既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)及評(píng)估研究現(xiàn)狀

劉 盈，周麗娟

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.國家建筑工程技術(shù)研究中心，北京 100013）

0 引言

外保溫工程在歐洲已經(jīng)有了 40 多年的發(fā)展歷史。從 20 世紀(jì) 90 年代中期開始，我國組織開展了外保溫工程試點(diǎn)，至今外墻外保溫工程在我國已經(jīng)有 20 多年的應(yīng)用。外保溫技術(shù)在建筑節(jié)能和室內(nèi)環(huán)境舒適度等方面的諸多優(yōu)點(diǎn)，也獲得了市場(chǎng)和行業(yè)的認(rèn)可，得到了優(yōu)先重點(diǎn)發(fā)展。但由于我國外保溫技術(shù)研究起步較晚，相關(guān)技術(shù)還在不斷地發(fā)展完善中，在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了不少問題。我國既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)數(shù)量龐大，除部分系統(tǒng)防火性能差存在的火災(zāi)隱患外，問題主要集中在某些外保溫系統(tǒng)在服役期出現(xiàn)了防護(hù)層開裂導(dǎo)致雨水滲漏、空鼓及脫落，也有個(gè)別工程出現(xiàn)外墻外保溫系統(tǒng)被大風(fēng)刮掉砸壞車輛等影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全的問題。這些問題若不進(jìn)行排查解決，將會(huì)給外保溫工程留下安全隱患，給我國日益發(fā)展的外保溫市場(chǎng)帶來不良影響，行業(yè)亟需研發(fā)針對(duì)既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。

本文將從目前已有的檢測(cè)方法出發(fā)，介紹國內(nèi)在既有建筑外墻現(xiàn)場(chǎng)無損或微破損檢測(cè)研究成果和進(jìn)展，分析其中的不足及應(yīng)用前景，探討今后研究的發(fā)展方向。

1 既有建筑外墻保溫系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法研究探索

外墻保溫系統(tǒng)發(fā)生脫落一般會(huì)有兩個(gè)必要條件：一是存在發(fā)生負(fù)風(fēng)壓的區(qū)域，另一個(gè)是存在連通空腔構(gòu)造。當(dāng)負(fù)風(fēng)壓作用于外保溫系統(tǒng)時(shí)，負(fù)風(fēng)壓由空腔向外保溫系統(tǒng)產(chǎn)生推力，如果此力大于粘結(jié)層與基層或者保溫層與粘結(jié)層的粘結(jié)力時(shí)，就會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象。與新建建筑不同，既有建筑主要關(guān)注外觀缺陷、系統(tǒng)熱工缺陷檢測(cè)及系統(tǒng)粘結(jié)性能檢測(cè)。

1.1 已有檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)

外觀缺陷一般采用直接目視或紅外熱像儀進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)熱工缺陷利用紅外熱像儀根據(jù) JGJ/T 132－2009《居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》的方法進(jìn)行。但紅外熱像儀如使用條件苛刻，利用紅外熱像儀僅能判斷外保溫系統(tǒng)是否存在缺陷及缺陷的大致位置，無法進(jìn)行量化，且準(zhǔn)確性嚴(yán)重依賴于檢測(cè)人員的豐富經(jīng)驗(yàn)；而且保溫系統(tǒng)是由多層材料復(fù)合而成，紅外熱像法對(duì)于隱藏于表面以下的裝飾材與墻體的剝離無法通過圖像分析提前預(yù)判。目前指導(dǎo)紅外熱像法檢測(cè)外墻質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)主要包括 GB/T 29183－2012《紅外熱像法檢測(cè)建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)通用技術(shù)要求》、JGJ/T 277－2012《紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量技術(shù)規(guī)程》、JG/T 269－2010《建筑紅外熱像檢測(cè)要求》。系統(tǒng)粘結(jié)性能一般均按照 JGJ/T 110－2017《建筑工程飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》的方法進(jìn)行。但此拉拔試驗(yàn)對(duì)外保溫墻體有破壞，檢測(cè)后均需進(jìn)行修補(bǔ)，將影響墻體的熱工性能。

1.2 新型無損或微損現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

考慮到既有建筑的特點(diǎn)及科學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展，無損或者微破損檢測(cè)成為既有建筑外墻檢測(cè)研究的重點(diǎn)。在外墻空鼓檢測(cè)領(lǐng)域，一些學(xué)者旨在通過對(duì)聲音的判斷對(duì)墻體空鼓情況進(jìn)行定量分析。早在 2013 年，王俊偉等［1］就開展了建筑外墻敲擊聲音振動(dòng)特征分析，通過對(duì)不同墻面進(jìn)行敲擊實(shí)驗(yàn)，并采用 Cooledit 和 Matlab軟件進(jìn)行音頻分析認(rèn)為，可基于墻面空鼓時(shí)敲擊聲音明顯的振動(dòng)特征來判斷墻面的空鼓情況。

胡媛馨等［2］通過聲信號(hào)識(shí)別技術(shù)對(duì)飾面磚外墻面空鼓黏結(jié)缺陷檢測(cè)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，利用 MATLAB 語言和梅爾頻率倒譜系數(shù)提取了飾面磚敲擊聲信號(hào)的特征參數(shù)、建立了 MFCC 特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合隱馬爾可夫模型識(shí)別算法，驗(yàn)證了基于聲信號(hào)識(shí)別的飾面磚外墻面空鼓缺陷檢測(cè)方法的可行性和準(zhǔn)確性。

廈門大學(xué)的孫牽宇［3］研究了一套基于SPCE061A的嵌入式墻體空鼓聲無損檢測(cè)系統(tǒng)。采用敲擊法，通過分析敲擊聲信號(hào)的頻域特性，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替人對(duì)墻體空鼓進(jìn)行定量的檢測(cè)，即把傳統(tǒng)的敲擊法機(jī)械化、自動(dòng)化，使系統(tǒng)具有墻體空鼓無損檢測(cè)的功能。

張逸飛等［4］開展了基于振動(dòng)性狀的外墻瓷磚脫落檢測(cè)方法研究，研究以外墻瓷磚脫落為對(duì)象，利用加速度傳感器測(cè)試其振動(dòng)信號(hào)，通過分析實(shí)測(cè)得到的振動(dòng)特征值變化（以振動(dòng)頻率為代表）可以確認(rèn)瓷磚的安全性。然而，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，難以針對(duì)實(shí)體建筑進(jìn)行強(qiáng)力加振，有必要開發(fā)合理的無損檢測(cè)方法。

也有一些學(xué)者將其他行業(yè)中的檢測(cè)方法應(yīng)用在外墻領(lǐng)域進(jìn)行了初探研究。王卓琳等［5］研究了基于 X 射線的康普頓背散射檢測(cè)技術(shù)在 EPS 板薄抹灰外保溫系統(tǒng)和無機(jī)保溫砂漿外保溫系統(tǒng)缺陷識(shí)別中的應(yīng)用，如圖 1 所示。研究結(jié)果表明，康普頓背散射檢測(cè)技術(shù)較適用于檢測(cè)外保溫系統(tǒng)保溫層外表面（保溫層與飾面層之間）缺失或空鼓缺陷，且能較明確地識(shí)別缺陷區(qū)與正常區(qū)的界面，同時(shí)對(duì) EPS 板薄抹灰外保溫系統(tǒng)不同黏結(jié)施工方法具有一定反映。但應(yīng)用該技術(shù)得到的保溫層與基層之間缺陷成像圖清晰度低，缺陷識(shí)別能力有限，有待進(jìn)一步研究。

圖1 基于 X 射線的康普頓背散射檢測(cè)技術(shù)在 EPS 板薄抹灰外保溫系統(tǒng)缺陷識(shí)別中的應(yīng)用

張東波［6］開展了探地雷達(dá)技術(shù)在無機(jī)保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)無損檢測(cè)中的應(yīng)用研究。從結(jié)果可知，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，此方法也存在一定的局限性，僅局限于檢測(cè)保溫層與飾面層、保溫層與基層之間的缺陷深度和高度，無法檢測(cè)缺陷與掃描方向平行的邊界，也無法準(zhǔn)確檢測(cè)保溫層厚度，其廣泛應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

1.3 檢測(cè)方法的信息化和智能化

隨著我國信息化及智能化技術(shù)的發(fā)展，一些學(xué)者也開展了基于無人機(jī)搭載設(shè)備、智能爬壁機(jī)器人集成檢測(cè)設(shè)備和相關(guān)預(yù)警監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究。

熊輝等［7］基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，利用無人機(jī)進(jìn)行外墻拍攝，建立圖像數(shù)據(jù)庫，結(jié)合軟硬件開發(fā)了一種外墻及飾面材料的裂縫檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)外墻裂縫按照嚴(yán)重、一般或輕微 3 種毀壞程度進(jìn)行識(shí)別。根據(jù)結(jié)果顯示，有效識(shí)別率分別為 86 %、91 %、97 %。

徐勤等［8］開發(fā)了一種幕墻及外墻安全隱患檢測(cè)的新方法。采用八軸無人機(jī)搭載高分辨熱成像系統(tǒng)結(jié)合幕墻及外墻安全預(yù)警 CRM 軟件檢查外墻及幕墻的安全隱患。其中 CRM 軟件是通過處理采集到的熱成像圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過算法識(shí)別熱泄漏點(diǎn)。

陳寧等［9］利用無人機(jī)搭載紅外熱像儀對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合工程案例分析影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，包括拍攝天氣條件、時(shí)間、距離及角度、外墻飾面色差、墻面凹凸曲面和陰影等，并提出控制技術(shù)，為建筑物在保證使用安全的前提下進(jìn)行修復(fù)加固提供支撐。通過無人機(jī)搭載紅外相機(jī)在控制拍攝位置的高度、水平距離等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以降低因仰角過大等問題造成的漏判或錯(cuò)判的可能，提高準(zhǔn)確性。但目前也存在無人機(jī)遠(yuǎn)程控制不理想及不能精準(zhǔn)定位的問題，若能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析的功能也有助于提高檢測(cè)效率，這也是后期需要努力的一個(gè)方向。

徐龍濤［10］開展了 SAR 遙感技術(shù)在幕墻及外墻安全預(yù)警信息平臺(tái)中的作用研究，研發(fā)的幕墻與外墻安全預(yù)警平臺(tái)集成了幕墻信息管理、檢測(cè)、運(yùn)維和管理功能［11］，通過大數(shù)據(jù)、人工智能算法，以及仿真技術(shù)能對(duì)既有建筑幕墻及外墻進(jìn)行安全預(yù)警，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)前兆等提供報(bào)警信息。

孫金風(fēng)等［12］、馬延飛等［13］設(shè)計(jì)了一種瓷磚墻壁攀爬機(jī)器人，機(jī)器人具有檢測(cè)即將脫落的瓷磚并自動(dòng)做標(biāo)記的功能和跨越各種墻角的能力。但目前的研究也僅局限于使用模擬軟件對(duì)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和分析，從而對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理的階段，距離真正的應(yīng)用還需要更多的研究。

2 既有建筑外保溫系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系研究

針對(duì)外墻外保溫事故頻發(fā)現(xiàn)象，各地方政府也很重視既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)的安全性問題，紛紛出臺(tái)了或正在編制相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)，包括上海市工程建設(shè)規(guī)范 DG/T 08-2310－2019《外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［14］，已經(jīng)于 2020 年 5 月 1 日開始施行，安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《既有外墻外保溫系統(tǒng)維修與改造技術(shù)規(guī)程》，2020 年 8 月已經(jīng)完成征求意見。四川省也立項(xiàng)了地方標(biāo)準(zhǔn)《四川省既有建筑外墻飾面涂飾翻新工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。在北京、上海等地發(fā)布的文件中，均要求業(yè)主單位、物業(yè)服務(wù)企業(yè)或建設(shè)單位應(yīng)按照 JGJ 376－2015《建筑外墻外保溫系統(tǒng)修繕標(biāo)準(zhǔn)》［15］等有關(guān)規(guī)定，根據(jù)外墻外保溫保修期限立即對(duì)外保溫系統(tǒng)開裂、空鼓、變形、滲水、脫落等質(zhì)量缺陷和損壞情況進(jìn)行全面排查，落實(shí)外保溫工程的檢查、檢測(cè)、評(píng)估、修繕責(zé)任；由建設(shè)單位牽頭，組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位對(duì)竣工 5 年之內(nèi)的住宅工程進(jìn)行排查，由業(yè)主單位、物業(yè)企業(yè)對(duì)竣工 5 年之外的工程進(jìn)行排查。

JGJ 367－2015《建筑外墻保溫系統(tǒng)修繕標(biāo)準(zhǔn)》作為政府文件中外保溫系統(tǒng)修繕的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，提出在外墻外保溫系統(tǒng)修繕前，應(yīng)對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，但目前尚未出臺(tái)與之配套的外保溫系統(tǒng)檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這將對(duì)有效執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修繕提供了難度。目前，已經(jīng)有一些學(xué)者針對(duì)這一方面展開了研究。

GB/T 31435－2015《外墻外保溫系統(tǒng)材料安全性評(píng)價(jià)方法》［16］從外保溫系統(tǒng)組成材料的使用安全性、防火安全性和環(huán)保安全性方面，提出了安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容及試驗(yàn)方法。此標(biāo)準(zhǔn)只涉及到外保溫系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)，未提及系統(tǒng)的保溫功能性及其他的性能評(píng)價(jià)。

尹秀琴［17］運(yùn)用系統(tǒng)可靠度分析的 FTA（Fault Tree Analysis）方法，結(jié)合民用建筑可靠性鑒定的方法標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了外保溫系統(tǒng)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，提出了基于 FTA 方法的外保溫系統(tǒng)質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)的方法，將外保溫系統(tǒng)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)分成功能性質(zhì)量評(píng)價(jià)和施工質(zhì)量評(píng)價(jià)，其中前者包括保溫隔熱性能、耐候性、防火性能及抗震性能評(píng)價(jià)，后者包括材料本身缺陷和施工工藝及操作缺陷評(píng)價(jià)。

劉煜琪［18］對(duì)既有建筑外保溫系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)采用分層分級(jí)方法，首先考慮系統(tǒng)的綜合性能，再細(xì)分成 4 個(gè)主要方面包括連接安全性、防火安全性、美觀耐久性、功能性。從 4 個(gè)方面建立與之相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)體系，體系評(píng)價(jià)如圖 2 所示。

圖2 外保溫系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系圖

上海市地方標(biāo)準(zhǔn) DG/T 08－2310－2019《外墻外保溫系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》也提出了建筑外墻外保溫系統(tǒng)質(zhì)量技術(shù)狀況評(píng)估。此評(píng)估包括外保溫系統(tǒng)、單項(xiàng)材料的質(zhì)量技術(shù)狀況評(píng)估。控制項(xiàng)包括系統(tǒng)空鼓面積比及單項(xiàng)材料等級(jí)。評(píng)分項(xiàng)通過建筑外墻外保溫系統(tǒng)質(zhì)量技術(shù)狀況指數(shù) MQI 來表示。此指數(shù)由單項(xiàng)材料指數(shù)（包括飾面材料、護(hù)面材料、保溫材料、粘結(jié)錨固材料）與其權(quán)重加和計(jì)算得出。此評(píng)估缺少對(duì)外保溫系統(tǒng)的保溫性能及其他性能的評(píng)價(jià)，主要是從外保溫系統(tǒng)開裂、空鼓、滲水、脫落等方面出發(fā)，基于外墻外保溫系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以匹配標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修繕維護(hù)。

3 結(jié)語

從研究可知，既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)進(jìn)行修繕前對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要涉及到既有建筑外保溫系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，學(xué)者們一直致力于既有建筑的無損或微損的檢測(cè)，對(duì)很多新的檢測(cè)方法進(jìn)行了探索嘗試，且伴隨著智能化的發(fā)展，需要不同行業(yè)之間的合作，均在尋找與信息化、智能化結(jié)合的高效檢測(cè)方式。針對(duì)缺乏相應(yīng)的檢測(cè)細(xì)節(jié)問題，后期應(yīng)用已有的方法和儀器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，并配以標(biāo)準(zhǔn)，才能真正地推廣應(yīng)用。

目前已經(jīng)開展的針對(duì)建筑外保溫系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法，針對(duì)建筑外保溫系統(tǒng)綜合性能方面的評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少，主要是針對(duì)某類特定的建筑外保溫系統(tǒng)和材料，或者是針對(duì)外保溫系統(tǒng)單一性能指標(biāo)，無法全面反映當(dāng)前建筑外保溫技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，且部分體系構(gòu)建和研究偏理論性，與實(shí)際既有建筑工程結(jié)合較少。

總體而言，我國目前針對(duì)既有建筑外墻外保溫系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和評(píng)價(jià)體系都處于初級(jí)階段，相對(duì)零散片面，需要進(jìn)行系統(tǒng)研究并與實(shí)際工程相結(jié)合，建立一套全面系統(tǒng)的檢測(cè)評(píng)價(jià)體系成為亟待解決的問題。此體系的構(gòu)建對(duì)于加強(qiáng)既有建筑外墻外保溫質(zhì)量管理，降低工程質(zhì)量安全隱患，引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展有著重要意義。Q