基于BIM平台的无人机航拍技术在建筑施工项目管理中的新型应用

张道衢 程少淳

摘要： 基于BIM平台和无人机技术的研究，随着现代施工工艺的变化，无人机设备技术的更新，探索其在建筑施工项目管理中的可采取的新方法与新应用，并为未来建筑施工管理的革新提供一些参考建议，使其在施工质量控制和安全监测领域的应用趋于可视化、信息化、智能化。

关键词：BIM;无人机技术;建筑工程项目管理

1 基于BIM平台的无人机技术的应用现状

BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。通过构建BIM三维数字模型来优化检测方案并为数据的采集提供可视化沟通，优化了建筑施工过程中平面图纸的弊端，使项目管理过程变得简单、直观。

无人机目前在建筑施工领域的项目管理中拥有着不可忽略的作用。无人机上搭载着高清摄像头，可以通过设定固定航线及角度，同时人为控制无人机云台在施工现场从不同的高度、角度实时进行监督工人施工，监控项目进展程度。无人机在BIM平台发挥着不容忽视的作用，作为收集数据的智能化工具，无人机通过对固定区域进行摄影测量可以得到施工现场的影像数据、已施工区域的质量检测数据以及可获取的点云数据等，经专业软件的处理分析后可以直接传输到BIM平台中，可以为BIM平台实时传递可用信息，使项目施工管理变得更加可视化、智能化、信息化^[2]。目前，基于BIM平台的无人机技术已经在各行业的施工生产领域中有了很大程度的应用，但在建筑施工的部门协同管理、质量进度控制和安全监测领域的应用仍有拓展空间。除此之外，基于BIM的无人机技术由于设备及技术的更新，也存在着一定的局限性：无人机续航能力一般，一次性拍摄覆盖面少，不适合较大范围的项目区域航摄; 无人机承载能力有限，相机像素只能采用普通设备，航摄精度有待提高; 无人机飞行航高受限，并且受天气影响较大，风雨天气影响无人机飞行拍摄质量;各方的BIM模型数据缺乏统一的格式标准，使得模型数据文件难以形成集成和交互; 目前国内的BIM生態圈建设尚不成熟，建筑行业对于BIM技术的重视程度不足，导致熟练BIM的人才缺口较大^[3]。

2 基于BIM平台的无人机航拍技术在建筑工程项目管理实践过程

2.1 基于BIM技术的模型建立

BIM建设信息模型是可以应用于施工中的设计、建造、管理的数字化方法。BIM行业的快速发展给设计和建筑行业带来了巨大的颠覆。这一演变包括从二维到三维建筑信息建模的数字转换。BIM与无人机技术集成的出现，为建筑和规划带来了全新的思路。利用BIM的可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性的特点可根据实际建筑和现有图纸将建筑施工信息录入平台，并使用Revit等软件创建理想建筑的BIM模型，形成其三维立体效果图，使建筑模型更直观的展现于眼前^[4]。这种方法允许人们在BIM设计中引入地理空间元素。这意味着建筑和基础设施设计公司可以规划新构建的对象，并将其放在与其周围环境相匹配的上下文信息中。同时，还可以通过BIM的三维碰撞检查以及模拟实验优化项目设计，极大的减少设计过程中的错误，缩短设计周期，提高建筑工程的质量; 通过BIM的4D施工流程模拟，可以将施工过程可视化的展示^[5]，用不同颜色标注对比目前的施工进度，使管理人员对施工现场质量把控，空间关系和进度控制更为明确。三维模型的建立和4D的流程模拟可以更加直观、精准地指导现场施工，很大程度的提高了项目质量、进度和安全的效率及准确性。

2.2 利用无人机技术进行数据收集

数据收集^[6]是通过带有摄像设备的无人机对施工建筑区域全面监测，并通过无人机自带的遥感等控制设备规划无人机的飞行路线，可以在建筑区域的室内室外进行拍照与录像。首先，应分段绕建筑外侧一周查看飞行器能否正常使用以及图像能否正常传输，并查看能否清晰监控施工人员动态和建筑外围的施工质量。其次，在建筑内由底层起缓慢依次向上在每层飞行，通过遥感等控制设备对重要结构部位和人员施工处进行拍摄，可进一步缩短无人机与建筑距离，来进行针对裂缝等细小部位的细部监测，同时，可在特殊位置设置温度、湿度传感器等来实现数据的信息化、全面化，同时满足安全监测的要求。

在利用无人机进行数据收集的过程中，应首先集中解决以下问题： （1）网络信号问题。由于无人机上搭载能够实时传递数据的摄像头，所以需要保障网络及信号的正常传输，确保图传信号正常，运行过程中确保无人机的正常飞行和图像的正常传输。（2）飞行航线设计问题。图像采集要与事先建立的BIM模型保持足够的重叠度，对航线的规划设计要求较高，应避免产生拍摄的盲区，并确保无人机与建筑安全距离，根据模型和图纸规划好无人机的飞行路线，计划绕外一周并对内部进行细致观测，保证每一处安全。除此之外，由于无人机续航能力普遍较短，一般在0.5h左右，故选择飞行的路线应分段，不宜过长。

2.3 基于BIM的无人机技术

在无人机收集数据的同时，可以通过联网或数据连接进行无线实时传输，进行图像识别后，利用revit等软件据此建立施工建筑的三维实测模型，与已搭建的BIM模型进行精度差别、建筑进度、安全漏洞等方面的比对分析，形成实验的分析报告，并指出目前存在的质量、进度问题并未安全漏洞提出智能优化方案，指导施工现场的后续施工方法措施。其中，图像识别是应主要解决的问题^[7]。这意味着建模的对象将成为该环境中的道路、公用设施和土地的一部分。BIM数据的集成可以让设计和施工公司收集到准确和有价值的数据，从而提高设计和项目管理的效率。基于BIM的无人机技术可以据此形成一个集数据采集、整理、分析、报告为一体的检测系统，参与到施工项目中各方面的项目管理中，以此来解放人力、物力，真正的实现建筑施工项目管理的可视化、智能化和数字化。

3 基于BIM的无人机技术在建筑工程项目管理中应用的优势

3.1 避开了无人机续航能力差的局限性

在基于无人机的 BIM目前的应用中，如城市立交建设、铁路工程建设、桥梁检测，无人机续航时间短、续航能力差、远距离作业不易操控等缺陷极大的限制了可应用程度，无人机“有去无回”的现象时常出现，如今无人机应用于建筑工程项目管理中，更多为区域作业拍摄和细部观测，已最大程度上利用了无人機的优势。BIM与无人机技术的集成是将BIM模型融合到地理空间环境的过程。因此，设计师可以使用地理信息系统来获得关于某些施工区域的准确信息。如果该地区容易发生洪水，设计师可以根据这个状况来调整相关的建筑材料、方向、位置等。

3.2 通过数据无线连接实现图像数据的实时传输

在建筑工程这样的区域作业中，较桥梁等户外施工来说拥有更好的无线网络环境，使得数据的远程传输可能得以实现。通过网络连接向无人机发出指令，控制无人机的飞行路线，同时无人机可以将拍摄的图像数据远程传输，使 BIM可以实时得到无人机的数据并强化了整个系统的实时监控性。

4 基于BIM平台的无人机技术在施工管理中的作用

4.1 实现建筑施工安全管理的规范化、数字化、信息化、智能化

通过将无人机和BIM技术相结合，可以形成一个集数据采集、整理、分析、报告为一体的检测系统。一方面解放了人力、物力，无人机的监测在有更好效果的同时减少了繁复的程序，大大节省了费用;  另一方面该方式提高了项目管理的安全系数，很大程度上保证了施工人员的安全;  同时，这一集成系统极大的提高了项目参与人员的分析与协同办公，让整个项目施工过程更加的清晰明了、简洁快速的呈现在管理人员眼前，真正的实现了建筑施工项目管理的规范化、数字化、智能化和信息化。这些先进技术的集成和整合可以应用到任何设计和施工项目中。作为该集成的直接产出， 这些数字化成果是检索、存储、索引和记录重要数据的一种非常有效的方法。必要的信息可以用来支持任何项目，并帮助项目顺利完成。

4.2 高效率完成质量监测、进度控制和安全管理

基于BIM的无人机技术可以对施工现场危险部位和传统检测方式无法到达的部位等进行远程检测，实现更细致更全面的质量控制; 通过无人机拍摄的现场施工进度与BIM的4D施工模拟过程进行比对，有效进行了施工进度控制; 实现了远程控制并及时地排查了安全隐患，提高建筑施工安全监测工作的效率和水平，实现更全方位高层次的安全管理。除此之外，在具体施工中，还可以在有特殊需要的部位安装光传感器等不同类型的传感器，有效控制施工现场的光污染、粉尘污染等，有效实现节能环保的绿色施工。同时BIM还可以自动形成实验的分析报告，指出目前存在的质量、进度问题和安全漏洞，并提出智能优化方案，指导施工现场的后续施工。

5 结语

基于BIM平台的无人机技术是一个新兴的技术系统，但对于提高施工项目管理的效率和水平却有着不容忽视的重要意义，并且在建筑施工项目领域的新型应用，能够最大限度的发挥BIM和无人机技术两者各自的优势^[8]。随着未来图像识别、数据传输等技术的日渐成熟，基于BIM平台的无人机技术将会继续完善、更加创新。相信基于BIM平台的无人机技术在建筑施工项目管理中的应用将是一大新的发展趋势。

参考文献：

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