某建筑采用無人機(jī)搭載紅外熱像技術(shù)對外墻飾面磚空鼓狀況分析

廖健

（廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司）

0 引言

隨著城市的建設(shè)和發(fā)展，高樓大廈林立，飾面磚以其美觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢在建筑實際工程應(yīng)用中大量使用，而近年來，經(jīng)常能在新聞里看到外墻磚脫落砸傷人事件。如何快速簡便排除這種安全隱患成為防止此類事件繼續(xù)發(fā)生的關(guān)鍵。傳統(tǒng)方式下利用人工排查，效率比較低，安全風(fēng)險大、有很多人工不可達(dá)點位、而且檢測成本高，很難精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)問題所在并及時加以處置。隨著時代的進(jìn)步，現(xiàn)已有“無人機(jī)+紅外成像”技術(shù)，多角度、全覆蓋、近距離對高層住宅樓進(jìn)行外墻磚空鼓檢測，大幅提高檢測效率的同時減少人力和時間成本，快速、全面、便捷、清晰、直觀、高效地將外墻飾面層的空鼓狀況分析出來，為房屋的維修處理提供依據(jù)。本文以某建筑采用無人機(jī)搭載紅外熱像技術(shù)對外墻飾面磚空鼓狀況分析為例，并輔以局部敲擊的方法，綜合分析飾面磚是否存在安全隱患，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

某建筑物建于2009年，為48層超高層公寓建筑，建筑面積為15780.8m2，大樓使用至今近14年，據(jù)介紹，目前發(fā)現(xiàn)外墻飾面磚局部出現(xiàn)空鼓或剝落現(xiàn)象，屋頂格柵骨架存在銹蝕及格柵條存在脫落現(xiàn)象，為了確保該建筑外墻飾面及屋頂格柵的安全性，故委托相關(guān)單位進(jìn)行紅外熱像技術(shù)對外墻磚空鼓檢測，評估其外墻飾面層的使用狀況，對可能出現(xiàn)的外墻粘結(jié)實效和空鼓的位置進(jìn)行綜合分析，為外墻的正常使用或維修提供參考依據(jù)。

2 原理及儀器選用

2.1 紅外線熱像法成像原理

紅外線是一種電磁波，位于可見光紅光外端，在絕對零度(-273.15℃)以上的物體都能輻射紅外能量，在自然界中廣泛存在。紅外輻射就是基于物體在正常環(huán)境下的無規(guī)則的運動，從自身內(nèi)部不斷地發(fā)射出熱紅外能量，物體自身分子和原子運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。紅外熱成像儀則是通過光學(xué)成像系統(tǒng)接收被測目標(biāo)的紅外輻射能量，然后將其作用到紅外探測器的光敏元件上[3]，通過后繼電路和信號處理后獲得紅外熱像圖。

2.2 紅外線熱像測試飾面磚空鼓原理

在太陽光的照射下，外墻飾面磚吸收熱輻射能，隨著溫度的升高，表面飾面磚與基底材料會出現(xiàn)溫差，飾面磚會將熱能傳遞給基底材料。如果此時，飾面磚與基底之間存在脫空現(xiàn)象，由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)小，具有良好的隔熱性能，使得熱傳遞變小，故外墻脫空區(qū)域要比未脫空區(qū)域的溫度要高?，F(xiàn)場通過紅外熱像儀探測墻體表面溫度差異區(qū)別，即可判斷外墻的脫空區(qū)域。因此，現(xiàn)場檢測時需要保證被測墻面獲得充足的太陽光照射，才有利于外墻飾面層在短時間內(nèi)獲得熱能，提供合適的檢測面進(jìn)行檢測。

2.3 儀器選用

由于本項目為超高層建筑，據(jù)初步了解，建筑物周邊存在許多障礙物，傳統(tǒng)的建筑外墻檢測已無法順利安全完成此項工作。隨著無人機(jī)應(yīng)用越來越廣泛，無人機(jī)搭載紅外熱成像儀檢測外墻空鼓技術(shù)已逐步成熟，本次選用大疆無人機(jī)搭載紅外熱成像儀對高樓建筑每個外立面進(jìn)行環(huán)繞拍攝，對外墻飾面磚空鼓狀況進(jìn)行分析。儀器及現(xiàn)場檢測圖片見圖1。

圖1 無人機(jī)搭載紅外熱像儀現(xiàn)場檢測圖片

3 檢測注意事項

紅外熱像法現(xiàn)場檢測的環(huán)境和條件應(yīng)符合下列規(guī)定：①應(yīng)選擇在晴天、低風(fēng)速的條件下檢測；②檢測時，環(huán)境溫度應(yīng)處于快速升高或降低的時段；③待檢區(qū)域不應(yīng)有明水；④所選拍攝距離與角度及光學(xué)變焦鏡頭宜確保每張紅外熱像圖的最小可探測面積在目標(biāo)物上不大于50mm×50mm；⑤應(yīng)注意建筑物內(nèi)外冷熱源對現(xiàn)場檢測的影響；⑥應(yīng)注意相鄰建筑物對待測目標(biāo)物區(qū)域的影響；⑦應(yīng)注意待測區(qū)域存在污垢、滲漏等情況對檢測結(jié)果的影響；⑧注意建筑物外立面凹凸?fàn)钔庑螛?gòu)造陰影區(qū)域及幕墻、門窗等反射陽光不均勻?qū)е碌挠绊憽?/p>

無人機(jī)搭載紅外熱像儀檢測外墻飾面層檢測注意事項：由于儀器的鏡頭角度和拍攝距離均會影響檢測精度。如果儀器距離檢測物過近的話，會出現(xiàn)超出儀器掃描的視場范圍，造成在同一幀下紅外熱像圖中不能同時記錄目標(biāo)以外適當(dāng)空間內(nèi)的熱輻射狀態(tài)，不利于紅外診斷分析[2]；距離過遠(yuǎn)的話，形成紅外熱像圖時，物體輪廓邊緣會比較模糊，會對空鼓區(qū)域的分析判斷造成影響。檢測人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場檢測建筑物墻體選擇合適的拍攝距離和角度，保持無人機(jī)與被檢測建筑物在一定距離范圍內(nèi)，并加入主動安全控制模塊，提高無人機(jī)飛行的安全性，保護(hù)無人機(jī)自身和搭載設(shè)備的安全。

4 現(xiàn)場檢測及分析

根據(jù)上述的檢測原理，由于紅外熱像法在不同環(huán)境下，拍攝效果會有偏差，為了快速提升建筑物墻體的溫度，提高分析外墻空鼓的能力，應(yīng)充分利用太陽光的照射。因此，在進(jìn)行紅外檢測外墻空鼓前，應(yīng)提前熟悉建筑物的情況，收集相關(guān)的項目及天氣信息，了解建筑物周邊的環(huán)境情況，選擇合適的檢測位置和最佳檢測時段等。

由于該建筑物高度較高且周邊環(huán)境并不空曠，本次運用大疆經(jīng)緯無人機(jī)搭配紅外熱像儀器對建筑物外墻飾面磚進(jìn)行全面掃描，保持無人機(jī)與建筑物5～8 米的距離，鏡頭角度垂直于檢測墻面，且依據(jù)當(dāng)?shù)乇炯竟?jié)的天氣特點，在晴天的條件下，適宜檢測時段按表1進(jìn)行。

表1 紅外熱像法檢測建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量適宜檢測時段

通過檢測分析可知，建筑物外墻飾面磚疑似空鼓區(qū)域共發(fā)現(xiàn)290處，疑似空鼓率占房屋外墻總面積的2.5%左右，飾面磚疑似空鼓所在外立面分布不均勻、無規(guī)則，疑似空鼓面積大小不一，單處最大疑似空鼓面積約為4.5m2。本文選取有代表性的圖片，見圖2，方框內(nèi)為顏色異常區(qū)域，初步判斷為空鼓。

圖2 空鼓代表性的圖片

5 敲擊法驗證

對進(jìn)行了紅外熱像的初步分析后，將疑似空鼓的部位在外立面圖紙上畫出?，F(xiàn)場對方便敲擊的疑似空鼓區(qū)域位置采用敲擊法對進(jìn)行敲擊驗證。經(jīng)對比驗證，敲擊位置與紅外測出的空鼓位置區(qū)域基本相符，故可以評定建筑物空鼓區(qū)域，并將空鼓位置繪制在各外立面圖紙上以便外墻修復(fù)處理時使用。

6 建筑物空鼓狀況綜合分析及建議

現(xiàn)場采用無人機(jī)搭載紅外熱像儀和局部敲擊等方法對本建筑的外墻飾面磚進(jìn)行全面檢測，綜合分析可知：①建筑外墻飾面磚空鼓位置較多，根據(jù)《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》(GB-50210-2018)第10.3.5 條，外墻飾面磚工程應(yīng)無空鼓、裂縫，不符合規(guī)范要求，局部外墻飾面磚存在脫落現(xiàn)象且空鼓區(qū)域存在脫落風(fēng)險；②屋頂格柵水平龍骨存在嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象（部分位置龍骨存在銹斷現(xiàn)象）、局部百葉存在脫落現(xiàn)象及安裝百葉螺栓局部存在缺失。③應(yīng)結(jié)合使用要求，對空鼓區(qū)域及屋頂格柵存在缺陷的部位及時進(jìn)行維修或采取其它措施(例如更換、拆除等)進(jìn)行處理。

7 結(jié)語

本文通過介紹無人機(jī)搭載紅外熱像技術(shù)檢測外墻飾面磚空鼓狀況的實例，高效簡捷地分析出建筑物外墻磚的實際空鼓狀況，對排除安全隱患和建筑物進(jìn)行維修處理提供有效保障，亦對紅外熱像技術(shù)的實踐運用提供簡要幫助。