Дроны в строительстве: новые технологии и возможности

На некоторых зарубежных строительных площадках день начинается с привычного жужжания. Маленький дрон, облетая, сканирует территорию. Гул не смущает рабочих, они даже не поднимают головы. Дрон воспринимается таким же неотъемлемым элементом стройплощадки, как подъемный кран. Спокойное отношение к летающему роботу, превратившемуся в обычное строительное оборудование, – признак времени. На что эти летательные устройства способны, с точки зрения строителя? Об этом – в статье.

Краткое описание ситуации на рынке

Согласно определению, одобренному Ассамблеей ИКАО, «беспилотный летательный аппарат, или дрон, представляет собой воздушное судно без пилота…, которое выполняет полет без командира воздушного судна на борту и либо полностью дистанционно управляется из другого места: с земли, с борта другого воздушного судна, из космоса, либо запрограммировано и полностью автономно».

Дрон, или БЛА, в своей самой популярной версии квадрокоптера имеет четыре винта-пропеллера, а наиболее важными элементами его конструкции являются двигатель, рама, система управления полетом и приемник. Одновременное движение всех винтов позволяет дрону взлететь в воздух, а ускорение двух винтов, находящихся рядом, заставляет машину лететь вперед либо назад, или же боком. Дрон вращается вокруг своей оси, когда ускоряются два противоположных пропеллера.

БЛА легко управляются, благодаря своей конструкции эти аппараты маневренны, а небольшой размер позволяет опытному оператору добраться дроном до самых труднодоступных мест. Длина и дальность полета беспилотника зависит от конкретной модели. Большинство коптеров могут находиться в воздухе в среднем несколько минут, но самые современные БЛА могут летать без перерыва в течение нескольких дней. В новейших беспилотных аппаратах от компаний DJI, Walkera, Yuneec и других производителей установлены GPS и камеры, которые могут снимать видео в формате 4К, а также делать 12-мегапиксельные снимки.

Парадоксально, но в первом десятилетии нового века перспективы использования дронов казались намного более радужными, чем сегодня, и западные производители беспилотных летательных аппаратов привлекали огромные инвестиции. Они утверждали, и это казалось логичным, что беспилотники будут буквально завтра использоваться всюду: от доставки посылок до сельского хозяйства.

Дроны и сегодня считаются важным элементом будущих систем и технологий, однако инвесторы сегодня уже не готовы вкладывать средства в сектор, который не будет приносить серьезной прибыли в ближайшее время.

Авантюристически настроенные венчурные капиталисты за период с 2012 по 2019 г. вложили в беспилотники $2,6 млрд. Однако к 2018 г. у новых предпринимателей, получивших популярность на пике ажиотажа, закончились средства. Интерес к дронам заметно упал из-за низкого спроса, многие предприятия закрылись. Крупный французский производитель Parrot SA объявил в середине 2019 г., что прекращает производство многих моделей своих дронов. Еще одна компания, разработчик программного обеспечения Airware, привлекла $118 млн от инвесторов, но в конце 2018 г. вынуждена была свернуть производство и уволить 140 сотрудников. Руководство известной компании GoPro заявило, что «на рынке сложилась слишком жесткая конкуренция» и вышла из «беспилотного» бизнеса, уволив при этом несколько сотен работников.

И тем не менее не все так плохо. Стоимость рынка коммерческих беспилотников в мире уже оценивается в $127 млрд. Интересно, что сектор инфраструктуры, который генерирует более $45 млрд, является ключевым в этом контексте.

А что в России?

Специфика российского рынка беспилотников заключается в преобладании производителей военных дронов и крайне малом присутствии производителей потребительских и коммерческих БЛА. При этом преобладающая часть производителей военных дронов имеет в своем портфеле либо уже технически устаревшие модели, либо только опытные современные образцы, которые демонстрируются на выставках, но не поступают в массовое производство, они реально не используются для нужд государства и не экспортируются.

Несмотря на то, что государство осуществляло значительные бюджетные вливания, продукция компаний, входящих в российский ВПК, сейчас проигрывает многим зарубежным конкурентам.

Ярким примером может служить сотрудничество с компанией из Израиля Israel Aerospace Industries (IAI). Беспилотники IAI Heron могут транспортировать оптико-электронную аппаратуру и ИК-системы, станции радиотехнической разведки, небольшую РЛС и пр. Связь с наземным пунктом управления осуществляется в режиме онлайн. Управление целевой нагрузкой происходит автоматически, по командам оператора с наземного КП или в комбинированном режиме. В 2010 г. компания «Оборонпром», входящая в состав госкорпорации «Ростехнологии», создала СП с Israel Aerospace Industries, и было начато производство БЛА «Форпост» и «Застава» на Уральском заводе гражданской авиации в Екатеринбурге. Однако оба беспилотника являются разведывательными, а ударные беспилотники поставлять нам в IAI отказались, наших же наработок, отвечающих мировому уровню, мы не видим.

В области БЛА гражданского назначения российский рынок также заполнен импортной продукцией, причем основная доля в поставках дронов принадлежит китайским компаниям. За последние несколько лет в России появились и свои производители дронов, например, на базе Сколково, но ни один производитель не вышел на стадию массовых успешных продаж, большая часть наших производителей задержались на стадии тестирования опытных образцов или единичных продаж.

В секторе производства коммерческих БЛА сегодня насчитывается около шести десятков российских производителей, предлагающих действующие модели. Большая часть участников коммерческого сектора пытается реализовать свои изделия государству, участвовать в военных заказах, параллельно продавая продукцию промышленным потребителям.

Наиболее мощные компании – это Zala Aero Group с центральным офисом в Ижевске и представительствами в Москве и Нижневартовске, предприятие «Истринский экспериментальный механический завод» из Московской области, а также ГК «Беспилотные системы» с центральным офисом также в Ижевске. В состав «Беспилотных систем» входят ООО «Финко» и ООО «Беспилотные системы». Все эти компании предлагают по несколько видов коммерческих моделей БЛА, находящихся на складах компаний.

Чем занимаются «гражданские» дроны?

Надо отметить, что примерно 90 % коммерческих беспилотников используются в двух направлениях. Это картографирование и диагностическая съемка объектов, например, трубопроводов, ЛЭП, автомагистралей. Также достаточно активно применяются дроны в сельском хозяйстве, где они занимаются сбором информации о площадях посевов, производят аэрографическую съемку местности, участвуют в химической обработке посевов на полях.

Применение дронов в этих сферах получило распространение, потому что их стоимость и последующее техобслуживание суммарно обходится владельцам гораздо дешевле, чем требуется для использования в тех же целях пилотируемой авиации: самолеты и вертолеты должны оснащаться действенными средствами безопасности для защиты пилотов, и поддерживание этих средств в готовности требует затрат. Кроме того, пилоты и техники, обслуживающие технику, должны проходить регулярное обучение, медкомиссии, а это тоже немалые затраты, не говоря уже о зарплате самих летчиков и обслуживающего персонала.

Безусловно, кроме материальной составляющей, дроны имеют целый ряд преимуществ перед пилотируемыми аппаратами. Во-первых, БЛА несложно долететь до любого места на земле, куда порой добраться по суше и воде проблематично, а на самолете и вовсе невозможно. Во-вторых, преимуществом беспилотников является скорость их перемещения и доставки грузов. Туда, куда дрон долетит за полчаса, вертолет может добираться 2 часа. При этом винтокрылому аппарату для посадки и взлета потребуется достаточно ровная и обширная площадка. А если говорить о самолетах, то и вовсе для взлета/посадки нужна обширная ровная поверхность.

Дроны строителям нужны все больше

В начале 2018 г. по заказу компании Komatsu американские компании DJI и Skycatch, объединившись в совместный проект, произвели и поставили 1000 промышленных дронов, предназначенных для работы на строительных объектах.

Это крупнейший коммерческий заказ дронов в истории отрасли. Инженеры DJI сконструировали для Komatsu полуавтоматический дрон, который обеспечила качественным программным наполнением компания Skycatch, и теперь беспилотники составляют карты местности с точностью до 5 см. Komatsu собирается задействовать дроны для проведения землеройных работ на ранних этапах строительства, причем рыть землю будет роботизированное оборудование.

Если говорить о гражданском и промышленном строительстве, то использование дронов позволяет осуществлять удаленный контроль за ходом строительства. Задержки в строительных работах – «болезнь» большинства крупных инвестиций в стране, а использование беспилотников позволяет подрядчикам оптимизировать работу, например, путем контроля хода земляных работ и, как следствие, ускорить срок ввода инвестиций в эксплуатацию. Использование беспилотников позволяет документально фиксировать ход работ в виде фотографий и видеоматериалов. Руководство проекта, находясь в головном офисе, может осуществлять мониторинг состояния строящегося объекта online.

Одно из наиболее востребованных направлений использования дронов, уже получившее широкое применение, в т.ч. и в России – диагностика строительных конструкций. Зданиям, их стенам, дымоходам и другим элементам требуется периодический контроль состояния как снаружи, так и внутри. С помощью дронов можно проводить тщательное обследование строительных конструкций с высокой детализацией, что позволяет обнаружить даже небольшие трещины, сколы или другие дефекты, угрожающие конструкциям постройки. Благодаря коптеру диагностику можно провести проще, быстрее и тщательнее, чем это делается обычно, когда сотрудники или специализированная компания выполняют диагностические мероприятия на высоте.

Чрезвычайно перспективным видится достаточно узкое, но очень актуальное для России с ее экстремальными зимами применение беспилотников для диагностики технического состояния крыш и выявление теплопотерь в здании.

Кровля представляет собой сложную систему, которая защищает сооружение от осадков, а также сохраняет тепло в холодное время. От основных параметров и состояния крыши зависит комфорт, безопасность и затраты жильцов на отопление, когда речь идет о жилом доме. Поэтому осмотры крыш следует проводить несколько раз в год, например, при летнем осмотре нужно обратить внимание на высыхание и растрескивание материала, выявить, нет ли дефектов поверхностного слоя – трещин, пузырения, при осенних – проверить функционирование водосточных каналов и т. д.

Безусловно, каждое инспектирование крыши – это затраты, обычный способ обследования крыш отнимает много времени и ресурсов. Подсчитано, что для обследования 100 тыс. м2 крыш двум сотрудникам нужно от пяти до семи дней, а плохая погода может еще увеличить этот срок. К тому же обследовать здание порой бывает опасно для жизни, а также не всегда имеется возможность получить доступ в труднодоступные места.

Ускорить обследование кровли может дрон, который выполнит также и тепловизионное исследование. В этом случае обычная камера дрона заменяется тепловизором, который создает тепловую карту c указанием мест потерь тепла. Компания DJI даже разработала совместно с компанией FLIR Systems специальную модель дрона Zenmuse XT2. Компания FLIR System Inc является мировым лидером в разработке и производстве инфракрасных тепловизоров для дронов, предлагаются тепловизоры различного разрешения, тепловой частоты кадров, с разными объективами и зоной обзора (FOV), цветовой шкалы и точности измерений. FLIR выпускает шесть моделей тепловизоров специально для дронов. За один полет дрона благодаря встроенной интеллектуальной системе FLIR MSX видеосъемка в формате 4K и тепловые данные объединяются в одну картинку, что облегчает идентификацию объекта.

Широкое применение БЛА могут получить, выполняя мониторинг остекления высотных зданий. С помощью дронов можно производить остекление больших площадей в современных высотках, а также выполнять замену стекол в самых труднодоступных местах.

Фасады зданий, выполненные из стекла и бетона в современных мегаполисах, требуют мытья стекол по несколько раз в год. Привлечение для этих работ промышленных альпинистов – услуга дорогостоящая. Компания Aerones создала специальный дрон для мытья окон высотных сооружений. По утверждению разработчиков, новый аппарат способен осуществлять операции по очистке фасадов зданий в 20 раз быстрее, чем это делают промышленные альпинисты. Беспилотный мойщик окон весит 90 кг и имеет крупные габариты: в его основании лежит рама 3х3 м. В движение модель приводят 14 пропеллеров. Чтобы исключить возможность падения тяжелого БЛА, предусмотрен трос-страховка, закрепленный на крыше. Оператор управляет дроном, имея на мониторе картинку HD видео, передаваемую сигналом 5G. Электроэнергия и вода подаются с земли по проводу и шлангу на высоту до 350 м.

Обследование высотных объектов – сфера, где дроны «нашли себя»

Прямо на наших глазах сегодня появляется еще один новый метод контроля технического состояния башенных кранов это обследование с помощью беспилотного летательного аппарата. Вопросом участия дронов в техосвидетельствовании башенных кранов занялась компания Terra Drone Europe, крупный производитель дронов из США. Компания накопила большой опыт проведения различного рода проверок зданий и сооружений в нефтегазовой отрасли как на материке, так и морских платформах, а также ветрогенераторов, береговых промышленных сооружений.

Недавно Terra Drone Europe использовала свои дроны для осмотра стальных конструкций морской платформы с целью продления ее срока службы, и специалисты компании пришли к однозначному выводу, что возможность проведения такой же проверки состояния конструкций башенных кранов при помощи дронов вполне реальна. С помощью дронов можно получить большой массив разнообразных данных о стальных конструкциях, например, фотографии в высоком разрешении в сочетании с современными технологиями компьютерного анализа могут помочь выявить скрытые дефекты в стальных деталях конструкции. Дроны, вероятно, не смогут заменить все традиционные методы проверки и обслуживания башенных кранов, но они могут повысить качество этих работ и упростить владельцам башенных кранов осуществление диагностики.

Таким же образом беспилотники уже сегодня эффективно применяются для обследования труднодоступных высотных сооружений снаружи, например, фабричных труб, высотных зданий, плотин и мостов, а также вышек и мачт с оборудованием систем сотовой связи, ветроэлектростанций, их лопастей, опор и т. п.

При традиционном подходе, когда для инспекции на вышку сотовой связи необходимо подняться инженеру соответствующей службы, предварительно требуется получить ряд согласований и разрешений, в частности, произвести отключения оборудования, т. е. возникают неизбежные потери времени и простои оборудования. Переход к использованию беспилотников не позволит, к сожалению, полностью отказаться от участия в обследованиях людей, но сократит количество различных согласований, позволит снизить долю пресловутого человеческого фактора с возможными упущениями в работе и травмами персонала на высотных работах.

БЛА в ручном или полуавтоматическом режиме совершают облет, фотографируют объект с высоким разрешением на близком расстоянии. Такие обследования могут производиться достаточно часто, что позволит накапливать информацию и оперативно выявлять возможные изменения, например, трещины, нарушение геометрии конструкции или другие, порой незначительные симптомы, сигнализирующие тем не менее, что в будущем могут возникнуть крупные аварии.

Несмотря на то, что ветроэнергетика в нашей стране еще пока на заняла значимого места среди энергетических источников, ветрогенераторов в стране уже немало, и обслуживать их необходимо. Классический подход – это обслуживание и ремонт с помощью мощных автогидроподъемников, но известная компания Aerones из Сан-Франциско предложила выполнять очистку лопастей от пыли и наростов льда с помощью дронов. Действительно, обледеневшие, покрытые снежной шубой лопасти не могут вырабатывать электроэнергию с прежней эффективностью, снижение выработки может составить 20 % и более.

Созданный Aerones дрон-чистильщик комплектуется радаром, двумя акселерометрами, пятью гироскопами для точного измерения угла, а также тепловизором, который позволяет глубоко исследовать состояние поверхности лопастей. Также дрон оснащен двумя контроллерами (один – запасной, на случай, если один выйдет из строя) и даже тремя парашютами, которые смягчат падение, если сядет аккумулятор в непредвиденный момент.

БЛА передвигается с помощью 28 небольших моторов и оснащен 16 аккумуляторными батареями. Вокруг турбины дрон движется, будучи подключенным кабелем к источнику питания на земле. В автономном режиме беспилотник может находится в воздухе, выполняя свои функции, в течение 20 мин. Максимальная высота его полета – 400 метров, при этом подъем на высоту в 100 м занимает всего 2 сек.

В задачи дрона входит очистка 30 лопастей в день, а также проверка этих лопастей на наличие трещин и других дефектов, находящихся под слоем пыли или льда. В компании Aerones утверждают, что в результате их чистки генерация энергии каждой из турбин может вырасти сразу на 4-10 %

Возможности использования дронов практически безграничны. Промышленность уже увидела этот потенциал. Кроме описанного, строительные дроны могут быть использованы в качестве физического помощника, то есть выполнять функции курьера по доставке небольших грузов, монтировать легкие конструкции на высоте. Уже проводятся эксперименты по возведению стен с помощью дронов, также очень заманчиво привлечь дроны к выполнению работ с вредными материалами, например, к монтажу минераловатных плит. А если такой монтаж выполняется на высоте, то это не только снизит риск падения работника с высоты, но и предотвратит вредное воздействие строительных материалов на организм человека.

Дронами сегодня пользуются операторы линий электропередач и трубопроводов, полиция и фермеры, возможно, в скором будущем беспилотники будут работать и в службе скорой помощи – транспортировать в нужное место кровь, лекарства и медицинские приборы. И все-таки, согласно проведенным исследованиям, лидерство в использовании БЛА среди компаний с капиталом более $50 млн принадлежит именно представителям строительной отрасли. Причем задачи, поручаемые в строительной сфере дронам, становятся все более и более разнообразными.

Похожие записи

Оставить комментарий