无人机在建筑工程质量检测中的应用与发展

樊日红

(太原市建筑工程质量检测站有限公司,山西 太原 030000)

0 引言

建筑工程质量检测是建筑工程中的重要环节,对工程建设安全与工程质量有直接影响。传统的检测方法存在人力成本大、测量误差等问题,而无人机具备卓越的空中视角和高效的数据收集能力,可以通过无人机平台搭载各种高精度传感器,数据采集和处理,快速获取建构筑物及地面信息[1]。随着近年来无人机技术的高效快速发展,利用无人机进行建筑工程质量检测成为一种高效、快速、精准的检测方法。

1 无人机在建筑工程质量检测中的应用

1.1 无人机在建筑工程测量中的应用

无人机具备较强的图像拍摄和处理能力。在建筑工程测量时,通过无人机的飞行轨迹规划和自动化控制,通过无人机倾斜摄影和低空摄影测量得到工程现场的影像数据、已施工部分的质量检测数据等[2]。同时可以通过搭载高精度的测量设备,如激光扫描仪,实现对建筑物的三维测量,获取建筑物的精确几何信息,通过将无人机和BIM技术相结合,生成高精度的建筑模型,形成一个集数据采集、整理、分析、报告为一体的检测系统,为工程质量检测提供更加准确的数据支持。

1.2 无人机在建筑工程缺陷检测中的应用

无人机在建筑工程缺陷检测中的应用主要包括以下几个方面:

首先,无人机可以通过高清摄像设备,从任意角度、高度捕捉建筑物的纹理和细节,对建筑物进行全方位、全景式的拍摄和录像,实时传输图像数据,以便及时发现建筑工程中的问题和缺陷,避免了传统检测方式的盲区和误差,从而更加全面准确地评估建筑结构的健康状况,为工程质量检测提供了更直观的参考。此外,无人机搭载激光扫描仪等设备,通过激光扫描技术对建筑物进行三维扫描,获取建筑物的精确几何信息,从而检测出建筑物的结构缺陷和变形情况。

案例一:利用无人机对某钢结构厂房进行全面安全隐患排查,并通过高清图像发现存在安全问题部位,如图1所示。

案例二:利用无人机对某高层建筑物进行工程质量检测,可清晰看到建筑物外立面局部细节,如图2所示。

其次,无人机可以搭载红外热像仪等专业设备,通过红外热像技术对建筑物进行热成像检测,快速发现建筑物的热量分布异常[3],从而判断是否存在隐患,为工程质量检测提供了更全面的视角。例如对建筑物外表面保温材料分层、空鼓、脱粘、积水、腐蚀、渗漏水等,以及施工不当导致的空洞、孔洞、渗水和异物夹杂等问题进行探测,可有效提高工作效率并保障人员安全。

案例:利用无人机对某高层建筑物外墙节能构造进行检测,通过红外热成像可看到建筑物外墙节能构造是否存在异常。

2 无人机在建筑工程质量检测中的优势

2.1 极高的精准度

无人机航拍测绘的实际测量精度达到了亚米级,测图精度一般可以达到1∶1 000。另外,航空测绘还具有丰富的三维地理信息,可以捕获大比例尺地形的数据。无人机技术的影像屏幕分辨率的范围在0.1 m～0.5 m之间,高于现阶段世界各国的高分辨卫星图像数据信息的屏幕分辨率。通过无人机的高精度定位和导航系统,可以实现对建筑工程进行全方位、多角度的拍摄和监测,更加准确地捕捉到建筑物的细节和变化,避免了人为因素对数据的影响。

无人机搭载的高分辨率摄像设备和传感器可以实时采集建筑物的各项指标,如温度、湿度、振动等。通过图像处理和数据分析技术,对采集到的数据进行快速处理和分析,为建筑工程的检测提供了更加可靠和准确的依据。

2.2 高灵活性和安全性

无人机具备高度的机动性和灵活性。可以根据不同的需求制定飞行路线和高度。通过自主飞行和遥控操作,无人机能够进入狭小空间、危险区域或人类难以接近的地方,获取更多细节的数据。由于无人机的操作不依赖于人类,可以代替人工进行高空、危险区域的巡视和检测工作,可以降低检测人员在高危环境中的工作负担和风险[4]。

2.3 提高工作效率

传统的建筑结构检测需要人工搭建脚手架、攀爬墙壁,工作量大、费时费力,同时人工肉眼检测所带来的成本高昂、效率低、检测数据精度低或漏检以及作业风险高的问题。与此相比,无人机可以自动执行任务,极大减少了人力资源的需求。无人机可以在较短的时间内完成对建筑工程高清晰度、近距离、全覆盖、多角度的全面巡视、快速检测和评估,大大缩短了检测周期和工作时间,快速发现和定位建筑工程中的质量问题,及时采取措施进行修复和改进,大大提高了工程质量的检测水平。

3 无人机在建筑工程质量检测中的风险与防控措施

3.1 工作环境的复杂性

在建筑工程质量检测中,无人机工作地点为主要各个建筑工地。建筑工地通常存在高楼、塔吊等高大建筑物。这些建筑物会对无人机的飞行路径和稳定性造成影响。GPS卫星信号在空气介质中直线传播,当无人机过于靠近建筑时不能接收到足够数量的GPS信号,或者有些建筑物存在一些特殊材料如金属、光伏板等反射GPS信号,干扰导航系统,会导致无人机失控或者坠机。建筑工地上存在的障碍物,如脚手架、建筑材料等,也会增加无人机的飞行难度和风险。同时建筑工地存在的大量的移动车辆和人员,这些不确定因素都会增加无人机的安全风险。

为了有效降低无人机飞行风险,可以通过提前进行飞行环境勘测和规划,确定合适的飞行路径和高度,避开高楼和障碍物,确保无人机的安全飞行。其次,可以利用无人机的避障技术,通过激光雷达、红外传感器等设备,实时感知周围环境,避免与障碍物碰撞。此外,还可以通过对飞行控制系统和飞行器动力系统的优化设计,提高无人机的稳定性和适应性,使其能够在复杂的飞行环境中保持良好的飞行性能。同时,要加强对无人机操作者的培训和考核,提高其飞行技能和安全意识,确保无人机飞行安全。

3.2 天气状况

天气是影响无人机安全飞行的重要因素之一。不良的天气条件如强风、降雨、雷暴、雾霾、高温或低温等强对流天气和极端天气不仅会影响无人机的稳定性与控制能力,还会降低飞行的可见性和探测能力,增加飞行事故的风险。

无人机通常会具备一定的抗风能力。现在无人机的普遍抗风等级在五级到六级,但是由于无人机飞行的高度越高,风速越大,所以当遇到大风天气时,仍需谨慎考虑。在无人机飞行时,尽量选择空旷的逆风方向,抵消风力的影响,保证无人机能够稳定飞行。由于无人机电池本身的工作原理,低温会导致电池的放电能力下降、使用寿命减短。无人机在飞行过程自身会产生一定的热量,在高温天气的影响下,电机温度无法及时散发,影响电池、电机等设备的正常运行。所以在无人机飞行时,一定要注意天气的变化状态,当发现有可能出现影响正常飞行的风险时,及时调整飞行方向、速度和高度等,必要时及时返航停止飞行,避免发生失控或坠机风险。

3.3 空间管制

为了保卫国家重要的政治、经济、军事目标安全,我国会在一定的区域上空划设禁止或限制航空器飞行的区域,包括空中禁区和临时空中禁区、空中限制区和临时空中限制区、空中危险区和临时空中危险区、空中禁飞区、空中封锁区。一般建筑工地所在区域会位于城市建成区或规划区。在这些区域属于城市的政治和经济的重要区域,同时若所在城市建设有飞机场,一般会设立禁止或限制航空器飞行的区域。在使用无人机进行工作时,一定要提前了解工作区域空间管制措施,提前向公安、交管部门备案,避免无法开展无人机工作或者坠机风险。因此,无人机飞行必须遵守相关法律法规和管理规定,如申请飞行许可、制定飞行计划、设定安全距离、提供应急措施等。

3.4 数据处理与分析

由于无人机在建筑工程中获取了大量的图像、视频和矢量信息,这些数据信息需要进行处理与分析才能得出有用的结论,所以如何高效地处理与分析这些数据成为了一个重要的问题。

首先无人机所获取的数据具有多样性和复杂性。建筑工程中的各种结构和材料都会对数据的获取与处理产生影响。例如建筑物的高度、形状和材料的反射率等因素都会对无人机所获取的图像与视频数据产生影响,从而增加了数据处理和分析的难度。其次,无人机所获取的数据还需要与其他数据进行整合和分析,如传感器数据、地理信息数据等。这些数据的整合和分析对于准确评估建筑工程质量至关重要。因此,需要针对不同的建筑工程情况,需要开发出相应的数据整合和分析方法,以提高数据处理的综合能力,提高数据处理的准确性和可靠性。

3.5 数据安全问题

由于无人机的高度智能化、自动化、信息化的快速发展,无人机在建筑行业的使用也越来越普遍。无人机搭载的高清摄像头和传感器会实时获取大量的地形地貌、建筑结构等信息。无人机在建筑工程质量检测中的使用也面临着安全问题。无人机在飞行过程中可能会受到黑客攻击,导致无人机被控制或干扰,进而影响建筑工程质量检测的准确性和可靠性。无人机的数据传输过程中也可能会被黑客窃取或篡改,从而导致建筑工程质量检测结果的失真。同时无人机还会面临物理干扰的现象,包括信号屏蔽仪、信号干扰器等,导致无法正常进行建筑质量检测行为。

为了保护公共安全,保障数据隐私和安全,防止数据损坏、丢失、被窃取、泄露等状况发生,首先需要加强无人机的系统安全防护措施,包括加密数据存储、加密数据传输、杀毒软件、第三方安全审计等,确保无人机在建筑工程质量检测中的安全性。同时要加强无人机的物理防护、硬件升级,以保障无人机的数据安全。最后要加强对无人机操作人员的培训和管理,提高其安全意识和技术水平,减少人为因素对无人机安全的影响。通过采取这些解决方案,可以有效应对无人机在建筑工程质量检测中的隐私与安全问题,确保其可持续发展和应用。

3.6 第三方隐私问题

无人机在工作中引发的一些隐私问题也日益受到广大民众的关注。无人机在进行建筑工程质量检测时会通过高清摄像机拍摄场地和建构筑物的影像信息。在拍摄的时候,可能会拍摄到建筑工地周边的居民、商业、行政办公或企业的一些隐私信息,如个人体貌特征、住宅、车辆、商铺、企业信息等。这些信息可能会引发个人隐私权或者其他法律纠纷的发生。2023年5月31日中华人民共和国国务院令、中华人民共和国中央军事委员会令第761号公布《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》,第三十四条明确规定禁止非法采集信息,或者侵犯他人其他人身权益。

所以无人机在进行建筑工程质量检测的过程中,应尽量避免侵入他人住宅或私人领地。若需要拍摄或录像特定区域,应事先征得相关当事人的许可并尽量避免拍摄不相关的人或物。加强对无人机操作者的培训和监管,严格遵守飞行规则和法律法规,尊重他人的隐私权,确保飞行过程中不会对他人造成伤害或财产损失。

4 无人机在建筑工程质量检测中的未来发展趋势

随着科技的不断进步和无人机技术的不断发展,无人机在建筑工程质量检测中的未来发展趋势将更加自动化与智能化方面,减少人工干预或者不需要人工干预,提高工作效率和准确性。在建筑检测过程中需要对建筑物地基、结构、幕墙、钢结构、外墙保温系统、污染物和电气设备等进行自动检测,无人机将通过预设的程序和算法,自动完成建筑工程质量检测的各项任务,如巡航、拍摄、数据采集等,减少人力资源的投入。通过多传感器融合技术可获取更全面、准确的信息,如超声波传感器、视觉传感器、激光雷达、红外传感器、气压传感器、快检设备、GPS与GNSS等。这些传感器可以为无人机提供更丰富的环境信息,从而提高无人机的飞行性能和任务能力。无人机与人工智能的结合还可以实现实时监测和预警。通过搭载人工智能算法,无人机可以实时监测建筑工程的施工过程和质量状况,及时发现问题并进行预警,实现对建筑工程质量的自动检测和评估,提供更准确、全面的质量检测结果。此外,无人机还将能够与其他智能设备和系统进行联动,实现更高效、智能的建筑工程质量检测。总之,未来无人机在建筑工程质量检测中的发展趋势将是自动化与智能化的双重提升,为建筑工程质量检测带来更多的便利和效益[5]。

无人机技术在建筑工程质量检测中的未来发展中,法律法规的完善与规范也起着至关重要的作用。首先,针对无人机在建筑工程质量检测中的具体应用,需要制定相关的法律法规,明确无人机的使用范围、飞行规则和安全要求,以确保其合法、安全、可靠地运行。其次,针对无人机在建筑工程质量检测中可能涉及的隐私保护和数据安全等问题,需要建立相应的法律法规,保障个人隐私和数据安全的权益。此外,还需要规范无人机操作人员的资质要求和培训机制,确保其具备必要的技术和操作能力。同时,还需要加强对无人机的监管和执法力度,打击违法违规行为,维护行业的良好秩序。

5 结论

通过对无人机在建筑工程质量检测中的具体应用和优势、存在的风险、与未来发展的探究,我们可以得出以下结论:

1)无人机在建筑工程质量检测中具有广泛的应用前景。无人机可以高效地获取建筑工程的数据,包括高清影像、视频、热成像等,能够全方位地监测建筑物的结构、材料、施工质量等方面,提高检测的准确性和效率。

2)无人机在建筑工程质量检测中的应用可以有效降低人力成本。传统的建筑工程质量检测需要大量的人力投入,而无人机可以代替人工进行巡检和监测,减少了人力资源的浪费,提高了工作效率和准确率。

3)无人机在建筑工程质量检测中的应用可以提高工作安全性。建筑工程质量检测通常需要人员进入高空、狭小空间等危险环境,存在一定的安全风险。而无人机可以代替人员进行风险较高的检测任务,减少了人员的伤害风险。

4)无人机在建筑工程质量检测中的应用还存在一些挑战和问题。例如,无人机的飞行稳定性、数据处理和分析能力等方面仍需进一步改进与完善。此外,无人机的法律法规和隐私保护等问题也需要重视与解决。

5)未来,无人机在建筑工程质量检测中的应用将会得到进一步发展和推广。随着无人机技术的不断创新和进步,其在建筑工程质量检测中的应用将会更加智能化、自动化和精细化。同时,相关政策和法规的完善也将为无人机的应用提供更好的环境及支持。

综上所述,无人机在建筑工程质量检测中具有巨大的潜力和优势,其应用将会在未来得到广泛的推广和应用。然而,我们也需要认识到无人机应用中的挑战和问题,并积极寻求解决方案,以推动无人机技术在建筑工程质量检测中的进一步发展。