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无人机在钢结构工程质量检查监测中的应用

无人机在钢结构工程质量检查监测中的应用

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1 质量检查的重要性


近几年部分钢结构工程在施工过程和使用过程中出现了质量和安全事故,导致财产损失和生命损失,为了避免类似的事故发生,所以必须加强对钢结构施工过程中和在使用运行过程中的质量安全检查力度,通过检测、检查及时发现质量和安全隐患,为钢结构构筑物的质量和安全问题提供科学的处理依据,保障施工过程中的技术质量安全运行,提高构筑物的使用寿命,同时对构筑物的维护和运行提供可靠的技术依据。


2 传统的钢结构质量安全检查方式


大跨度钢结构质量检查主要是对外观和结构进行综合检查评定,结构检查主要是通过专业的检测机构、专业的检测工具进行一系列的物理和力学检测,外观检查主采用近距离人工观察,比如钢结构构件防腐涂层的破损和修补程度、螺栓松脱、支座位移情况、围护结构拼装等;传统的检查方法在遇到大跨度、特殊的异形结构以及净高较高的空间钢结构时检查的效果就会相当的差,即使使用高倍望远镜也难达到预期效果;人工检测质量大多时候是人工攀爬钢结构进行检查,危险性较高,效果难以达到预期;同时耗费大量的人力和物力投入,成本高昂;并且不能满足质量检查的日常检查要求;因此传统的人工检查监测无法有效地完成检查检测工作;也无法按照相关法规规范要求全面地检查项目,完成检查任务,严重存在缺检、漏检等质量问题,无法及时发现,造成质量和安全隐患。


3 无人机技术在钢结构质量和安全检查检测中的应用


3.1 引入无人机技术


在钢结构施工和在钢结构构筑物使用运行过程中,特别是一些仓储、大型场馆、钢结构桥梁、海上钢结构栈道等可使用无人机旋翼、无人机挂载高清摄像头进行高清拍摄,及时发现钢结构构筑物的各种质量和安全问题,以确保钢结构技术、质量、人员安全提供科学的处置依据;随着科技水平不断提高,无人机技术的各项性能也越来越先进,各项成本也在逐步地降低,无人机技术的经济性、灵活性以及可操作性都比传统的人工检查监测具有极大的优越性,因此引入无人机检测技术运用在钢结构施工和运营检查检测中,可及时发现问题,为执行各项处理方案提供精准提供科学依据;可确保及时发现施工过程中各项质量问题和人员安全,后期使用无人机技术对整个构筑物维护工作降低大量成本投入,工作效率大幅提高;旋翼无人机可利用GPS定点悬停拍摄取样,利用高精度的广角摄像头对拍摄画面进行实时传输;与传统的检查检测方法对比具有高精度、便捷、灵活等较强技术优势;使用的综合成本在很大程度上低于人工专业检测费用;只要合理搭配高精度广角摄像镜头,对各种施工和运营中质量问题进行航拍,根据采集到的各项检查数据地面数据接收系统建立质量风险数据库,可进行反复对比分析,为质量评估和整改提供科学可靠的依据。


3.2 无人机的检查检测原


无人机检查系统主要有多旋翼无人机、搭载高清广角摄像头、地面接收站系统、数据传输和接收系统、信息储存系统等综合组成;应用地面站操控系统进行钢结构构筑物的各项系统巡查,利用广角高清镜头进行巡航拍摄、定点重要节点拍摄、储存数据、传输数据;地面站可根据需要进行数据传输或移动式传输,地面接收站专业技术人员通过接收到的数据及影像进行分析处理,及时发现质量问题的程度,精准确定处置方案。


对于传统的钢结构质量检查方法无人机检查有以下优点:(1)大跨度钢结构云扫描,监测构筑物整体沉降量,保证施工质量和安全。(2)异型钢结构点位云扫描,构件安装扫描、预吊装及安装扫描,及时发现各项质量安全问题。(3)钢结构挠度变形点位云扫描可进行变形量与设计值规范值的分析对比,可精准评估钢结构质量和安全。(4)旋翼无人机可以悬停拍摄,可进行支座滑移检测、螺栓松动程度监测、漆膜防腐破损和修复程度监测、索膜结构PE破损及修复情况检测。(5)从配备准备好的点位云模式可直接测量网壳结构和管桁架结构三维坐标系统,并将其回放到设计好的三维模型中,对比实际预设坐标的偏差值,为其围护结构系统和机电、消防管道安装和各种设备安装提供精准依据。


4 无人机检查监测实例


湄洲湾港秀屿区石门澳作业区11号泊位工程——干煤棚、硫酸铵棚工程位于福建省莆田市,干煤棚、硫酸铵棚工程项目为全封闭式形式,其中干煤棚为钢网架结构,硫酸铵棚为钢管桁架结构。


1号、2号干煤棚为拱棚网架(两栋形式一致),采用正放四角锥弧形面螺栓球节点结构,内外弦均支承,外弦采用双向支坐落在下部混凝土柱上,外弦柱顶标高为2.0 m,内弦采用单向支坐落在下部混凝土柱上,内弦柱顶约3.75 m,网架结构顶标高为42.913 m,平面尺寸为长328.5 m×宽117.5 m,网架厚度4.4 m。硫酸铵棚膜面空间正三角形管桁架,桁架厚度3827 mm,结构顶标高41.010 m平面尺寸109.74 m×293.4 m。


4.1 无人机使用情况


针对本项目特点日常检查主要有焊接质量外观检查、螺栓球螺栓紧固程度检查、钢结构防腐漆膜破损情况及修复情况检查、管桁架拉索紧固程度检查、膜结构节点检查、膜损害程度及修复情况检查、干煤棚围护系统檩条、围护系统拼装严密性检查等、螺栓球空间定位、支座抗滑移监测、高强螺栓状态监测。


本项目采用多旋翼无人机具有可悬停功能,旋翼无人机具有安全性、机动性、灵活性;旋翼无人机由于可搭载多个广角高清摄像头可有效拍摄地面、构筑物外立面、悬停高空拍摄各个施工部位的工作状态和投入运营后的各部位状态建模;还可环绕构筑物进行建模;对于钢结构实体质量和安全监测提供了科学依据。


为了取得无人机的检查结果在1号、2号干煤棚、硫酸铵棚(每条轴线)的网壳架和钢管桁架顶部和两侧螺栓球顶部进行了编码,通过编码确定质量风险的位置,在施工阶段对每个编码的前中后期分为三段次进行图片拍摄进行数据分析,形成数据库为以后的技术处置提供可靠依据。


4.2 无人机技术使用的优点和缺点


优点:使用操作灵活、拍摄效果精度高、使用简便;缺点:数据影像处理需依靠人工处理完成;随着无人机技术的持续发展,无人机质量检测检查技术作为一种值得大力推广的新技术正在逐步应用推广在多个领域中,其成本低廉、超高的工作效率优势直接弥补了传统钢结构质量检查检测检查数据采集技术不足的短板,大幅提高了钢结构各项技术质量参数的采集技术手段的精确度和工作效率;对于在传统的检查检测存在困难部位,大幅提高了质量检查人员安全保障系数。


按照《建筑工程质量统一验收标准》《工程测量标准》《钢结构荷载规范》《钢结构工程质量验收标准》《建筑变形测量规范》《钢结构工程施工规范》等规范要求,钢结构质量检查检测,根据项目特点所应进行的检查主要依靠人工操作完成。现将几种钢结构质量检查监测方式方法进行对比见表1。


表1  钢结构质量检测检查方法对比


从上表中可以看出不管是传统的检查监测方法还是旋翼无人机检测方法都各有自己的优缺点;普通的传统常规检测手段,钢结构质量检查监测长期存在死角;随着无人机检查监测技术的进一步持续发展,如果采用传统的技术检查手段配合无人机技术相结合定可弥补传统监察检验的短板和不足之处,从而进一步提高了质量检查监测的效率,有效地保障了钢结构施工质量和后期钢结构构筑物使用安全。


5 结束语


随着无人机技术的高速发展和施工质量监测的必要性和必然性依靠人工检查检测质量病害已跟不上时代发展的潮流;在不久的将来,无人机质量检查监测技术将成为钢结构行业发展的主流,更加能满足钢结构质量检查检测方面的各项需求。


摘自《建筑工人》2023年2月,王晓佳,张凯,张澎涛


(责任编辑:何雯丽)



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[责任编辑:Susan]

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