公路施工質(zhì)量安全管理無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用
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關(guān)鍵詞：公路；無人機(jī)；施工；質(zhì)量安全管理；高效
1前言
隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，使得無人機(jī)技術(shù)趨于民用化,而且其制造成本也越來越低、應(yīng)用越來越廣泛。無人機(jī)是航拍、測(cè)繪數(shù)據(jù)獲取的重要手段，興起于2012年的航拍，而現(xiàn)在已在偵察、農(nóng)業(yè)植保、測(cè)繪、電力巡線中得到廣泛應(yīng)用，具有影像實(shí)時(shí)傳輸、探測(cè)高危地區(qū)、安全便利，且成本低、高分辨率、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨咸攸c(diǎn)，無人機(jī)輔助技術(shù)正迅速向各個(gè)行業(yè)蔓延，目前公路行業(yè)主要是應(yīng)用在公路的養(yǎng)護(hù)和交通監(jiān)控上，對(duì)于公路施工方面也正在以迅雷不及掩耳的速度改變著傳統(tǒng)施工管理模式。
2目前施工質(zhì)量管理存在問題
2.1公路施工的特點(diǎn)
（1）公路呈帶狀分布，線路較長，目前一個(gè)標(biāo)段約10km左右，一般依靠施工便道通行，有可能存在斷點(diǎn)，檢查一次需要人員多、且耗時(shí)較長。（2）公路施工所在地一般地形起伏較大，地質(zhì)、水文等條件復(fù)雜，且環(huán)境相對(duì)較差，對(duì)人員影響、限制較大。（3）公路施工中，路基高填深挖、橋梁高墩等高處作業(yè)多，安全隱患大。（4）隱蔽工程多，人為因素多，留存影像資料難。
2.2公路施工管理中存在的問題
基于上述工程特點(diǎn)，致使施工現(xiàn)場(chǎng)存在較多漏洞，質(zhì)量監(jiān)管不到位，且效率低下。
2.2.1視野局限公路施工均在野外，且地形限制、場(chǎng)地狹小，現(xiàn)場(chǎng)少量的工程技術(shù)人員無法全面的監(jiān)督施工現(xiàn)場(chǎng)全部情況，而且人員現(xiàn)場(chǎng)觀察視野的高度、廣度、視距均有較大局限性。
2.2.2路基施工中質(zhì)量管理隱患路基施工點(diǎn)多線長，受人員數(shù)量限制，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)、質(zhì)量人員監(jiān)管難度大，從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)時(shí)間較長，不可能面面俱到，經(jīng)常顧此失彼?，F(xiàn)場(chǎng)漿砌片石砂漿不飽滿、壓路機(jī)停歇不工作。路基高邊坡防護(hù)施工中，不按照標(biāo)記的位置打設(shè)錨桿孔，或者錨桿安裝不到位，而現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員無法清楚地觀察是否施工到位，同時(shí)在邊坡開挖時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開挖刷坡不到位，或者邊坡出現(xiàn)裂縫等施工問題和安全隱患。目前主要靠質(zhì)檢和技術(shù)人員直接觀察，對(duì)于一些較高邊坡頂或者面積大路段在驗(yàn)收過程會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)驗(yàn)收不到位，或者出現(xiàn)驗(yàn)收遺漏等情況，這樣會(huì)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量安全。
2.2.3橋梁工程施工中質(zhì)量安全管理隱患橋梁工程高空作業(yè)多、隱蔽工程也多，而安全爬梯要頻繁轉(zhuǎn)移墩位，搭設(shè)不到位，使質(zhì)檢人員上下檢查困難。對(duì)于蓋梁、薄壁高墩施工模板和鋼筋數(shù)量的檢查，部分檢查人員恐高等不愿去檢查，且人員上去檢測(cè)對(duì)鋼筋骨架進(jìn)行踩踏造成鋼筋變形、移位等二次損壞；高空混凝土澆筑完后的養(yǎng)生不方便，經(jīng)常缺水；另外還有工人安全防護(hù)用品佩戴不及時(shí)等，都給項(xiàng)目留下質(zhì)量、安全隱患。橋梁上部施工中，隱蔽工程多，且無法直接檢查、察看。濕接縫底常常會(huì)出現(xiàn)接縫不嚴(yán)，導(dǎo)致空洞、漏筋，混凝土表面出現(xiàn)蜂窩；梁板架設(shè)時(shí)安裝的橡膠支座因橋面施工導(dǎo)致變形、位移、個(gè)別臨時(shí)支座未完全拆除等，技術(shù)人員難以到達(dá)，肉眼難以觀察到，使用專業(yè)橋檢車費(fèi)用非常高，致使經(jīng)常留下質(zhì)量隱患，影響工程竣工驗(yàn)收。
2.2.4其他特殊工程施工的質(zhì)量安全隱患在深基坑、滑坡體、石方爆破等危險(xiǎn)性較大工程施工時(shí)，施工檢查人員深入前線困難，不能及時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，作出正確決策，就可能引起工程開裂、失穩(wěn)坍塌等，造成工程質(zhì)量和安全事故。
3.1無人機(jī)簡(jiǎn)介
無人機(jī)就是無人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。有固定翼、單旋翼、多旋翼，工程中多以多旋翼無人機(jī)為主，多旋翼無人機(jī)操控較為簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性高，具有垂直起降、空中懸停、原地回轉(zhuǎn)等獨(dú)特飛行技能，且價(jià)格較單旋翼也更為便宜，廣受歡迎。目前無人機(jī)大多數(shù)配備有2000萬像素影像傳感器，續(xù)航時(shí)間約30分鐘，并擁有環(huán)境識(shí)別與避障能力，安全性更高、更智能。在公路施工質(zhì)量管理中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用無人機(jī)搭載高清攝像機(jī)、熱成像儀、成像裂縫識(shí)別儀、灑水機(jī)等設(shè)備，通過地面遙控開展工程項(xiàng)目施工質(zhì)量巡視、質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷并對(duì)整改情況進(jìn)行驗(yàn)收，以及質(zhì)量驗(yàn)收、影像資料采集等相關(guān)質(zhì)量管理工作［1］。
3.2無人機(jī)對(duì)施工質(zhì)量的輔助監(jiān)管
3.2.1日常質(zhì)量巡檢根據(jù)前面分析可知，公路施工點(diǎn)多、面廣、線路長，采用無人機(jī)技術(shù)，工程人員可足不出戶完成現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量巡查。工程技術(shù)人員可以利用無人機(jī)搭載高清攝像機(jī)的空中優(yōu)勢(shì)——速度快、范圍大、視角廣的特點(diǎn)，可對(duì)多個(gè)施工地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，并有突然性、隨機(jī)性，即時(shí)發(fā)現(xiàn)違章和缺陷，同時(shí)留下影像資料。減少了現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員數(shù)量，也提高了質(zhì)量監(jiān)管的效率。
3.2.2質(zhì)量檢查驗(yàn)收公路施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜，有高邊坡、高墩、水上等危險(xiǎn)性較高的施工作業(yè)，無人機(jī)可以彌補(bǔ)人員的短板，代替質(zhì)檢人員不便到達(dá)施工點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)收，保證驗(yàn)收質(zhì)量。工程人員可在地面，甚至是在項(xiàng)目部院內(nèi)用無人機(jī)高清攝像設(shè)備對(duì)高墩或蓋梁鋼筋數(shù)量、每根鋼筋焊接質(zhì)量、鋼筋間距、邊坡防護(hù)砂漿質(zhì)量、錨桿數(shù)量等都可以細(xì)致檢查，并將檢測(cè)情況存入硬盤或云端，作為施工過程質(zhì)量檢查、驗(yàn)收依據(jù)，同時(shí)還可以通過網(wǎng)絡(luò)通話或者電話實(shí)時(shí)通報(bào)檢查結(jié)果，大大節(jié)省人力，而且效率高、安全可靠。工程完工后交工驗(yàn)收前，項(xiàng)目部需要預(yù)驗(yàn)收，可使用無人機(jī)高清攝像設(shè)備或熱成像儀對(duì)梁板底，蓋梁頂、支座等構(gòu)件質(zhì)量情況輕松檢查，防患于未然。
3.2.3高墩混凝土養(yǎng)護(hù)隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，高墩橋梁越來越多，墩柱混凝土養(yǎng)護(hù)難度加大。經(jīng)過考察研究，可以借鑒無人植保機(jī)噴灑農(nóng)藥，在多旋翼無人機(jī)底部起落架之間加載水箱，目前小型無人機(jī)一次載荷5~20kg，通過地面遙控對(duì)高墩進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)，這樣既保證了安全，又做到經(jīng)濟(jì)、適用、簡(jiǎn)便。
3.2.4隱蔽資料留存無人機(jī)最基本的功能就是錄取影像資料，針對(duì)關(guān)鍵工程、隱蔽工程可以隨時(shí)飛到現(xiàn)場(chǎng)，錄下影像資料，若有問題，還可方便整改前后進(jìn)行對(duì)比，消除工人僥幸心理和弄虛作假行為，保證工程質(zhì)量。
3.3無人機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工的監(jiān)管
根據(jù)前面的分析，公路施工環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)因素多，無人機(jī)可以代替管理人員實(shí)時(shí)觀察施工情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)操作等不安全情況，既可節(jié)約人員數(shù)量、檢查時(shí)間，還保證了安全的施工。在滑坡體、塌方、深基坑、邊坡爆破等施工中遇到特殊情況時(shí)，如果人員親自去現(xiàn)場(chǎng)查看會(huì)有較大安全隱患，而無人機(jī)可以實(shí)時(shí)、全方位地觀察周圍地面的情況，供管理人員作出決策，及時(shí)控制風(fēng)險(xiǎn)，大大減小安全風(fēng)險(xiǎn)。公路施工中，常常有一些特殊的高空作業(yè)，如梁板吊裝、索塔等構(gòu)件安裝，由于場(chǎng)地和視線地限制，無人機(jī)不僅提供全方位的視角實(shí)時(shí)監(jiān)控施工人員的操作，還可以在遙控屏幕上直接觀察和指揮操作，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，減少管理人員的工作，也保證了施工質(zhì)量和安全性。另外，現(xiàn)在高速改擴(kuò)建工程越來越多，均是邊通車邊施工，涉及交通保通和日常交通巡邏；還有目前環(huán)保要求也越來越嚴(yán)，這些剛好可充分利用無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，視野廣、費(fèi)用低，而且快速高效，可在施工過程中進(jìn)行超視距、大視角的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，代替人工巡查。
4無人機(jī)輔助施工質(zhì)量管理保障措施
無人機(jī)小巧靈便、能夠自動(dòng)避障、自動(dòng)返航等先進(jìn)功能，安全性高，大大降低行業(yè)使用門檻，但對(duì)輔助施工質(zhì)量、安全管理還需熟練的飛手，更多質(zhì)量安全管理功能的軟件支持，以及政府對(duì)低空飛行的支持［2］。（1）雖然大家對(duì)無人機(jī)很熟悉，小時(shí)也玩過，但用于工程中還需專業(yè)的培訓(xùn)，以防“墜機(jī)”。施工前聘請(qǐng)專業(yè)老師進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)，使現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員熟悉無人機(jī)及搭載設(shè)備操作控制要領(lǐng)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置和傳輸技巧。嚴(yán)禁在大霧、大雨或者5級(jí)及以上大風(fēng)情況下工作，以保障設(shè)備的安全。（2）相關(guān)硬件設(shè)施的升級(jí)。多專業(yè)人才共同努力，使無人機(jī)質(zhì)量更輕，搭載能力更強(qiáng)，電池性能更高，續(xù)航時(shí)間更長。（3）軟件系統(tǒng)的支持。加強(qiáng)軟件的開發(fā)，提升精度，使無人機(jī)與人工智能、圖像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問題、缺陷、病害等的自動(dòng)識(shí)別和準(zhǔn)確性。（4）隨著無人機(jī)市場(chǎng)的快速發(fā)展、廣泛使用，然而低空空管秩序的缺乏，使得無人機(jī)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)不斷加深，“黑飛”成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，新興事物不能被束縛，但也不能失去監(jiān)管。政府應(yīng)在嚴(yán)加管控、良性引導(dǎo)，注重“疏堵結(jié)合”，以推動(dòng)無人機(jī)輔助技術(shù)不斷提升、發(fā)展。
5展望
目前，無人機(jī)技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于公路橋梁運(yùn)營、維護(hù)，很少應(yīng)用于公路施工質(zhì)量、安全管理工作。經(jīng)過本文的研究和初步試點(diǎn)，無人機(jī)技術(shù)大大提高了質(zhì)量、安全管理工作的效率，還可對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)自動(dòng)留存影像資料，節(jié)省人力，提高了施工質(zhì)量安全管理水平，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)［3］。根據(jù)無人機(jī)在空中及影像傳輸上的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，使其在公路施工領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。使用無人機(jī)搭載三維激光掃描儀和專業(yè)圖像軟件，按指定控制點(diǎn)和路線對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行多方位拍攝、掃描，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM模型中，形成三維模型，并對(duì)構(gòu)造物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、對(duì)比，及時(shí)掌握構(gòu)造物的質(zhì)量、安全和工程進(jìn)度情況。無人機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)突顯，隨著相關(guān)技術(shù)的日漸成熟，其自動(dòng)檢測(cè)、識(shí)別分析等功能將更加完善，滿足更多功能的無人機(jī)將應(yīng)用于工程建設(shè)行業(yè)的各個(gè)角落，使工程建設(shè)管理工作更加高效、便捷。
參考文獻(xiàn)
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作者：祝河清 單位：中交二公局萌興工程有限公司
