基于bim-lidar无人机系统的施工精度实时监测研究

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1、基于BIM-LiDAR无人机系统的施工精度实时监测研究刘琰“汪军I孙岑菲I孙唯暉2苗宇错2（1重庆大学建设管理与房地产学院；2天津大学管理与经济学部）摘要：施工阶段作为质量管理最为关键的换坏节，密切关系到人民群众的安居乐业。近年来，学者和业界更多地将注意力集中到施工质量管理的方法和规范，施工质量管理与其他领域技术创新的结合却没有引起足够的重，因此通过学科交叉用新的方法来提升施工质量管理的水平变得非常必要。本研究将引入一套新的施工质量检测系统：通过应用四旋翼无人机机载激光雷达，采集准确的建筑信息，将反馈的信息与相对应的BIM模

2、型信息进行实时对比。这样，质量控制人员可以于千里之外随时掌控现场工程质量。为了验证研究成果，本研究团队进行了基于BIM-LiDAR无人机系统的实证研究，实现了本系统的部分功能。关键词：质量控制，BIM,LIDAR,四旋翼无人机1概述1.1研究背景目前我国正处于经济社会发展的高速公路上，工程项忖建设涉及到社会和国家的方方面面。随着市场经济的不断发展，工程项目质量己经成为决定施工企业之间竞争的关键因素,也是决定工程建设成败的核心之一。近年来，我国建筑业工程质量虽然有了较大提高，但是目前仍存在着相当严重的问题，出现了多起因为建设质

3、量造成的建筑施工事故，不但造成财产的损失和人员的伤亡，也引起了非常恶劣的社会影响。因此，不断探索建筑工程项目施工质量的管理理论与方法，更好地提高工程项li的质量水平，具有重大的意义。施工阶段质量管理是工程项目全过程质量管理的关键坏节，施工阶段质量管理是否有效，关系到整个工程项目的顺利完成以及最终质量能否达到国家规范和业主的要求。为了保证工程质量时时处于受控状态，必须对质量数据进行收集、整理、分析和利用。建立计算机化的质量管理系统可以有效地提高工程质量的科学化和现代化水平。从全球范围来看，信息技术应用已被普遍视为改造建筑业这一

4、传统产业的战略手段川。然而，建筑业的信息技术应用仍存在总体投入水平较低、实际应用效果微弱等众多问题⑵。计算机辅助工程质量管理，在世界发达国家己经达到较高的水平，而国内用于目标控制的、实用的工程建设质量管理软件却很少。在这种背景下，本文通过将用于施工精度实时检测的BIM-LiDAR无人机系统作为研究对象，旨在进一步提供施工过程中的质量管理程度，具有重大的现实意义。1.2研究内容基于BIM技术的虚拟施工现场实时更新系统主要以BIM技术建立的三维建筑信息模型为基准，通过Navisworks软件按照预先设定好的视点集合进行建筑物的虚

5、拟施工模拟，生成基准数据为施工精度实时监测提供参考标准。该系统的难点在于视点集合的实现和同步更新。基于LIDAR技术的施工现场实时监测系统通过LiDAR技术对施工现场进行实时扫描，形成点云数据模型的同时，向中央控制系统实时传送施工现场质量数据，通过与BIM虚拟系统提供的基准数据进行对比，分析施工精度误差，最终达到对施工质量的管理和控制。无人机用户界而是以有效实现人机交互为目标的工业设计研究领域，是机器与人类Z间的逻辑空间存在。具体到本系统，无人机用户界面模块的设计目的是实现一种架构在BIM软硬件平台模块上的GUI（图形用户界

6、面），用于进行实时远程控制并实时地将精度监测原始数据以图形和图表形式呈现给使用者。1・3技术路线理论部分BIM理论知识提炼当前半机械半人力施制造业自动化生产工系统缺陷总结线经验积累BIM软硬件知识汇总分析BIM平台选择自动化施工系统特征构想自动化施工系统需求分析自动化施工系统系统分析构建自动化施工系统子系统树状图——自动化施工系统关键技术分析成熟度模型口动化施工系统子系统一一关键技术关联模型技术部分确泄研究对象：UDAR技术、BIM技术对比、甄别可行的BIM平台子系统A监测无人机子系统子系统B无人机现场控制子系统接口手册研读

7、和分析视觉控制编码实验子系统C数据处理与人机交互终端子系统子系统D通信介质子系统控制和监视功能合成实验远程拎制和视频回传编码实验完成控制监视插件编码系统试验和错误修止2用于施工精度实时监测的BIM-LiDAR无人机系统2.1概述本研究屮，用于施工精度实时监测的BIM丄iDAR无人机系统主要由以下四个分系统组成：监测无人机子系统、无人机现场控制子系统、数据处理与人机交互终端子系统和通信介质子系统。具体协同工作模式见下图所示:标准作业流程V子系统B无人机现场控制系统V子系统A监测无人机系统<•子系统C数据处理与沢机交互终端子系统

8、子系统D通信介质子系统Fig.2.1BIM-LiDAR无人机系统协同工作模式2.2子系统A：监测无人机子系统四旋翼飞行器，简称Quadrotor,是一种能够垂直起降的多旋翼直升机。Quadrotor的四只旋翼安装于十字形机体的四个顶点位置，分为顺时针和逆吋针两组，位于同一对角线上的两只旋翼