摘要：根据基础设施类项目逐年增多的现状，我公司在项目前期利用无人机进行航测辅助决策，项目中期进行现场巡查和环境监测，后期进行实体建筑的健康监测，实现了无人机贯穿施工全过程的多点应用，结合测量、设计、BIM等软件实现了无人机数据开放应用，取得了显著的经济效益。
关键词：无人机；点云；施工模拟
一、概述
目前我公司规模不断壮大，项目也不断增多，项目管理难度加大。项目大部分为线性工程，战线长、工点多、劳务班组多、周围环境复杂、安全隐患多，如何第一时间了解现场工况，及时作出相应决策，进行有效管理成为首要难题，通过无人机+大数据应用可以充分避免管理不到位情况，使项目管理做到精细化管控。
我公司无人机管理建立了定人定岗定责、申请专项经费、建立管理台账的保管保修体系；建立了无人机操作证考取、定期内外业训练、外部专家咨询、多次无人机交流会与软硬件培训的技术保障体系；建立无人机保险购买、追踪器定位、定期返厂保养、地面站软硬件操控的安全保障体系，充分保障飞行过程中无人机和人员的安全。
公司无人机应用以点带面，不断深入，大力推进无人机土石方算量，配合“蓝图保密、白图交底”，不断步完善和加强工程算量与计量管理，反算量差，对上对下区别计量，为公司争得显著效益！
二、基于无人机的开放应用
公司采购拓普康天狼星固定翼航测无人机一台和大疆等品牌多旋翼无人机十余台，成立无人机飞行小组，无人机航测覆盖公司所有新开工线性工程项目，积累了大量无人机内外业作业经验；公司与外部无人机公司合作密切，组织多次无人机交流会与软硬件培训。航测无人机的原始成果主要包括DSM、DOM、点云、照片和POS数据，将数据导入测量、设计、BIM等软件中，实现无人机数据开放应用。巡查无人机原始成果主要包括照片和录像数据，在建筑施工现场的应用主要包括安全管理、进度管理、质量管理、文明施工及形象宣传、施工前准备工作、建筑健康状态监测、新技术联合应用等几大方向。将各种无人机应用到开工前、施工中和施工完成后，实现了无人机贯穿施工全过程的多点应用，取得了显著的经济效益。
（一）无人机测量（坐标、面积、高程、三角测量）VS传统人工测量
在DSM和DOM的叠加图中，选中任意需要放样的点，即可读取施工坐标及经纬度信息，方便快捷（见图1）。在1：500、1：1000大比例尺成图和现场踏勘选临建应用中，精度满足施工现场需求。相比传统人工测量（图2），具有劳动强度低、效率高、安全性高等优点。
图1 DOM读取任意点坐标 图2 山岭重丘区项目传统测量
（二）无人机DOM影像 VS 传统线划图和图纸地形图
用航测无人机对地形进行航测，内业生成高精度和高清晰度DOM影像（图3）。影像中地物颜色明显且易于寻找、查询和记录，现场实际坐标、长度、高度、面积等测量方便；相比传统施工图（图4），具有地物清晰、数据提取简易等优点。
图3 DOM影像查看地物 图4 传统施工图
（三）无人机辅助选址 VS传统选址
将DOM、DSM等显示在电脑中，任何区域均清晰可见（图5）。通过地形地貌与基础、道路、线路等专业的配合可为大型机具和设备的位置和朝向的确定提供依据，对大临布设提供决策依据，实现项目超前策划和快速履约。相比传统现场选址（图6），具有效率高、方便快捷等优点。
图5 电脑中无人机成果选址 图6 传统现场选址
（四）无人机三维浏览 VS 传统现场踏勘
将无人机后期成果导入QTreader、VirtualSurveyor等软件中，生成多种格式文件，实现三维可视化浏览（图7），且坐标随时可读取，辅助现场初步勘查和临建选址。相比传统现场踏勘（图8），具有安全性高、视野广、用时少、效率高等优点。
图7 点云三维浏览 图8 传统现场踏勘
（五）无人机+BIM 模型VS 传统二维图纸
将无人机的航测生成的地形数据导出坐标点，在Civil3D中生成xml格式地形文件，利用Revit等软件创建LOD300～400精度的BIM模型，将模型和地形在Infraworks中集成，并添加植被、路基、现有道路信息，完成三维可视化模拟（图9）。相比传统二维图纸（图10），具有地物易于辨识、立体感强、数据提取简易、高程点密集、图层清晰等优点。
（六）DLG线划图绘制
利用EPS软件或CASS软件进行DLG线划图的绘制，EPS软件完全兼容其他平台下的采集习惯，拥有采、编、调、库一体化、地理要素信息化与符号化、信息映射与数据转换、数据质量检查等功能，图层集成、属性丰富，提高与设计单位对接变更图效率（图11）。
图13 DLG与DOM结合 图14 航拍影像
拍摄的照片用于土地确权和协调征拆，定期对项目进行航测，照片可用于日志记录，发现现场危险源和不合理临建规划等。
（九）与线路图结合，作为项目展示用
将项目的超大幅DOM影像和项目线路图结合，制成展板供项目展示，辅助现场人员对现场进行临建设计、选址等（图15）。
图15 DOM+项目线路图
（十）点云开放应用
利用数据后期处理软件，对点云进行二次处理，可进行点云抽稀、选区提取、剔除误差点、点云格式转换等操作（图16），实现树木降高（图17）、特定区域点云提取、导出到其他软件。
图16 点云编辑处理 图17 树木高程点降高
（十一）土石方量计算、量差反算、对上对下计量
从无人机高密度点云成果中提取高密度高程点，在CASS等软件中生成等高线，利用三角格网法计算土石方量（填挖方量、土石方平衡等）（图18～20）。
（十二）进度管理
通过巡查无人机的摄影摄像功能，按照一定的时间安排，拍摄现场施工情况，识别现场当前形象进度；另一方面，通过对比图像的前后变化及判断现场人员工作状态，分析施工现场的窝工情况，从而适当调整劳动人员配置，优化现场施工结构（图21）。
图23 台风后用无人机对龙门吊进行检查
（十四）材料、结构变形演变过程的全程监测
对于特别复杂的桥梁或超高层建筑，人工检测危险性大、效率低、难度大，在这种情况下无人机可以发挥独特的优势。在无人机上搭载自动扫描摄像头，无人机围绕已建建筑物表面飞行，将摄像头拍摄到的画面实时传输到地面接收站，在飞行的过程中利用一系列软件可以对建筑物的细微变形、裂缝等自动识别，从而可以判断构件的变形或裂缝程度。与传统的建筑检测手段相比无人机检测可以节省大量劳动力，使得监测手段更安全、更高效，同时避免了租赁脚手架、安装机械等复杂过程，保障了实体的安全。
三、航测效率分析
（一）精度分析
2018.01.13 某项目总J1架次（飞行高度763m、阴天、山岭重丘区、地面8cm成果采集）。
表1 无人机航测与RTK采集点比较表
通过对比，无人机航测的工作效率非常高，节省大量人力物力；
四、应用价值
无人机在施工单位中的应用价值可以概括为以下五点：
（一）高效率、低风险航测，辅助现场测量；
（二）高密度、高精度土石方算量，做足剪刀计量差；
（三）高效成图，助力快速进场和履约；
（四）巡查贯穿施工全过程，辅助现场管理；
（五）半市场化对内创效、对外创收；
（六）技术创新，提升企业形象和竞争力。
五、应用不足
（一）飞行小组飞行员操作证不全、对空域申请不利、黑飞压力大
解决措施：申请培训费用于飞行小组取证培训，对各地申请空域手续研究，项目先申请成功再飞行；
（二）项目应用需求少，对无人机应用点知之甚少
解决措施：加强项目培训和推广，先示范应用，后期下红头文件推广实行；
（三）项目电脑配置低，部分成果无法打开
解决措施：飞行小组交付成果时分段裁剪、保证精度的情况下减少文件大小。项目部或分公司配置高性能笔记本或工作站，用于无人机成果应用。
（四）飞行小组后期数据应用水平低、对无人机和测量软件交互使用不精通
解决措施：增加飞行小组后期处理人员，合理分工内外业。飞行小组加强业务学习，重点攻克CASS、纬地和EPS三个软件应用。加强测量知识学习，针对无人机和测量软件交互使用做针对性示范应用，确保成果能转化为效益。
六、应用计划
（一）学习与培训阶段
对内：无人机小组加强无人机硬件学习、飞行员取证培训；对外：项目加强培训和推广应用，寻找应用亮点和示范点。
（二）示范应用阶段
选择合适项目和标段，作为无人机示范应用点，做足深化应用；以点带面，推进无人机在整个项目的应用，用无人机算量成果做足剪刀计量差，为项目争优创效。
（三）推广应用阶段
红头文件推广无人机各应用项施行；对各应用项量化考核，计入总工体系考核与责任状中，公司进行定期检查和总结；加大土石方量计量优化效益考核。
参考文献：
[1]徐胜利.建筑施工领域中无人机的应用分析[J].山西建筑.2017.02（5）
作者简介：
张凡，中国建筑土木建设有限公司，BIM工程师。
论文作者:张凡,马明磊,王明智,高树青
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/4
标签：无人机论文; 项目论文; 现场论文; 传统论文; 测量论文; 数据论文; 成果论文; 《基层建设》2018年第29期论文;