无人机航测技术在工程项目管理中的应用

黄军喜 刘超洋 邱钰伟

（深圳市特区建设发展集团有限公司，广东深圳 518048）

无人机倾斜摄影技术的出现以及倾斜摄影三维建模技术的逐渐成熟和平民化，为项目管理的发展提供了新思路。利用无人机对施工场地进行大规模数据采集，能够快速生成倾斜摄影三维实景模型[1]，直接对三维实景模型进行测量和分析，全面且快速地掌握项目的施工进度、安全文明施工、工程质量等情况，极大地提高项目管理人员的工作效率[2]。本研究在房建与市政工程的项目管理中，选取2个医院和2个管廊项目运用无人机倾斜摄影技术，每个项目各试点飞行一次。

1 无人机航测技术

1.1 无人机现场数据采集

使用大疆精灵4 RTK无人机搭配单镜头云台相机执行飞行任务，通过大疆精灵4 RTK无人机遥控器内置路径规划软件进行航线规划。每次采集一个方位的图像数据，从垂直角度和前、后、左、右5个视角进行图像采集，每次规划的区域包括5条航线。针对表面复杂的建筑，需要对其内部进行局部补拍，保证最终模型的效果。数据采集的详细参数中，平均飞行高度为110 m，相机拍摄模式为快门优先1 000，旁向重叠率70%、纵向重叠率80%、斜射旁向重叠率70%、斜射纵向重叠率80%，云台相机角度-60°。

1.2 倾斜摄影模型的制作

使用大疆智图软件进行三维实景模型的重建，能够依靠其核心算法主动运算并批量建模，将采集的数据根据算法生产实景三维模型。软件支持多种通用的文件格式，包括ODGB、OBJ、S3MB等。

（1）新建任务。在重建任务中选择三维模型，将获取的倾斜摄影原始数据图片全部导入任务，可以通过文件夹一次性导入。

（2）空中三角计算。点击兴趣区域建模，选择空三运算。计算完成后框选建模区域，去掉选定区域周边的杂质。

（3）模型重建。通过软件的图元运算核心迅速重建三维场景，通过函数逻辑运算生成基于实景的点云数据，连接点云之间的逻辑，生成纯色的三角面片模型，结合实景照片赋予模型适当颜色，生成带有真实影像数据的三维实景模型。

1.3 全景图的制作

完成项目的全景照片拍摄后，需要通过多款软件（PTGui、Photoshop、720云）的配合使用，制作并生成全景图。

（1）在PTGui软件中加载一套全景图片（34张），通过图片的重叠度对图片进行整合删减及变形处理，生成全景图片。

（2）初次生成的全景图片中缺少天空，因为无人机无法垂直向上拍摄。利用Photoshop软件，导入全景图片和天空素材，利用蒙版及透明擦除工具补全天空。

（3）将处理好的全景图片导入720云，生成720°的在线全景图，可以实现微信中的转发查看。

2 工程分析与应用

2.1 工程进度分析

使用无人机对现场的形象、进度进行管理，通过不同时段的对比，监测现场是否存在窝工现象，判断是否需要调整人、材、机的部署。根据三维实景模型对工程完成情况进行跟踪测量，与施工进度计划逐段对比分析，对进度控制提供数据支持。定期对项目进行无人机飞行建模，准确识别项目的实际施工速度，辅助判断项目的资源投入和分配是否合理。

针对医院和管廊在建项目的工程进度分析，在三维实景模型中均能够清楚地识别主体结构、外立面和室外工程，但是无法识别内部机电安装工程，可以考虑配合使用其他检查方法。

医院整体形象进度如图1所示。管廊部分形象进度如图2所示。

图1 医院整体形象进度

图2 管廊部分形象进度

2.2 安全文明分析

在建筑施工现场，材料、工具、构件的堆放位置均有明确规定。材料的堆放位置应便于装卸和运输，减少二次搬运的劳动力浪费；材料应严格按照品种、规格堆放整齐，大型的工具应“一头见齐”；钢筋应用方木垫起，不应该放置于潮湿环境和暴露在空气中，避免受雨水冲刷影响；砌块应码放整齐，不准超高，防止塌落。模板应按规格分类堆放整齐，地面应平整坚实，叠放高度≤1.5 m；大模板应放在专用架上，面对面存放。

现场材料堆放未按要求执行问题如图3所示。钢筋未按要求摆放问题如图4所示。

图3 现场材料堆放未按要求执行问题

图4 钢筋未按要求摆放问题

根据三维实景模型，可以在远程对现场的安全、文明施工情况进行掌控，提出整改要求，在下一次飞行中检查整改情况。

对医院和管廊在建项目进行安全文明分析，在三维实景模型中，可以识别现场材料的堆放、围挡布置、场地道路处理、扬尘防控措施等情况。

高边坡未装围挡问题如图5所示。

图5 高边坡未装围挡问题

2.3 工程质量分析

传统的建筑物检测方法利用专业仪器测验建筑物各个部位的力学性能，利用肉眼或望远镜等辅助工具测验建筑物的外观质量。针对超高层建筑或高速公路，人工检测危险性大、效率低，可以利用无人机的航测技术，辅助检测工程师进行建筑质量检测[3]。

分析医院和管廊项目的工程质量，在三维实景模型中可以识别场地周边处理不当的高边坡、成品保护不合格的外墙防水工程。

边坡治理存在隐患问题如图6所示。地下室外侧防水聚苯板保护层破损问题如图7所示。

图6 边坡治理存在隐患问题

图7 地下室外侧防水聚苯板保护层破损问题

受无人机云台相机的精度限制，小于5 cm的质量问题无法直接通过模型发现，如外墙细小裂缝、混凝土浇筑后胀模、玻璃幕墙的完整性等。

3 集团工程项目管控

3.1 管理手段的创新

（1）项目基本情况的准确传达。与传统的照片+文字汇报形式相比，增加三维实景模型能够更客观、精准地反映现场实际情况，可以根据施工现场问题情况，从各个角度查看现场真实情况。

（2）项目间的横向对比。根据《建设工地安全文明施工标准化评分表》《分部分项安全管理施工标准化评分表》《建设工地质量管理标准化评分表》，客观公正地针对项目安全文明和质量两个方面给出最终分数。三套评分系统均源自省市多套检查标准和管理规范，采取加权打分制度，使其适用于不同工程类型和不同施工阶段。

（3）建筑工程影像资料留存。以关键施工进度节点为主导，利用无人机分阶段拍摄图片和视频，主体竣工后剪辑制作成视频留存，用于后期工程资料留存及工程评奖项使用。城市更新项目会发生大量的拆迁和苗木迁移，可能发生拆迁后争议。保留历史原状的倾斜摄影模型，可以为解决争议提供数据支撑。

（4）工程变更的审核。发生工程变更时，可以借助倾斜摄影模型进行分析，为决策提供实质帮助，可以在后续的结算审计时，提供数据支持。

3.2 未来发展方向

建筑行业作为传统行业，需要采取信息化、智能化、网络化的新技术手段。随着科学技术不断创新与进步，无人机将在建筑施工中承担更多不可或缺的任务。

在工程实施阶段，对比不同时间对同一目标的航测，可以掌握施工现场的变化情况。通过研发人工智能算法，使软件能够自动识别并计量变化情况，快速对进度、支付、安全文明施工、工程变更进行审批。软件提供的辅助管理手段和直观的信息沟通界面，能够极大地提高工作效率，减少后台专业工程师人员的数量，降低项目开发运营管理和维护成本。

4 结语

将无人机航测技术引入建筑施工现场管理可以极大地节省人力，提高监管效率，拓宽监管范围，使工程管理更加细致、全面与科学。

随着现代物联网、云计算、虚拟增强现实等新信息技术的出现和快速发展，城市的建设与发展在经历现代城市建设信息化、城市管理数字化后，进入现代城市管理智慧化的2.0发展阶段。无人机倾斜摄影技术具有方便快捷的建筑数据实时采集方式、高自动化的建模数据处理等优点，成为工程管理行业中获取三维实景数据的主流方法。