房建工程的智能構(gòu)件檢測技術(shù)研究

劉利軍 王珍吾

(井岡山大學(xué)建筑工程學(xué)院)

隨著智能時(shí)代的進(jìn)入，智能化技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[1]。傳統(tǒng)的構(gòu)件檢測方法主要依靠人工進(jìn)行，存在著工作量大、效率低、容易出錯(cuò)等問題。智能構(gòu)件檢測技術(shù)引入圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑構(gòu)件的自動(dòng)檢測和識(shí)別，進(jìn)而提高檢測的準(zhǔn)確性和效率。研究旨在通過對(duì)相關(guān)技術(shù)的調(diào)研和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，探索一種高效、準(zhǔn)確的智能構(gòu)件檢測方法，為房建工程的施工提供技術(shù)支持。研究首先介紹智能構(gòu)件檢測技術(shù)的研究背景和意義，然后提出構(gòu)件檢測的方法和技術(shù)。此次研究的實(shí)際意義為房建工程的智能化施工提供一種高效、準(zhǔn)確的構(gòu)件檢測技術(shù)，提高施工質(zhì)量和效率，進(jìn)而推動(dòng)房建工程的智能化發(fā)展。

1.智能構(gòu)件檢測技術(shù)的基本原理及應(yīng)用

1.1 基本原理

智能構(gòu)件檢測技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，通過對(duì)建筑工程中的構(gòu)件進(jìn)行圖像或視頻分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的自動(dòng)檢測和識(shí)別。該技術(shù)可以大大提高施工過程中的效率和準(zhǔn)確性，減少人工操作的工作量和錯(cuò)誤率。智能構(gòu)件檢測技術(shù)的基本原理包括特征提取等步驟，如圖1所示。

圖1 智能構(gòu)件檢測技術(shù)的基本原理示意圖

由圖1 可見，智能構(gòu)件檢測技術(shù)的基本原理共計(jì)包括五個(gè)步驟。研究首先使用無人機(jī)設(shè)備，采集建筑工程現(xiàn)場的圖像或視頻數(shù)據(jù)。為了確保獲取到全面的建筑構(gòu)件圖像，研究對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像去噪、圖像增強(qiáng)、圖像分割等操作，以提高后續(xù)處理的效果和準(zhǔn)確性。同時(shí)利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，提取圖像或視頻中的構(gòu)件特征。此次研究運(yùn)用的特征提取方法包括邊緣檢測、角點(diǎn)檢測、紋理特征提取，用以獲取構(gòu)件的形狀、顏色、紋理等特征信息[2-3]。最后，研究對(duì)預(yù)處理后的圖像或視頻進(jìn)行構(gòu)件檢測。實(shí)驗(yàn)將構(gòu)件的特征與已知的構(gòu)件樣本進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的自動(dòng)檢測和識(shí)別。在研究檢測到的輸出結(jié)果中，檢測結(jié)果會(huì)以圖像或文本的形式展示。這個(gè)結(jié)果用于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，便于后續(xù)的施工計(jì)劃和管理?？傊悄軜?gòu)件檢測技術(shù)通過圖像或視頻分析的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑工程中構(gòu)件的自動(dòng)檢測和識(shí)別。該技術(shù)可以提高施工過程的效率和準(zhǔn)確性，為建筑工程的智能化和自動(dòng)化發(fā)展提供了重要的支持。

1.2 智能構(gòu)件檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

智能構(gòu)件檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的實(shí)時(shí)監(jiān)測和檢測，研究根據(jù)不同的原理和方法將其進(jìn)行分類，每種方法都有其適用的場景和優(yōu)勢。為了進(jìn)一步探索不同方法的組合和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確和高效的智能構(gòu)件檢測技術(shù)，此次研究提出一些常見的應(yīng)用，如圖2 所示。

圖2 智能構(gòu)件檢測技術(shù)中常見的應(yīng)用

圖2 展示了準(zhǔn)確又高效的智能構(gòu)件檢測技術(shù)的常見應(yīng)用。該技術(shù)可以通過使用計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，自動(dòng)檢測產(chǎn)品表面的缺陷、尺寸偏差、裂紋等問題，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量并減少人工檢查的需求。在實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)、圖像或聲音信號(hào)時(shí)，它能檢測到異常情況并及時(shí)采取措施，以避免設(shè)備故障或停機(jī)時(shí)間的增加。此外，通過使用傳感器網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析算法，該技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、疲勞等問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并采取必要的維修措施。智能構(gòu)件檢測技術(shù)與機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)集成后，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的構(gòu)件檢測，以確保產(chǎn)品符合規(guī)格要求，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率和一致性。對(duì)于醫(yī)療診斷而言，該技術(shù)用于診斷和監(jiān)測疾病，如分析X 射線、MRI 圖像。這種方法可以自動(dòng)檢測和診斷病變、腫瘤等疾病，提供更準(zhǔn)確和快速的診斷結(jié)果?？偟膩碚f，智能構(gòu)件檢測技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，可以提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和安全性，同時(shí)減少人力成本和錯(cuò)誤率。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能構(gòu)件檢測技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。

2.智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中的應(yīng)用場景

2.1 系統(tǒng)性能需求

智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中的系統(tǒng)性能需求包括準(zhǔn)確高效性、實(shí)時(shí)性、魯棒性和可擴(kuò)展性需求。對(duì)于智能構(gòu)件檢測技術(shù)而言，高準(zhǔn)確性能夠確保檢測各類構(gòu)件時(shí)的精確率，其中構(gòu)件包括墻體、梁、柱等。在房建工程中，施工進(jìn)度通常較緊張，因此系統(tǒng)需要具備快速處理圖像或視頻數(shù)據(jù)的能力，以提高施工效率。智能構(gòu)件檢測技術(shù)的實(shí)時(shí)性可以幫助施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高施工的及時(shí)性和靈活性。且工程中施工現(xiàn)場存在光線不均勻、遮擋物等因素，系統(tǒng)需要具備對(duì)這些干擾因素的抗干擾能力，以保證檢測的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)需要能夠處理不同尺寸、形狀和材質(zhì)的構(gòu)件，并能夠靈活地進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)整，以滿足不同工程項(xiàng)目的需求。綜上所述，智能構(gòu)件檢測技術(shù)只有滿足這些需求，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)構(gòu)件的準(zhǔn)確、快速和可靠的檢測和識(shí)別，提高施工質(zhì)量和效率。智能構(gòu)件檢測系統(tǒng)性能需求如圖3 所示。

圖3 智能構(gòu)件檢測系統(tǒng)性能需求

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于房建工程中的智能構(gòu)件檢測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究首先選擇合適的傳感器，并通過傳感器獲取數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中提取有用的信息，這個(gè)過程包括圖像處理、數(shù)據(jù)濾波、特征提取等步驟。然后識(shí)別構(gòu)件的不同屬性和缺陷，同時(shí)將傳感器、數(shù)據(jù)處理和特征識(shí)別模塊進(jìn)行集成，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測構(gòu)件的狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)或提供反饋。再將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于后續(xù)分析和查詢。此外，研究設(shè)計(jì)了一個(gè)用戶友好的界面，使用戶可以方便地查看檢測結(jié)果和生成報(bào)告。最后，研究不斷優(yōu)化系統(tǒng)的性能，用以提高檢測的準(zhǔn)確性和效率。綜上所述，智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮多方面要素，滿足這些條件的智能構(gòu)件檢測系統(tǒng)才能達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

2.3 質(zhì)量檢測

圖5 智能構(gòu)件質(zhì)量檢測相關(guān)應(yīng)用

智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中可以對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的質(zhì)量檢測，以確保建筑工程的質(zhì)量和安全。在質(zhì)量檢測中，研究將其應(yīng)用于尺寸和形狀檢測。這不僅可以幫助檢測是否存在尺寸偏差或形狀不規(guī)則的問題，也能通過使用圖像處理和特征識(shí)別算法，自動(dòng)識(shí)別和定位表面缺陷，如裂縫、凹陷、破損等。研究使用傳感器和數(shù)據(jù)處理算法，可以對(duì)材料進(jìn)行非破壞性檢測。智能構(gòu)件檢測技術(shù)還能對(duì)建筑構(gòu)件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，研究使用振動(dòng)傳感器和應(yīng)變傳感器，用以檢測構(gòu)件的振動(dòng)頻率等參數(shù)，進(jìn)而評(píng)估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于焊接構(gòu)件，研究使用紅外線傳感器或超聲波傳感器等。總而言之，智能構(gòu)件檢測技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測構(gòu)件的質(zhì)量狀況，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)或提供反饋，以便及時(shí)采取修復(fù)措施，這有助于提高建筑工程的質(zhì)量和安全性。質(zhì)量檢測相關(guān)應(yīng)用如圖5 所示。

2.4 安全監(jiān)測

智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中的安全監(jiān)測具有重要的作用，其能實(shí)時(shí)監(jiān)測建筑物的結(jié)構(gòu)變化、應(yīng)力分布、振動(dòng)等參數(shù)，以及檢測潛在的結(jié)構(gòu)缺陷或損傷。這有助于及早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題，并采取相應(yīng)的維修和加固措施，以確保建筑物的安全性?；谥悄軜?gòu)件檢測技術(shù)的安全監(jiān)測如圖6 所示。

研究使用超聲波檢測、磁粉檢測等技術(shù)，對(duì)建筑材料進(jìn)行無損檢測，以發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷。對(duì)于建筑施工過程中的安全監(jiān)測，研究使用監(jiān)測設(shè)備和攝像技術(shù)，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測施工現(xiàn)場的情況，包括施工質(zhì)量、工藝合規(guī)性、安全風(fēng)險(xiǎn)等。在災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)中，研究使用傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)建筑物的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括地震、風(fēng)暴等自然災(zāi)害的影響。綜上所述，智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中的安全監(jiān)測方面具有重要的作用。這些技術(shù)的應(yīng)用有助于提高建筑物的安全性和可靠性，保護(hù)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

圖6 基于智能構(gòu)件檢測技術(shù)的安全監(jiān)測

圖7 基于智能構(gòu)件檢測的施工過程控制

2.5 施工過程控制

在房建工程中的施工過程中，智能構(gòu)件檢測技術(shù)使用傳感器、圖像識(shí)別和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測構(gòu)件的尺寸、形狀、強(qiáng)度等參數(shù)，確保其符合設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)。在監(jiān)測施工進(jìn)度的應(yīng)用中，研究通過自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集和分析，對(duì)構(gòu)件的安裝情況和施工進(jìn)度進(jìn)行過程控制，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和糾正。在施工過程的安全控制中，智能構(gòu)件檢測技術(shù)可對(duì)施工現(xiàn)場的安全情況進(jìn)行控制。研究使用傳感器和圖像識(shí)別技術(shù)，檢測危險(xiǎn)區(qū)域、監(jiān)測施工人員的安全裝備使用情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)安全隱患時(shí)，研究及時(shí)采取措施進(jìn)行預(yù)警和處理。對(duì)于優(yōu)化施工資源的管理而言，研究實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析施工過程中的數(shù)據(jù)，對(duì)施工資源的使用情況進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，如材料的消耗、設(shè)備的利用率等。綜上所述，智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中的施工過程控制中發(fā)揮重要的作用?；谥悄軜?gòu)件檢測的施工過程控制流程如圖7 所示。

圖8 工程實(shí)況中的兩種系統(tǒng)異常情況預(yù)判能力對(duì)比

2.6 工程實(shí)況數(shù)據(jù)采集

在房建工程中，智能構(gòu)件檢測技術(shù)可以用于實(shí)時(shí)采集工程實(shí)況數(shù)據(jù)，以進(jìn)行施工過程的控制和監(jiān)測。此次研究針對(duì)溫度和濕度等工程實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并同時(shí)進(jìn)行常規(guī)檢測技術(shù)的實(shí)驗(yàn)檢測。通過二者的比較，用以判斷智能構(gòu)件檢測技術(shù)的優(yōu)越性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。

由圖8 可見，對(duì)于工程實(shí)況中的異常情況預(yù)判能力而言，研究提出的檢測技術(shù)明顯優(yōu)于常規(guī)檢測技術(shù)的實(shí)驗(yàn)檢測。這說明對(duì)于建筑物的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測而言，該方法的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研究提出的方法具有可行性。

3.結(jié)論

技術(shù)發(fā)展的背景下，房建工程中對(duì)于構(gòu)件檢測技術(shù)逐漸增多。對(duì)于該方法存在的操作繁瑣問題，此次研究使用計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)房建工程中的構(gòu)件自動(dòng)化檢測和識(shí)別，提高施工質(zhì)量和效率。傳統(tǒng)的構(gòu)件檢測通常需要大量的人力和時(shí)間，容易出現(xiàn)漏檢和誤檢的情況。而智能構(gòu)件檢測技術(shù)可以通過算法和模型的輔助，快速準(zhǔn)確地完成構(gòu)件的檢測和分類。此外，研究對(duì)構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和檢測，避免潛在的安全隱患和質(zhì)量問題。最后，研究進(jìn)行智能構(gòu)件檢測技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，智能構(gòu)件檢測技術(shù)在房建工程中具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值，可以為房建工程的發(fā)展和管理帶來巨大的潛力。但該技術(shù)在額外領(lǐng)域的研究同樣重要，這將在接下來逐步開展。