无人机航拍在既有幕墙检查中的应用

何宇聪 曾俊锋 许文君

广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东广州 510440

近年来，随着科技日新月异的发展，无人机航拍技术在很多领域中发挥不可或缺的作用。无人机航拍是一个集单片机技术、航拍传感器技术、GPS导航航拍技术、通讯航拍服务技术、飞行控制技术、任务控制技术、编程技术等多技术并依托于硬件的高科技产物，其拍摄影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点，且无人机为航拍摄影提供了操作方便、易于转场的遥感平台；起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其他较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易；小型轻便、低噪节能、高效机动、影像清晰、轻型化、小型化、智能化更是无人机航拍的突出特点。

无人机航拍在建筑领域应用中，一般较多的应用于城市规划、测绘工程、防雷检测等技术方面[1-2]。而在检测领域应用中，也多集中在电力线路检测、桥梁检测[3-4]。在对建筑物既有幕墙安全可靠性检查鉴定方面的应用几乎未曾提及。由于无人机本身具有高灵活性、效率高、成本低的特点，并且能在特别危险的区域或不利于人高空作业的区域活动探测。因此使用无人机航拍进行既有幕墙的外观检查有着独特优势。

1 无人机的检查优势

在既有幕墙工程中，必不可少的就是外观检查工作。使用无人机航拍录像与传统使用人力高空作业检查相比，主要优势表现在五个方面。

1.1 操作方面

飞机飞行方便，可执行向前飞行，向后飞、盘旋、垂直飞行等特殊任务，如小转弯半径、射击条件等自然条件的气流限制等，符合航空飞行动作的要求可以重复操作。而人员高空作业每船每人只能带一位置上下检查，部分转角，斜面或造型特殊的幕墙无法到达检查。

1.2 控制方面

航拍中，爬升力强，可根据设计高度自由控制，在短时间内完成从低空到几百米的飞行，另外，在外部环境中没有障碍的情况下，无人机可以在10m的低空拍摄。而人员使用吊船或筏板高空作业时，上下速度受限。

1.3 灵活方面

在作业过程中，遇到风雨天气，传统的使用人员高空作业则无法开展。但无人机由于使用了减震设备，机械振动在飞行中可以得到最大的削弱，即使在一般的天气环境下，通过控制摄像师，空中振动对镜头的影响也很小。

1.4 安全方面

首先，无人机由其自身的电力系统独立运行，受环境气流的影响，而且本身系统有双保险，防止无人机意外坠落。而传统人员在高空作业过程中，不可见因素较多。

1.5 效率方面

无人机航拍空中飞行自由度大，一般电池的续航时间在30min，30min的飞行航拍检查，远比传统高空作业检查工作需要重复上下左右移动吊船，要高效。

2 案例分析

广州建设工程质量安全检测中心有限公司进行的某个既有幕墙工程鉴定工作，该纪念馆为超大型幕墙工程，为广州市标志性建筑之一和重要的爱国主义教育基地。自投入使用的6年以来，幕墙工程陆续出现了一系列质量问题和故障，包括石材板块松动脱落、楼顶石材板块坍塌脱落等。石材板块脱落的范围分布较广，数量约10余块。该工程石材幕墙总面积约2万m2，玻璃幕墙总面积约2000m2，故该工程的石材幕墙的质量状态是本次可靠性鉴定的重点和难点。

要全面掌握该工程幕墙吊挂石材的整体质量状态，抽样检查已不足以完成任务。因此计划先进行外立面100%全覆盖的检查。该方案得到业主同意后正式付诸实施。

考虑到业主需要对外立面进行100%全覆盖检查，因此，方案中首先安排无人机航拍录像，对建筑外观进行一次详细和全面的检查。再结合施工人员高空筏板作业。在具体作业过程中，检测人员控制无人机航拍录像后，进行全景高清录像，核查每一个片区的石材幕墙。将图像数据导入电脑后，发现该片区板块有可疑处，安排检查人员通过高空筏板或升降平台目视检查确认。发现幕墙质量问题，将标签和编号贴在相应的位置上，记录质量问题并拍照，确认其位置并在图纸上标注。每个记录包含检查时间、检查位置、故障状态、检查照片和故障位置。

项目进行外观检查时有两大难点：

（1）北立面造型为异型，并且天面无法提供吊船固定位置，人员无法使用吊船检查。使用无人机航拍录像检查，对问题部位定位。再结合人员使用筏板作业确定，高效快捷。共和大道两侧石材幕墙如图1所示。

图1 共和大道两侧石材幕墙

（2）在共和大道两侧的石材幕墙，由于天面有玻璃天窗封闭，中间为大斜坡过道，两侧悬空。人员基本无法通过筏板或吊船进行外观检查。使用无人机低空航拍录像，可克服该困难，并对大道两侧破裂的石材进行记录。无人机外观如图2所示，项目所使用的无人机系统主要参数如表1所示。

图2 无人机外观

表1 使用的无人机系统主要参数

检查结果：该工程使用的石材为30mm厚天然花岗石石材，颜色为灰白色，表面为火烧面。石材产品的厂家信息不详。石材板块的标准尺寸为1200mm×600mm，局部位置因立面造型等原因与标准尺寸有一定差异。现场检查中，石材板块绝大部分状态良好，石材表面平整、洁净无污染。少量部位和板块存在崩角、崩边等现象，极少数板块存在裂缝。当中程度较轻的开裂因数量较多未计入列表。出现裂缝特别是贯通裂缝的石材存在严重安全隐患，有脱落风险，应及时拆除维修。由于石材为开放式设计，不存在硅酮密封胶的污染问题，但现场石材多处出现锈迹，主要原因是石材安装时使用螺帽、垫片等材料进行临时定位，安装完毕后未清除，长期日晒雨淋后生锈并随雨水渗漏至石材外表面。各石材开裂及石材污染情况，如图3、图4所示；石材质量状态统计如表2所示。

图3 破裂石材

图4 石材表面的污染状态

表2 石材质量状态统计表

3 结语

使用无人机航拍对既有幕墙工程进行外观检查，是一项无人机在建筑行业领域上的有效应用。既增加了对超高层幕墙工程外观检查时的检查方法，也解决了在异型幕墙工程，尤其无法使用吊船或擦窗机作业的工作面的外观检查难题。在使用无人机航拍录像过程中，既能高效的对外观进行100%全面检查，也能重点的对问题部位进行拍摄查验。依据检查成果，业主能够全面掌握幕墙工程外立面的故障信息，可以立即采取措施消除严重安全隐患，对故障程度较重但暂未处理的隐患，可持续监控其状态，做到心中有数。

作为新型技术检测手段，亦可以将无人机航拍后的录像和图片进行数据处理，结合BIM技术，对建筑物的外幕墙的问题做详细的记录，定位，存档，让管理部门能够对建筑的既有幕墙安全可靠性有详细的了解和掌握。