1 质量检验的重要性
近年来，一些钢结构工程在施工和使用过程中发生质量安全事故，造成财产损失和人员伤亡。为了避免类似事故的发生，必须加强钢结构在施工和使用过程中的质量安全检测。通过检测和检验，可以及时发现质量安全隐患，为处理钢结构质量安全问题提供科学依据。确保施工过程中的技术质量和安全运行，提高结构的使用寿命，为结构的维护和运行提供可靠的技术依据。
2 钢结构质量安全检测传统方法
大跨度钢结构质量检测主要涉及外观、结构的综合检测与评定。结构检测主要通过专业检测机构、专业检测工具进行一系列物理力学试验。外观检测主要采用近距离人工观察，如钢结构构件防腐层破损修复程度、螺栓松动、支撑位移、围护结构装配情况等。传统检测方式在遇到大跨度、特殊异形结构、净高较高的空间钢结构时，检测效果会非常差，即使使用高倍望远镜也难以达到预期效果。人工质量检测大多数时候都是人工爬上钢结构进行检测，非常危险，效果也难以达到预期，同时耗费大量人力物力，成本高昂，也不能满足质检日常的检测要求，因此传统的人工检查监测无法有效完成检测检测工作。 也不能按照相关法律法规的要求全面开展检验项目、完成检验任务，存在缺检、漏检等严重质量问题，不能及时发现，造成质量安全隐患。
3 无人机技术在钢结构质量安全检测中的应用
3.1 无人机技术简介
在钢结构施工过程中以及钢结构使用运行过程中，特别是一些仓库、大型场馆、钢桥梁、海上钢栈道等，可以利用无人机旋翼及无人机搭载的高清摄像机进行高清拍摄钢结构工程施工测量验收规范，及时发现钢结构的各种质量安全问题，为钢结构技术、质量、人员安全提供科学的处理依据；随着科技水平的不断提高，无人机技术的性能越来越先进，各种成本也逐渐降低，无人机技术的经济性、灵活性、可操作性大大优于传统的人工巡检监测，因此在钢结构施工及运行检查检测中引入无人机检测技术，可以及时发现问题，为各项处理方案的实施提供准确、科学的依据；可以保证施工过程中各种质量问题的及时发现和人员安全。后期无人机技术的运用，可以减少整个结构维护的大量成本投入，大大提高工作效率； 旋翼无人机可利用GPS定点悬停拍摄采样，利用高精度广角相机实时传输拍摄图像，与传统检查检测手段相比，具有精度高、便捷灵活等强大技术优势，综合使用成本大幅低于人工专业检测成本；只要合理搭配高精度广角相机镜头，便可对施工、运营过程中各类质量问题进行航拍，并可基于采集的检测数据地面数据接收系统建立质量风险数据库，进行反复比对分析，为质量评定、整改提供科学可靠的依据。
3.2 无人机检验检测原理
无人机巡检系统主要由多旋翼无人机、高清广角摄像机、地面接收站系统、数据发射接收系统、信息存储系统等组成；地面站控制系统用于对钢结构各系统进行检查，采用广角高清镜头进行巡航拍摄、重要节点定点拍摄、数据存储、数据传输；地面站可根据需要进行数据传输或机动传输，地面接收站专业技术人员对接收到的数据和图像进行分析处理，及时发现质量问题程度，准确确定处置方案。
与传统钢结构质量检测方式相比，无人机巡检有以下优势：（1）大跨度钢结构云扫描，监测结构整体沉降，保证施工质量安全。（2）异型钢结构点云扫描、构件安装扫描、预吊装扫描，及时发现各类质量安全问题。（3）钢结构挠度变形点云扫描，可与设计值、规范值进行变形分析对比，准确评估钢结构质量安全。（4）旋翼无人机可悬停拍摄，可检测支撑滑移、螺栓松动、漆膜防腐破损及修复程度、索膜结构PE破损及修复状况。 （5）可以从制备好的点云模式中直接测量出网壳结构、管桁架结构的三维坐标系，并可将其放回到设计的三维模型中比较其与实际预设坐标的偏差值，为其围护结构体系及机电、消防管线及各类设备的安装提供精确的依据。
4 无人机巡检监测实例
湄洲湾港秀屿区石门脑作业区11号泊位工程-干煤棚、硫铵棚工程位于福建省莆田市，干煤棚、硫铵棚工程为全封闭式，其中干煤棚为钢网架结构，硫铵棚为钢管桁架结构。
1、2号干煤棚均为拱棚网架（两栋建筑形式相同），螺栓球节点结构，表面为方锥体弧面。内外弦均有支撑，外弦双向支撑于下部混凝土柱上，外弦柱顶高程为2.0m，内弦单向支撑于下部混凝土柱上，内弦柱顶高程约3.75m。网架结构顶高程为42.913m，平面尺寸为长328.5m×宽117.5m，网架厚度为4.4m。硫铵棚膜面空间为正三角形管桁架，桁架厚度为3827mm，结构顶高程为41.010m，平面尺寸为109.74m×293.4m。
4.1 无人机使用
根据本工程特点，日常检查主要有焊接质量外观检查、螺栓球螺栓紧固情况检查、钢结构防腐漆膜破损及修复检查、管桁架拉索紧固情况检查、膜结构节点检查、膜破损程度及修复检查、干煤棚围护系统檩条、围护系统组装紧固情况检查、螺栓球空间定位、支座防滑监测、高强度螺栓状态监测等。
本项目采用具有悬停功能的多旋翼无人机，旋翼无人机安全、机动灵活，可搭载多台广角高清摄像机钢结构工程施工测量验收规范，可有效拍摄地面、结构立面，高空悬停拍摄各工地施工状态，模拟各工地投产后的状态，并可围绕结构进行建模，为钢结构质量安全监测提供科学依据。
为获取无人机检测结果，对1号、2号干煤棚、硫铵棚（各轴）两侧格构架、钢管桁架顶部及螺栓球顶部进行编码，通过编码确定质量风险部位，在施工阶段将每个编码分为施工前、施工中、施工后三个阶段，并拍照进行数据分析，形成数据库，为后续技术处置提供可靠依据。
4.2 使用无人机技术的优点和缺点
优点：操作灵活，拍摄效果高精度，使用简单方便；缺点：数据图像处理需要人工完成；随着无人机技术的不断发展，无人机质检检测技术作为一项值得大力推广的新技术，正在逐步在多个领域得到应用和推广。其低成本、超高工作效率的优势直接弥补了传统钢结构质检检测数据采集技术的不足，大大提高了采集钢结构各项技术质量参数的技术手段的准确性和工作效率；对于传统检测有困难的区域，大大提高了质检人员的安全系数。
根据《建筑工程质量统一验收标准》、《工程计量标准》、《钢结构荷载规范》、《钢结构工程质量验收规范》、《建筑变形测量规范》、《钢结构工程施工规范》等规范的要求，钢结构的质量检查与检测，根据工程特点，应主要通过手工操作来完成。几种钢结构质量检查与监控方法的比较见表1。
表1 钢结构质量检测方法对比
从上表可以看出，无论是传统检测监测方式还是旋翼无人机检测方式，都各有优缺点；普通传统常规检测方式在钢结构质量检测监测方面长期存在盲区；随着无人机检测监测技术的进一步不断发展，若将传统技术检测方式与无人机技术相结合，可以弥补传统检测的缺点和不足，从而进一步提高质量检测监测的效率，有效保证钢结构施工质量及后续钢结构施工的安全。
5 结论
随着无人机技术的快速发展以及建筑质量监测的必要性和必然性，依靠人工检查检测质量缺陷已经跟不上时代的潮流；在不久的将来，无人机质量检测监测技术将成为钢结构行业发展的主流，将能够更好的满足钢结构质量检测与检测的各种需求。
摘自《建筑工人》，2023 年 2 月，作者：王小佳、张凯、张鹏涛
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