xiàn)場的影像數(shù)據(jù)、已施工區(qū)域的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)以及可獲取的點云數(shù)據(jù)等，經(jīng)專業(yè)軟件的處理分析后可以直接傳輸?shù)紹IM平臺中，可以為BIM平臺實時傳遞可用信息，使項目施工管理變得更加可視化、智能化、信息化^[2]。目前，基于BIM平臺的無人機技術已經(jīng)在各行業(yè)的施工生產(chǎn)領域中有了很大程度的應用，但在建筑施工的部門協(xié)同管理、質(zhì)量進度控制和安全監(jiān)測領域的應用仍有拓展空間。除此之外，基于BIM的無人機技術由于設備及技術的更新，也存在著一定的局限性：無人機續(xù)航能力一般，一次性拍攝覆蓋面少，不適合較大范圍的項目區(qū)域航攝; 無人機承載能力有限，相機像素只能采用普通設備，航攝精度有待提高; 無人機飛行航高受限，并且受天氣影響較大，風雨天氣影響無人機飛行拍攝質(zhì)量;各方的BIM模型數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的格式標準，使得模型數(shù)據(jù)文件難以形成集成和交互; 目前國內(nèi)的BIM生態(tài)圈建設尚不成熟，建筑行業(yè)對于BIM技術的重視程度不足，導致熟練BIM的人才缺口較大^[3]。

2 基于BIM平臺的無人機航拍技術在建筑工程項目管理實踐過程

2.1 基于BIM技術的模型建立

BIM建設信息模型是可以應用于施工中的設計、建造、管理的數(shù)字化方法。BIM行業(yè)的快速發(fā)展給設計和建筑行業(yè)帶來了巨大的顛覆。這一演變包括從二維到三維建筑信息建模的數(shù)字轉(zhuǎn)換。BIM與無人機技術集成的出現(xiàn)，為建筑和規(guī)劃帶來了全新的思路。利用BIM的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性的特點可根據(jù)實際建筑和現(xiàn)有圖紙將建筑施工信息錄入平臺，并使用Revit等軟件創(chuàng)建理想建筑的BIM模型，形成其三維立體效果圖，使建筑模型更直觀的展現(xiàn)于眼前^[4]。這種方法允許人們在BIM設計中引入地理空間元素。這意味著建筑和基礎設施設計公司可以規(guī)劃新構(gòu)建的對象，并將其放在與其周圍環(huán)境相匹配的上下文信息中。同時，還可以通過BIM的三維碰撞檢查以及模擬實驗優(yōu)化項目設計，極大的減少設計過程中的錯誤，縮短設計周期，提高建筑工程的質(zhì)量; 通過BIM的4D施工流程模擬，可以將施工過程可視化的展示^[5]，用不同顏色標注對比目前的施工進度，使管理人員對施工現(xiàn)場質(zhì)量把控，空間關系和進度控制更為明確。三維模型的建立和4D的流程模擬可以更加直觀、精準地指導現(xiàn)場施工，很大程度的提高了項目質(zhì)量、進度和安全的效率及準確性。

2.2 利用無人機技術進行數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)收集^[6]是通過帶有攝像設備的無人機對施工建筑區(qū)域全面監(jiān)測，并通過無人機自帶的遙感等控制設備規(guī)劃無人機的飛行路線，可以在建筑區(qū)域的室內(nèi)室外進行拍照與錄像。首先，應分段繞建筑外側(cè)一周查看飛行器能否正常使用以及圖像能否正常傳輸，并查看能否清晰監(jiān)控施工人員動態(tài)和建筑外圍的施工質(zhì)量。其次，在建筑內(nèi)由底層起緩慢依次向上在每層飛行，通過遙感等控制設備對重要結(jié)構(gòu)部位和人員施工處進行拍攝，可進一步縮短無人機與建筑距離，來進行針對裂縫等細小部位的細部監(jiān)測，同時，可在特殊位置設置溫度、濕度傳感器等來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息化、全面化，同時滿足安全監(jiān)測的要求。

在利用無人機進行數(shù)據(jù)收集的過程中，應首先集中解決以下問題： （1）網(wǎng)絡信號問題。由于無人機上搭載能夠?qū)崟r傳遞數(shù)據(jù)的攝像頭，所以需要保障網(wǎng)絡及信號的正常傳輸，確保圖傳信號正常，運行過程中確保無人機的正常飛行和圖像的正常傳輸。（2）飛行航線設計問題。圖像采集要與事先建立的BIM模型保持足夠的重疊度，對航線的規(guī)劃設計要求較高，應避免產(chǎn)生拍攝的盲區(qū)，并確保無人機與建筑安全距離，根據(jù)模型和圖紙規(guī)劃好無人機的飛行路線，計劃繞外一周并對內(nèi)部進行細致觀測，保證每一處安全。除此之外，由于無人機續(xù)航能力普遍較短，一般在0.5h左右，故選擇飛行的路線應分段，不宜過長。

2.3 基于BIM的無人機技術

在無人機收集數(shù)據(jù)的同時，可以通過聯(lián)網(wǎng)或數(shù)據(jù)連接進行無線實時傳輸，進行圖像識別后，利用revit等軟件據(jù)此建立施工建筑的三維實測模型，與已搭建的BIM模型進行精度差別、建筑進度、安全漏洞等方面的比對分析，形成實驗的分析報告，并指出目前存在的質(zhì)量、進度問題并未安全漏洞提出智能優(yōu)化方案，指導施工現(xiàn)場的后續(xù)施工方法措施。其中，圖像識別是應主要解決的問題^[7]。這意味著建模的對象將成為該環(huán)境中的道路、公用設施和土地的一部分。BIM數(shù)據(jù)的集成可以讓設計和施工公司收集到準確和有價值的數(shù)據(jù)，從而提高設計和項目管理的效率。基于BIM的無人機技術可以據(jù)此形成一個集數(shù)據(jù)采集、整理、分析、報告為一體的檢測系統(tǒng)，參與到施工項目中各方面的項目管理中，以此來解放人力、物力，真正的實現(xiàn)建筑施工項目管理的可視化、智能化和數(shù)字化。

3 基于BIM的無人機技術在建筑工程項目管理中應用的優(yōu)勢

3.1 避開了無人機續(xù)航能力差的局限性

在基于無人機的 BIM目前的應用中，如城市立交建設、鐵路工程建設、橋梁檢測，無人機續(xù)航時間短、續(xù)航能力差、遠距離作業(yè)不易操控等缺陷極大的限制了可應用程度，無人機“有去無回”的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，如今無人機應用于建筑工程項目管理中，更多為區(qū)域作業(yè)拍攝和細部觀測，已最大程度上利用了無人機的優(yōu)勢。BIM與無人機技術的集成是將BIM模型融合到地理空間環(huán)境的過程。因此，設計師可以使用地理信息系統(tǒng)來獲得關于某些施工區(qū)域的準確信息。如果該地區(qū)容易發(fā)生洪水，設計師可以根據(jù)這個狀況來調(diào)整相關的建筑材料、方向、位置等。

3.2 通過數(shù)據(jù)無線連接實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的實時傳輸

在建筑工程這樣的區(qū)域作業(yè)中，較橋梁等戶外施工來說擁有更好的無線網(wǎng)絡環(huán)境，使得數(shù)據(jù)的遠程傳輸可能得以實現(xiàn)。通過網(wǎng)絡連接向無人機發(fā)出指令，控制無人機的飛行路線，同時無人機可以將拍攝的圖像數(shù)據(jù)遠程傳輸，使 BIM可以實時得到無人機的數(shù)據(jù)并強化了整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控性。

4 基于BIM平臺的無人機技術在施工管理中的作用

4.1 實現(xiàn)建筑施工安全管理的規(guī)范化、數(shù)字化、信息化、智能化

通過將無人機和BIM技術相結(jié)合，可以形成一個集數(shù)據(jù)采集、整理、分析、報告為一體的檢測系統(tǒng)。一方面解放了人力、物力，無人機的監(jiān)測在有更好效果的同時減少了繁復的程序，大大節(jié)省了費用;? 另一方面該方式提高了項目管理的安全系數(shù)，很大程度上保證了施工人員的安全;? 同時，這一集成系統(tǒng)極大的提高了項目參與人員的分析與協(xié)同辦公，讓整個項目施工過程更加的清晰明了、簡潔快速的呈現(xiàn)在管理人員眼前，真正的實現(xiàn)了建筑施工項目管理的規(guī)范化、數(shù)字化、智能化和信息化。這些先進技術的集成和整合可以應用到任何設計和施工項目中。作為該集成的直接產(chǎn)出， 這些數(shù)字化成果是檢索、存儲、索引和記錄重要數(shù)據(jù)的一種非常有效的方法。必要的信息可以用來支持任何項目，并幫助項目順利完成。

4.2 高效率完成質(zhì)量監(jiān)測、進度控制和安全管理

基于BIM的無人機技術可以對施工現(xiàn)場危險部位和傳統(tǒng)檢測方式無法到達的部位等進行遠程檢測，實現(xiàn)更細致更全面的質(zhì)量控制; 通過無人機拍攝的現(xiàn)場施工進度與BIM的4D施工模擬過程進行比對，有效進行了施工進度控制; 實現(xiàn)了遠程控制并及時地排查了安全隱患，提高建筑施工安全監(jiān)測工作的效率和水平，實現(xiàn)更全方位高層次的安全管理。除此之外，在具體施工中，還可以在有特殊需要的部位安裝光傳感器等不同類型的傳感器，有效控制施工現(xiàn)場的光污染、粉塵污染等，有效實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的綠色施工。同時BIM還可以自動形成實驗的分析報告，指出目前存在的質(zhì)量、進度問題和安全漏洞，并提出智能優(yōu)化方案，指導施工現(xiàn)場的后續(xù)施工。

5 結(jié)語

基于BIM平臺的無人機技術是一個新興的技術系統(tǒng)，但對于提高施工項目管理的效率和水平卻有著不容忽視的重要意義，并且在建筑施工項目領域的新型應用，能夠最大限度的發(fā)揮BIM和無人機技術兩者各自的優(yōu)勢^[8]。隨著未來圖像識別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g的日漸成熟，基于BIM平臺的無人機技術將會繼續(xù)完善、更加創(chuàng)新。相信基于BIM平臺的無人機技術在建筑施工項目管理中的應用將是一大新的發(fā)展趨勢。

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