無(wú)人機(jī)在鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1 質(zhì)量檢查的重要性

近幾年部分鋼結(jié)構(gòu)工程在施工過(guò)程和使用過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量和安全事故，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和生命損失，為了避免類(lèi)似的事故發(fā)生，所以必須加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中和在使用運(yùn)行過(guò)程中的質(zhì)量安全檢查力度，通過(guò)檢測(cè)、檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和安全隱患，為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的質(zhì)量和安全問(wèn)題提供科學(xué)的處理依據(jù)，保障施工過(guò)程中的技術(shù)質(zhì)量安全運(yùn)行，提高構(gòu)筑物的使用壽命，同時(shí)對(duì)構(gòu)筑物的維護(hù)和運(yùn)行提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

2 傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全檢查方式

大跨度鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查主要是對(duì)外觀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合檢查評(píng)定，結(jié)構(gòu)檢查主要是通過(guò)專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)、專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)工具進(jìn)行一系列的物理和力學(xué)檢測(cè)，外觀檢查主采用近距離人工觀察，比如鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件防腐涂層的破損和修補(bǔ)程度、螺栓松脫、支座位移情況、圍護(hù)結(jié)構(gòu)拼裝等；傳統(tǒng)的檢查方法在遇到大跨度、特殊的異形結(jié)構(gòu)以及凈高較高的空間鋼結(jié)構(gòu)時(shí)檢查的效果就會(huì)相當(dāng)?shù)牟睿词故褂酶弑锻h(yuǎn)鏡也難達(dá)到預(yù)期效果；人工檢測(cè)質(zhì)量大多時(shí)候是人工攀爬鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，危險(xiǎn)性較高，效果難以達(dá)到預(yù)期；同時(shí)耗費(fèi)大量的人力和物力投入，成本高昂；并且不能滿(mǎn)足質(zhì)量檢查的日常檢查要求；因此傳統(tǒng)的人工檢查監(jiān)測(cè)無(wú)法有效地完成檢查檢測(cè)工作；也無(wú)法按照相關(guān)法規(guī)規(guī)范要求全面地檢查項(xiàng)目，完成檢查任務(wù)，嚴(yán)重存在缺檢、漏檢等質(zhì)量問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成質(zhì)量和安全隱患。

3 無(wú)人機(jī)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全檢查檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 引入無(wú)人機(jī)技術(shù)

在鋼結(jié)構(gòu)施工和在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物使用運(yùn)行過(guò)程中，特別是一些倉(cāng)儲(chǔ)、大型場(chǎng)館、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、海上鋼結(jié)構(gòu)棧道等可使用無(wú)人機(jī)旋翼、無(wú)人機(jī)掛載高清攝像頭進(jìn)行高清拍攝，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的各種質(zhì)量和安全問(wèn)題，以確保鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)、質(zhì)量、人員安全提供科學(xué)的處置依據(jù)；隨著科技水平不斷提高，無(wú)人機(jī)技術(shù)的各項(xiàng)性能也越來(lái)越先進(jìn)，各項(xiàng)成本也在逐步地降低，無(wú)人機(jī)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、靈活性以及可操作性都比傳統(tǒng)的人工檢查監(jiān)測(cè)具有極大的優(yōu)越性，因此引入無(wú)人機(jī)檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用在鋼結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)營(yíng)檢查檢測(cè)中，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為執(zhí)行各項(xiàng)處理方案提供精準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)；可確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中各項(xiàng)質(zhì)量問(wèn)題和人員安全，后期使用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)整個(gè)構(gòu)筑物維護(hù)工作降低大量成本投入，工作效率大幅提高；旋翼無(wú)人機(jī)可利用GPS定點(diǎn)懸停拍攝取樣，利用高精度的廣角攝像頭對(duì)拍攝畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；與傳統(tǒng)的檢查檢測(cè)方法對(duì)比具有高精度、便捷、靈活等較強(qiáng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)；使用的綜合成本在很大程度上低于人工專(zhuān)業(yè)檢測(cè)費(fèi)用；只要合理搭配高精度廣角攝像鏡頭，對(duì)各種施工和運(yùn)營(yíng)中質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行航拍，根據(jù)采集到的各項(xiàng)檢查數(shù)據(jù)地面數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)建立質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)行反復(fù)對(duì)比分析，為質(zhì)量評(píng)估和整改提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

3.2 無(wú)人機(jī)的檢查檢測(cè)原

無(wú)人機(jī)檢查系統(tǒng)主要有多旋翼無(wú)人機(jī)、搭載高清廣角攝像頭、地面接收站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸和接收系統(tǒng)、信息儲(chǔ)存系統(tǒng)等綜合組成；應(yīng)用地面站操控系統(tǒng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的各項(xiàng)系統(tǒng)巡查，利用廣角高清鏡頭進(jìn)行巡航拍攝、定點(diǎn)重要節(jié)點(diǎn)拍攝、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)；地面站可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或移動(dòng)式傳輸，地面接收站專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員通過(guò)接收到的數(shù)據(jù)及影像進(jìn)行分析處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的程度，精準(zhǔn)確定處置方案。

對(duì)于傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查方法無(wú)人機(jī)檢查有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）大跨度鋼結(jié)構(gòu)云掃描，監(jiān)測(cè)構(gòu)筑物整體沉降量，保證施工質(zhì)量和安全。（2）異型鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)位云掃描，構(gòu)件安裝掃描、預(yù)吊裝及安裝掃描，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)質(zhì)量安全問(wèn)題。（3）鋼結(jié)構(gòu)撓度變形點(diǎn)位云掃描可進(jìn)行變形量與設(shè)計(jì)值規(guī)范值的分析對(duì)比，可精準(zhǔn)評(píng)估鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全。（4）旋翼無(wú)人機(jī)可以懸停拍攝，可進(jìn)行支座滑移檢測(cè)、螺栓松動(dòng)程度監(jiān)測(cè)、漆膜防腐破損和修復(fù)程度監(jiān)測(cè)、索膜結(jié)構(gòu)PE破損及修復(fù)情況檢測(cè)。（5）從配備準(zhǔn)備好的點(diǎn)位云模式可直接測(cè)量網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和管桁架結(jié)構(gòu)三維坐標(biāo)系統(tǒng)，并將其回放到設(shè)計(jì)好的三維模型中，對(duì)比實(shí)際預(yù)設(shè)坐標(biāo)的偏差值，為其圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和機(jī)電、消防管道安裝和各種設(shè)備安裝提供精準(zhǔn)依據(jù)。

4 無(wú)人機(jī)檢查監(jiān)測(cè)實(shí)例

湄洲灣港秀嶼區(qū)石門(mén)澳作業(yè)區(qū)11號(hào)泊位工程——干煤棚、硫酸銨棚工程位于福建省莆田市，干煤棚、硫酸銨棚工程項(xiàng)目為全封閉式形式，其中干煤棚為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，硫酸銨棚為鋼管桁架結(jié)構(gòu)。

1號(hào)、2號(hào)干煤棚為拱棚網(wǎng)架（兩棟形式一致），采用正放四角錐弧形面螺栓球節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，內(nèi)外弦均支承，外弦采用雙向支坐落在下部混凝土柱上，外弦柱頂標(biāo)高為2.0?m，內(nèi)弦采用單向支坐落在下部混凝土柱上，內(nèi)弦柱頂約3.75?m，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高為42.913?m，平面尺寸為長(zhǎng)328.5?m×寬117.5?m，網(wǎng)架厚度4.4?m。硫酸銨棚膜面空間正三角形管桁架，桁架厚度3827?mm，結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高41.010?m平面尺寸109.74?m×293.4?m。

4.1 無(wú)人機(jī)使用情況

針對(duì)本項(xiàng)目特點(diǎn)日常檢查主要有焊接質(zhì)量外觀檢查、螺栓球螺栓緊固程度檢查、鋼結(jié)構(gòu)防腐漆膜破損情況及修復(fù)情況檢查、管桁架拉索緊固程度檢查、膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)檢查、膜損害程度及修復(fù)情況檢查、干煤棚圍護(hù)系統(tǒng)檁條、圍護(hù)系統(tǒng)拼裝嚴(yán)密性檢查等、螺栓球空間定位、支座抗滑移監(jiān)測(cè)、高強(qiáng)螺栓狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

本項(xiàng)目采用多旋翼無(wú)人機(jī)具有可懸停功能，旋翼無(wú)人機(jī)具有安全性、機(jī)動(dòng)性、靈活性；旋翼無(wú)人機(jī)由于可搭載多個(gè)廣角高清攝像頭可有效拍攝地面、構(gòu)筑物外立面、懸停高空拍攝各個(gè)施工部位的工作狀態(tài)和投入運(yùn)營(yíng)后的各部位狀態(tài)建模；還可環(huán)繞構(gòu)筑物進(jìn)行建模；對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量和安全監(jiān)測(cè)提供了科學(xué)依據(jù)。

為了取得無(wú)人機(jī)的檢查結(jié)果在1號(hào)、2號(hào)干煤棚、硫酸銨棚（每條軸線(xiàn)）的網(wǎng)殼架和鋼管桁架頂部和兩側(cè)螺栓球頂部進(jìn)行了編碼，通過(guò)編碼確定質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的位置，在施工階段對(duì)每個(gè)編碼的前中后期分為三段次進(jìn)行圖片拍攝進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成數(shù)據(jù)庫(kù)為以后的技術(shù)處置提供可靠依據(jù)。

4.2 無(wú)人機(jī)技術(shù)使用的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：使用操作靈活、拍攝效果精度高、使用簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)影像處理需依靠人工處理完成；隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，無(wú)人機(jī)質(zhì)量檢測(cè)檢查技術(shù)作為一種值得大力推廣的新技術(shù)正在逐步應(yīng)用推廣在多個(gè)領(lǐng)域中，其成本低廉、超高的工作效率優(yōu)勢(shì)直接彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查檢測(cè)檢查數(shù)據(jù)采集技術(shù)不足的短板，大幅提高了鋼結(jié)構(gòu)各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量參數(shù)的采集技術(shù)手段的精確度和工作效率；對(duì)于在傳統(tǒng)的檢查檢測(cè)存在困難部位，大幅提高了質(zhì)量檢查人員安全保障系數(shù)。

按照《建筑工程質(zhì)量統(tǒng)一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》《工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》《鋼結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》《建筑變形測(cè)量規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》等規(guī)范要求，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查檢測(cè)，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)所應(yīng)進(jìn)行的檢查主要依靠人工操作完成。現(xiàn)將幾種鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查監(jiān)測(cè)方式方法進(jìn)行對(duì)比見(jiàn)表1。

表1??鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)檢查方法對(duì)比

從上表中可以看出不管是傳統(tǒng)的檢查監(jiān)測(cè)方法還是旋翼無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法都各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)；普通的傳統(tǒng)常規(guī)檢測(cè)手段，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期存在死角；隨著無(wú)人機(jī)檢查監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展，如果采用傳統(tǒng)的技術(shù)檢查手段配合無(wú)人機(jī)技術(shù)相結(jié)合定可彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)察檢驗(yàn)的短板和不足之處，從而進(jìn)一步提高了質(zhì)量檢查監(jiān)測(cè)的效率，有效地保障了鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和后期鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物使用安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展和施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)的必要性和必然性依靠人工檢查檢測(cè)質(zhì)量病害已跟不上時(shí)代發(fā)展的潮流；在不久的將來(lái)，無(wú)人機(jī)質(zhì)量檢查監(jiān)測(cè)技術(shù)將成為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展的主流，更加能滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查檢測(cè)方面的各項(xiàng)需求。

摘自《建筑工人》2023年2月，王曉佳，張凱，張澎濤

（責(zé)任編輯：何雯麗）