无人机在建设工程管理领域的应用现状与挑战

来源:用户上传      作者:刘昱昊

　　摘 要：随着无人机技术的不断成熟，无人机在各行各业中都逐渐开始得到应用。由于无人机本身的高机动性、低成本等特点，其在建筑工程管理领域的应用前景较大。通过在主流数据库中进行相关文献检索，最终得到89篇文献。针对这些文献进行了分析与讨论，对未来的无人机在该领域的研究方向提出了建议。
　　关键词：无人机;建设工程管理;文献分析;应用现状与挑战
　　中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.09.096
　　1 绪论
　　无人机指的是可以被人类远程操作或者自动运行的飞行器。无人机自被发明以来已经有100多年的历史，在大部分时候，无人机都应用于军事领域。随着科技的不断进步，无人机逐渐进入了民用领域，例如空中农业普查、考古挖掘、森林防火、交通监测等。建设工程领域作为对国民经济发展有重大影响的行业自然也不例外。
　　建设工程管理是一项复杂的工作，对建设工程项目的全寿命周期管理就更为艰巨。这种复杂性主要存在于三个方面：第一，建筑物或者构筑物的生命周期很长，大型基础设施的生命周期甚至可以长达百年以上，长寿命周期会给相关管理维护工作带来挑战;其次，一项工程从开始立项建设到最终拆除要经历多个阶段，不同阶段的工作各不相同，涉及不同的管理方法、模式;最后，不同的建设项目的项目规模、地理位置、功能等特征都各不相同。这些因素都对管理者提出了高要求。为了提高对于复杂建设工程的管理效率和效果，有许多新技术开始被使用在建设工程领域。如今随着民用无人机技术逐步走向成熟，建设工程领域也逐渐开始看到它们的身影。许多学者开始针对无人机技术在建设工程管理领域应用的可行性进行研究。
　　本文通过对四大主流数据库（Web of Science，ASCE，ScienceDirect，EI）进行文献检索，探究目前无人机技术在建设工程管理领域应用的现状与挑战，为后续相关无人机应用研究提出建议。
　　2 文献计量
　　在进行文献检索之前首先确定相关检索关键字，关键字由两部分组成：第一部分为无人机（UAV）及其变种（UAVs，drone）等;第二部分为建设工程项目管理全寿命周期各阶段特征关键字，本文将建设工程项目全寿命周期分为五个阶段：设计计划阶段、建造阶段、运营维护阶段、拆除阶段、灾害应对阶段，例如设计计划阶段选取designing，planning，survey，mapping等作为检索关键字。最后使用AND，OR等运算符连接关键字进行搜索。检索时间截至2019年4月。最终在剔除不符合本文主题的文献和会议文献后，总共检索到89篇文献资料，尽管可以确定还会有部分相关文献未被检索到，但这89篇文献资料已经可以很大程度上代表目前的无人机技术在建设工程项目管理工作中的应用情况。后续讨论都建立在对这些文献资料的分析之上。
　　3 应用现状
　　3.1 时间分布
　　虽然本文检索没有特别设置初始时间，但在2007年之前，没有检索到任何无人机在建设工程管理领域应用的文献。在2007年到2013年之间，相关研究数量也非常稀少，总共只检索到4篇文献，可见在建设工程管理领域，无人机技术仍是一项新兴技术。在2014年之后，相关研究数量出现大幅增长，2018年达到了34篇。由于本文检索时间截至2019年4月，在这种情况下，2019年论文数量也达到了15篇，可以预见2019年全年数量能够达到甚至超过50篇。从这个时间分布上可以看出，近几年无人机技术在建设工程管理领域的应用前景已经开始得到广泛关注。
　　3.2 国家地区分布
　　本文通過统计这89篇文献的第一作者或第一通讯作者地址绘制了图1。有24个国家或地区贡献了这89篇文献，值得注意的是，中国和美国是其中贡献度最大的两个国家，分别贡献了21篇论文，这也从侧面印证了目前中美两国民用无人机市场的繁荣。另一个值得注意的现象是该研究领域的国际合作较少，只有17篇论文为两国或两国以上合作完成，而在这17篇文献中，有13篇文献都有美国参与，这体现出目前美国在该研究领域处于领先地位。
　　3.3 建筑类型
　　由于人类对建筑物功能的需求不同，这产生了不同种类的建筑，而不同种类建筑之间规模、成本、材料、建设流程、地理位置等都各不相同，可以推测无人机在不同种类的建设项目中的应用不会是均匀分布的，部分建设项目基于自身的需求可能会对应用无人机有更大的兴趣，统计结果也证明了这一点。本文将建筑类型分为四种：商业建筑、住宅建筑、基础设施、工业建筑。在这89篇文献中，各有7篇分别关注了无人机在商业建筑和住宅建筑中的应用，14篇文献关注了工业建筑，有40篇论文聚焦于无人机在基础设施工程中的应用，这是因为基础设施项目虽然成本高、周期长，但从某种程度上说其复杂程度并不高于商业或工业建筑，如高速公路项目等。商业或工业建筑在建筑主体结构完成后，还有大量的内部工程需要完成，相比之下高速公路这类基础设施项目在主体结构完成后，项目就基本结束。对于无人机来说，建筑内部这类狭窄地形是其应用难点。所以这样的分布也符合预期。此外有21篇文献聚焦于施工安全、进度管控等所有类型工程都存在的问题;还有10篇文献属于综述类型的文章，不适合归属于任意一类工程中。
　　4 应用挑战
　　4.1 无人机与其他技术的联合应用
　　无人机本身结构、功能简单，单纯使用无人机只能进行最基础的拍照、录像等数据获取工作。目前虽然学术界对于无人机技术应用的研究较为火热，但在现实工程中，无人机的应用仍然较少，并且局限于简单工作中。为了能够使得无人机技术发挥更大的作用，有必要对无人机和其他技术的联合应用开展研究，如建筑信息模型（BIM）、增强现实（AR）、无线射频识别（RFID）等，打通不同技术间信息应用的壁垒，针对现实工程遇到的特定问题构建完整可行的解决方案。 　　4.2 動态环境与静态环境中的应用
　　在这89篇文献中，无人机应用最广泛的工作是对桥梁等基础设施进行定期的结构健康检测。这种工作实际上处于一种静态的环境中，大桥已经建设完毕，其周围环境基本不再改变，这时的无人机应用较为简单。但是在工程的建设过程中，无人机的运行环境在不断地发生变化，这给无人机的应用带来了巨大挑战。虽然有文献针对建设过程中的工人安全监测等课题进行研究，但是这类研究离实际应用都还有距离，需要进一步深化研究。
　　4.3 无人机应用的经济效益
　　针对无人机在建设工程管理领域进行研究是为了给实际工程建设者提供一个新的辅助管理手段，从而减少工程的成本。是否能够产生足够的经济效益这个核心问题较少有文献详细讨论，也就是说在实际工程建设中使用无人机技术是否真的能带来的工期减少、效率提高、成本压缩？并且无人机所带来的这些效益是否是其他技术不可替代的？后续研究需要重点针对该问题进行回答，否则无人机技术的大规模应用将是纸上谈兵。
　　4.4 无人机本身的安全问题
　　每当引进新技术时，不仅要考虑其带来的好处，还要考虑这项技术带来的风险。目前因无人机的不当使用带来的公私财产损失屡见不鲜，因此有必要针对无人机本身在建筑工程管理领域应用时存在的风险进行研究，从而制定相关的法律法规或行业规范。
　　5 结论
　　无人机作为一项新兴技术已经得到各行各业的广泛关注。无人机本身具有的高机动性、低成本等特点在建设工程管理领域具有很大的应用前景，目前学术界也已经开始针对无人机在建设工程管理领域的应用进行研究，但是目前很多研究与实际工程应用仍有一定距离，本文通过对相关文献进行分析，为后续研究方向提出了四点建议。后续研究可以针对这些问题进行进一步阐述，缩短目前学术研究与实际应用之间的间隔，使得无人机技术在建设工程管理领域的大规模应用成为可能。
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