Russian Federation
Russian Federation
UDC 69.05
The article considers the possibility of using unmanned aircraft systems (UAS) for operational control during the construction of high-rise civil buildings (more than 75 m high). It is shown that the traditional method of monitoring facade systems using facade lifts (cradles) leads to a halt in construction and installation work, an increase in construction time and creates risks to the health of the supervisor due to work at height. To solve this problem, it is proposed to use the UAS as an additional tool for visual inspection of mounted structures. The paper provides a comparative analysis of the ZLP‑630 facade elevator and the DJI Mavic 3 Pro drone according to criteria such as inspection speed, visualization quality, safety, positioning accuracy, logistics, equipment cost and regulatory availability. The results show that none of the methods has absolute superiority: the facade lift is indispensable for instrumental measurements, and the BASS provides high speed, maneuverability, safety and video documentation. Based on the analysis, it is concluded that it is advisable not to replace, but to supplement the traditional UAS control at the stage of visual detection of defects. The result is a conclusion on the possibility of introducing unmanned aircraft systems into the processes of construction (operational) control at the stage of visual inspection.
construction control, high-rise construction, innovative technologies, facade lifts, unmanned aircraft systems
Введение
Современное развитие строительной отрасли характеризуется усложнением объемно-планировочных решений и увеличением этажности возводимых объектов [1], что предъявляет повышенные требования к организации строительного производства на всех этапах жизненного цикла объекта, в том числе требования к достоверности и оперативности строительного контроля, включая операционный контроль хода строительно-монтажных работ. Вместе с тем, в Российской Федерации осуществляется планомерное развитие направления беспилотных авиационных систем (БАС), включающее масштабную подготовку квалифицированных кадров в данной области [2]. Одной из возможных тенденций развития направления БАС может являться вовлечение специалистов по эксплуатации БАС в производственные процессы.
С целью эффективного вовлечения специалистов по эксплуатации БАС в строительное производство, необходимо как формирование научно-обоснованных принципов, так и подготовка нормативно-правовой базы, регламентирующих применение беспилотных авиационных систем в строительной отрасли. Но прежде всего стоит ответить на вопрос о применимости данной технологии на обозначенном этапе возведения здания. С целью подтверждения этой возможности следует провести анализ пригодного для этих целей оборудования по ключевых характеристикам. В работе обосновывается один из возможных перспективных методов интеграции БАС в процессы строительного контроля, адаптированный к условиям возведения высотных зданий, что и определяет актуальность настоящего исследования. Результаты работы могут быть использованы для разработки научно-обоснованных принципов применения и методов внедрения БАС в процессы строительного контроля, а также для совершенствования нормативно-технической документации и внедрения дополнительных инструментов контрольных мероприятий в практику строительного производства.
Материалы и методы
С целью определения применимости БАС в процессах строительного контроля были использованы следующие методики:
– сравнительный анализ характеристик фасадного подъёмника и беспилотной авиационной системы;
– сравнительный анализ требований к использованию фасадного подъёмника и беспилотной авиационной системы.
Оборудование, представленное в исследовании, произведено различными компаниями, специализирующимися как на строительной, так и на иной отраслевой сфере деятельности.
Результаты
Вопросы обеспечения качества и темпов строительного производства сохраняют свою высокую актуальность и требуют постоянного совершенствования подходов. Во избежание критических последствий ввиду ошибок и дефектов в процессе СМР, в России существует строительный контроль, регламентирующийся ст. 53 [3] и [4]. В указанных нормативных документах отсутствуют не только требования, но и указания о возможности применения БАС при проведении контрольных мероприятий.
Немаловажную роль играют и визуально-эстетические характеристики готовой строительной продукции [5]. Особую роль в этом играют конструкции светопрозрачные фасадные навесные (КСФН). Помимо визуально-эстетических, они выполняют функции наружного стенового ограждения, сохраняющего тепло внутри здания и обеспечивающего защиту помещений от шума, атмосферных осадков и низких или высоких температур. Монтаж фасадных систем на высотных зданиях на сегодняшний день, как правило, осуществляется при помощи люлек и фасадных подъёмников. Строительные леса не применимы ввиду ограничений по высоте, установленной на отметке 100 метров [6]. Помимо строительно-монтажных работ, в рамках системы строительного контроля проводится операционный контроль. Доступ проверяющего на фасад осуществляется при помощи люльки. Тем самым задействуется фасадный подъёмник, что останавливает проведение монтажа фасадной системы. Такой подход затрудняет применение принципов поточного производства строительно-монтажных работ [7].
При сдаче работ по приемке КСФН должен осуществляться контроль выполнения монтажа каждого из конструктивных элементов с записью в журнал работ и с составлением актов на скрытые работы [8]. Для проведения операционного контроля при монтаже фасадных систем мастер или прораб выполняет следующие последовательные действия:
- До начала осмотра необходимо спустить фасадный подъёмник с текущего монтажного яруса, что влечёт за собой остановку работ на данной захватке.
- Далее следует подъём люльки на требуемую высотную отметку. Средняя скорость подъёма составляет 11 м/мин. Мастер страхуется при помощи привязи и стропа за конструкцию люльки и производит визуальный осмотр конструктивных элементов, сопровождая его фотофиксацией и записями в журнал.
- По завершении осмотра захватки люлька опускается на землю. Мастер покидает люльку и инициирует возобновление монтажных работ на данной захватке.
Указанная последовательность повторяется для каждой очередной захватки.
За один цикл осмотра каждой захватки фасадный подъёмник совершает два полных подъёма-спуска, а строительно-монтажные работы на прерываются время, складывающееся из времени перемещений и осмотра. Например, при осмотре захватки, находящейся на высотной отметке 110 метров, подъём и спуск занимают около 20 минут. Кроме того, контролирующее лицо выполняет работы на высоте, в зоне повышенного риска. При возникновении внештатных ситуаций возрастает уровень стресса, что повышает психофизиологические факторы риска [9]. Ключевая проблема заключается в длительном процессе осмотра конструкций и дополнительной утомляемости из-за использования традиционных средств доступа к фасаду, что приводит к увеличению сроков строительства и нарушению поточности выполнения строительно-монтажных работ.
Для решения некоторых вопросов уже применяются такие дистанционные технологии, как электронные тахеометры или стационарные веб-камеры. Они используются для контроля и мониторинга глобальных процессов в рамках строительства. При помощи указанных технологий представляется возможным отследить ход возведения объекта или его геометрию, однако невозможно получить информацию о конкретном узле. Камеры видеонаблюдения, расположенные на строительных площадках, играют важную роль для осуществления таких функций как: безопасность, удаленный мониторинг, документирование событий [10].
БАС представляют перспективный инструмент в управлении и мониторинге строительных площадок [11]. Применение данной технологии позволяет решить проблему, не решённую веб-камерой: получение укрупнённого изображения конкретного узла ввиду достаточно высокого, более 20Мп, разрешения камер. При дистанционном осмотре инспектор с дистанции может пилотировать БАС [12], тем самым появляется возможность переместить камеру на необходимую высотную отметку, тем самым, не задействовав подъёмные механизмы и исключив работы на высоте для человека. Данная технология уже применяется в строительной отрасли в геодезических работах и регламентируется [13]. Современные БАС, являясь быстрым, оперативным и доступным носителем экспертного оборудования, позволяют осуществлять указанные операции без дополнительного риска для человека [14].
Проведём сравнительный анализ (табл.1) по ключевым критериям, влияющим на скорость производства работ и качество строительной продукции, а также на безопасность людей, находящихся на строительной площадке. В качестве консервативного способа осмотра смонтированной фасадной подсистемы (направляющих) рассматривается строительный фасадный подъёмник ZLP-630 (рис.1), т.к. данная модель широко распространена на строительных площадках в силу своих характеристик и универсальных способов закрепления кронштейнов подъёмника. В качестве перспективной технологии – беспилотный летательный аппарат DJI Mavic 3 Pro (рис.2), т.к. совокупность его характеристик, в частности, количество и качество камер и мобильность модели, позволяет безопасно для человека получить качественные фото и видеоматериалы смонтированных фасадных систем. Сравниваемые характеристики подъёмника и выбранной модели БАС представлены на официальных сайтах производителей [15,16].
Рис. 1. Фасадные подъёмники ZLP-630
Рис. 2. DJI Mavic 3 Pro
Таблица 1
Сравнительные характеристики фасадного подъёмника и БАС
|
Критерий |
Фасадный подъёмник ZLP-630 |
БАС: дрон DJI Mavic 3 Pro |
Предпочтительная технология |
|
Высота и скорость подъёма |
Высота – до 200м Скорость – 11 м/мин |
Высота – до 6 км Скорость – 8 м/с |
БАС |
|
Скорость и эффективность осмотра |
Низкая, разделена на захватки, требует цикла спусков и подъёмов. |
Высокая. Имеется возможность перемещения по горизонтали. |
БАС |
|
Качество визуального контроля |
Зависит от остроты зрения. Фото и видеофиксация нештатной камерой. |
3 камеры: широкоугольная, камера 166мм с зумом, возможность записи видео 4K для детального анализа. |
БАС |
|
Возможность инструментального контроля |
Есть. Специалист может использовать измерительные приборы. |
Нет. Только визуальный контроль. |
Фасадный подъёмник |
|
Безопасность для человека |
Высокий риск работ на высоте |
Оператор управляет дроном с земли |
БАС |
|
Точность позиционирования в пространстве |
Высокая. Механическая фиксация. |
Высокая, но зависит от GNSS. |
Фасадный подъёмник |
|
Манёвренность |
Низкая. Одна плоскость. |
Высокая |
БАС |
|
Влияние погодных условий |
При ветре более 10 м/с работы запрещены. |
При ветре более 10 м/с работы запрещены. |
Равнозначно |
|
Прозрачность контроля |
Зависит от добросовестности проверяющего |
Весь процесс осмотра можно записывать на видео |
БАС |
|
Логистика и развёртывание |
Сборка фасадного подъёмника занимает несколько часов. |
Дрон готов к вылету через 10 минут после прибытия на объект. |
БАС |
|
Цена оборудования на 2026 год, руб |
231.000 за 1 шт. |
~416.880 за 1 шт. |
Фасадный подъёмник |
|
Требования к подготовке персонала |
Производственная инструкция, инструктаж |
Требуется квалификация для управления БАС |
Фасадный подъёмник |
|
Наличие нормативно-правовой базы |
Регламентировано ГОСТ, приказами Минтруда. |
Нет чёткой нормативной базы для изучаемого вопроса |
Фасадный подъёмник |
|
Длительность непрерывного контроля |
Без ограничений, т.к. питание от сети |
Ограничена ёмкостью батареи (43 минуты) |
Фасадный подъёмник |
Результаты сравнительного анализа (табл. 1) показывают, что ни один из рассмотренных методов не обладает абсолютным превосходством. Фасадный подъёмник ZLP-630 сохраняет преимущества в возможности проведения инструментальных замеров, юридической определённости, устойчивости к внешним условиям и более низким требованиям в части подготовки персонала к работе с оборудованием. С другой стороны, беспилотная авиационная система модели DJI Mavic 3 Pro обеспечивает высокую скорость и манёвренность осмотра конструкции, безопасность для человека, детальную видеофиксацию. Наряду с этим не требуется остановка строительно-монтажных работ.
Таким образом, применение беспилотных авиационных систем при операционном контроле является возможным ввиду их характеристик. Наиболее рациональным представляется не полное замещение, а дополнение традиционных методов контроля БАС. В такой системе БАС может использоваться для оперативного визуального обнаружения дефектов на высоте, а фасадный подъёмник – для последующей точечной инструментальной проверки.
Заключение
Состояние операционного контроля при монтаже фасадных систем высотных зданий на сегодняшний день характеризуется рядом проблем и ограничений. В частности, использование фасадных подъёмников для доступа проверяющего лица требует остановки строительно-монтажных работ на каждой захватке, что противоречит принципам поточного производства.
За счёт применения беспилотных авиационных систем можно решить ряд выявленных проблем. БАС обеспечивают доступ к фасадным конструкциям на любой высотной отметке без остановки монтажных работ и без использования подъёмных механизмов. Оператор управляет системой с земли, что исключает риски, связанные с нахождением человека на высоте. Помимо перечисленных факторов, возможность видеофиксации и зумирования при помощи камер на борту повышает прозрачность строительного контроля.
Проведённый сравнительный анализ фасадного подъёмника ZLP-630 и БАС модели DJI Mavic 3 Pro показал, что оба метода имеют как сильные, так и слабые стороны. Фасадный подъёмник имеет преимущества в проведении инструментальных измерений, автономности и его применение закреплено нормативно. БАС выигрывает в скорости осмотра и манёвренности, а также в безопасности для человека и прозрачности контроля.
Дальнейшие исследования в данном направлении могут быть направлены на разработку научно-обоснованных методик интеграции БАС в систему строительного контроля. К таким методикам относятся регламенты управления воздушным судном и разработка автоматизированных алгоритмов обработки полученных фото- и видеоматериалов. Также необходима разработка и закрепление нормативно-правовой базы, регламентирующей применение беспилотных авиационных систем в строительной отрасли Российской Федерации.
1. Metrium. Moscow took the third place in Russia in terms of the average height of new buildings: Mail.ru Finances. URL: https://finance.mail.ru/article/metrium-moskva-zanyala-trete-mesto-v-rossii-po-srednej-vysote-novostroek-69070707 /.
2. Government of the Russian Federation. National project "Unmanned Aircraft Systems": official website of the Government of the Russian Federation. URL: http://government.ru/rugovclassifier/927/about /.
3. The Urban Planning Code of the Russian Federation. Federal Law No. 190-FZ // Access from the help.-the legal system "ConsultantPlus". URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_51040 /.
4. SP 543.1325800.2024 "Construction control during construction, reconstruction, and major repairs of capital construction facilities".
5. On approval of the requirements for the architectural and town-planning appearance of an object of capital construction and the Rules for approving the architectural and town-planning appearance of an object of capital construction. Decree of the Government of the Russian Federation No. 857 dated May 29, 2023 // Access from the help.-the legal system "ConsultantPlus".
6. GOST 27321-2023 "Rack-mounted scaffolding for construction and installation work. Technical specifications".
7. Gulyaev Ya.A. The influence of qualitative development of organizational and technological solutions on the efficiency of construction of high-rise buildings // Economics and entrepreneurship. 2024. No. 4 (165). pp. 1324-1328. DOI: https://doi.org/10.34925/EIP.2024.165.4.267
8. NOSTROI 2.14.80-2012. "Facade systems. Installation of hinged translucent facade structures. Rules, performance control and requirements for the results of work.
9. Order of the Ministry of Labor of the Russian Federation dated 11/16/2020 N 782N "On approval of the Rules for occupational safety at work at height".
10. Sigalov, D. I. Creation of a system for continuous analysis of the quality of broadcasting from video surveillance cameras on construction sites through the Canny detection algorithm // International Journal of Open Information Technologies. 2024. Vol. 12, No. 8. Pp. 94–104.
11. Gilliyeva G., Komekova T., Merdanov A. The construction industry's // CETERIS PARIBUS. 2025. No. 5. Pp. 97–98.
12. Saleem, M. R. Analysis of gaze patterns during facade inspection to understand inspector sense-making processes / M. R. Saleem, R. Mayne, R. Napolitano. – DOIhttps://doi.org/10.1038/s41598-023-29950- w. – Text : electronic // Scientific Reports. – 2023. – Vol. 13. – Art. 2929. – URL: https://www.nature.com/articles/s41598-023-29950-w. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29950-w
13. GOST R 71886-2024 "Unmanned aircraft systems in construction used for geodetic work"
14. Dolzhenko, A. V. Geodetic monitoring of mining facilities using unmanned aerial systems // Izvestiya of Tula State University. Earth Sciences. 2025. No. 1. Pp. 231–241.
15. HIC Group. ZLP‑630 construction cradle [Electronic resource] // HIC Group : product catalog. – URL: https://hicgroup.ru/stroitelnaya-lyulka-zlp-630-hic-group /.
16. DJI. Mavic 3 Pro: technical specifications [Electronic resource] // DJI. – URL: https://www.dji.com/ru/mavic-3-pro/specs.
