信息技術(shù)在建筑材料檢測(cè)中的應(yīng)用分析

【摘要】信息技術(shù)在建設(shè)材料檢測(cè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，通過(guò)合理運(yùn)用信息技術(shù)，加強(qiáng)檢測(cè)過(guò)程中的質(zhì)量控制、優(yōu)化檢測(cè)過(guò)程、實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息的可追溯性和公示性，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和工作效率?；诖?，文章簡(jiǎn)要分析了信息技術(shù)在建筑材料檢測(cè)中的應(yīng)用意義，并針對(duì)應(yīng)用注意事項(xiàng)提出了具體的應(yīng)用策略。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；建筑材料檢測(cè)；人工智能；大數(shù)據(jù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TU712.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）09-0001-03

0 引言

建筑行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，其材料質(zhì)量直接影響到建筑物的安全性和使用壽命。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑材料的種類和應(yīng)用越來(lái)越復(fù)雜，如何在保障材料質(zhì)量的同時(shí)提高檢測(cè)效率成為一項(xiàng)緊迫任務(wù)。目測(cè)、手工取樣、化學(xué)測(cè)試等傳統(tǒng)建筑材料檢測(cè)方法，不僅耗時(shí)耗力，更容易由于人為因素造成誤差，影響最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在大規(guī)模建筑項(xiàng)目中，檢測(cè)頻繁且需要跟蹤的數(shù)據(jù)量巨大，這對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)能力和時(shí)間管理能力提出了更高要求。因此，亟須引入新技術(shù)來(lái)優(yōu)化傳統(tǒng)檢測(cè)方法，提升建筑材料的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。近年來(lái)，信息技術(shù)在各領(lǐng)域迅速普及與推廣，為建筑材料檢測(cè)提供了新的解決方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集、分析和處理，還可以通過(guò)智能算法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)評(píng)估，大幅提升檢測(cè)的精準(zhǔn)度和效率。

1 信息技術(shù)在建筑材料檢測(cè)中的應(yīng)用意義

在建筑材料監(jiān)測(cè)站，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用使檢測(cè)過(guò)程的重點(diǎn)愈加突出，操作流程愈加清晰，整個(gè)工程的管理效率得以提升，同時(shí)帶來(lái)了資料透明化、數(shù)據(jù)共享化的良好局面。信息技術(shù)主要是對(duì)檢測(cè)過(guò)程的流程分解與重組，有效地優(yōu)化了各個(gè)環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理往往是分散且低效的，信息傳遞的滯后性可能導(dǎo)致潛在問(wèn)題的出現(xiàn)，從而影響到最終的質(zhì)量。信息技術(shù)的應(yīng)用使得檢測(cè)過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)皆可被清晰地記錄、追蹤與管理，避免了因人為疏忽而引發(fā)的質(zhì)量隱患，使得百花齊放的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)信息化處理，檢測(cè)人員還可以實(shí)時(shí)跟蹤整個(gè)檢測(cè)過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決異常情況。例如，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，檢測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳至云端，檢測(cè)人員無(wú)論身在何處都能通過(guò)移動(dòng)終端獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而作出快速?zèng)Q策。這種實(shí)時(shí)性與便捷性有助于提升管理層的工作效能，并為后續(xù)的決策與管理提供良好的依據(jù)與支持[1]。

2 信息技術(shù)在建筑材料檢測(cè)中的應(yīng)用分析

2.1 超聲波檢測(cè)技術(shù)

2.1.1 縱橫波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度通常采用縱波和橫波兩種波形進(jìn)行測(cè)量，其中縱波是指沿著超聲波傳播方向的波動(dòng)，橫波是指垂直于超聲波傳播方向的平面上的波動(dòng)。在實(shí)際檢測(cè)中，通常采取“發(fā)射－接收”方式進(jìn)行測(cè)量，即通過(guò)超聲波發(fā)射器產(chǎn)生超聲波，超聲波在混凝土中傳播后被接收器接收到，記錄傳播時(shí)間[2]。通過(guò)測(cè)量超聲波在混凝土中的傳播速度，可以計(jì)算出混凝土的強(qiáng)度[3]。超聲波檢測(cè)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括非破壞性、檢測(cè)速度快，且不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷。但其不足之處也很明顯，超聲波的傳播路徑可能受限，測(cè)量結(jié)果易受混凝土結(jié)構(gòu)形狀和紋理等因素的影響。

2.1.2 超聲波電脈沖檢測(cè)

在使用超聲波法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)，一般可利用重復(fù)的電脈沖來(lái)激勵(lì)發(fā)射換能器。發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)耦合進(jìn)入混凝土，在混凝土中傳播后經(jīng)接收換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)顯示，其聲速和振幅的變化值會(huì)被記錄，可以根據(jù)聲速和振幅的變化與混凝土強(qiáng)度的正相關(guān)性，推斷混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。聲速值與混凝土的彈性性質(zhì)相關(guān)，聲速值越高，彈性模量越大，不同的混凝土強(qiáng)度具有不同的聲速值，根據(jù)測(cè)得的聲速值可以推斷測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在采用的兩種聲速和強(qiáng)度之間的換算如式（1）、式（2）所示。

（1）

（2）

式中：A、B為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

在黏彈性介質(zhì)中，聲波的幅值變化也可以用來(lái)推斷混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，它不但會(huì)隨傳播距離的增大而減少，也會(huì)出現(xiàn)角度上的衰減現(xiàn)象，因此通過(guò)超聲波的初始幅值和接收幅值就能夠判斷混凝土內(nèi)部的缺陷大小和位置。超聲波檢測(cè)技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是Radon變換，在測(cè)區(qū)呈L形布設(shè)一定數(shù)量的激發(fā)點(diǎn)和檢波器，如圖1所示。這些檢波器和激發(fā)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)連線會(huì)將測(cè)區(qū)劃分為單元格，如圖2所示，通過(guò)計(jì)算每個(gè)單元格內(nèi)聲波射線的速度和走時(shí)來(lái)推斷單元格內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

圖1、圖2中激發(fā)點(diǎn)（以圓點(diǎn)表示）和檢波器（以方格表示）的配置，正是進(jìn)行超聲波電脈沖檢測(cè)的基礎(chǔ)。在具體應(yīng)用中，激發(fā)點(diǎn)發(fā)射高頻聲波脈沖，使聲波在材料內(nèi)部傳播。聲波在遇到界面、裂縫或其他缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射和散射，這些信號(hào)由檢波器接收并記錄，通過(guò)分析不同激發(fā)點(diǎn)發(fā)射的聲波，獲取材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)信息。Radon變換在此過(guò)程中至關(guān)重要，其核心是將通過(guò)每個(gè)方格檢波器單元格的射線路徑進(jìn)行積分，建立材料內(nèi)部速度與走時(shí)之間的關(guān)系。聲波從激發(fā)點(diǎn)發(fā)出并經(jīng)過(guò)檢波器時(shí)，形成的每條射線穿過(guò)細(xì)胞都會(huì)影響最終的檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)對(duì)穿過(guò)每個(gè)單元格的射線走時(shí)進(jìn)行疊加，可以得到一系列與材料特性相關(guān)的數(shù)據(jù)。然而，為了確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，還必須確保每個(gè)單元格內(nèi)有足夠的射線密度，這意味著從不同角度發(fā)射的聲波能夠充分覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。射線的良好正交性以及源數(shù)量超過(guò)單元格總數(shù)的條件，都可以提高數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，從而降低由幾何配置帶來(lái)的不確定性，確保試驗(yàn)的科學(xué)性[4]。

2.2 混凝土檢測(cè)試驗(yàn)儀器和資料

超聲波檢測(cè)技術(shù)主要依托于BCT檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件包括主機(jī)、USB通信控制器、震源和檢波器，記錄器A/D：24位，采樣率為192 kHz（5.2 μs），單臺(tái)通道數(shù)16道，可級(jí)聯(lián)（試驗(yàn)使用64道）。試驗(yàn)使用超聲波和CT兩種檢測(cè)方法對(duì)同一塊混凝土模板進(jìn)行檢測(cè)，并在結(jié)果差異較大的位置進(jìn)行取樣驗(yàn)證。

2.2.1 超聲波法檢測(cè)結(jié)果

將所測(cè)得的聲速值和坐標(biāo)位置信息輸入軟件進(jìn)行插值和運(yùn)算，并運(yùn)用顏色的深淺來(lái)表示聲速的快慢，淺色區(qū)域?yàn)楦咚賲^(qū)，深色區(qū)域?yàn)榈退賲^(qū)，超聲法檢測(cè)的速度分布云圖如圖3所示。檢測(cè)結(jié)果顯示，該混凝土檢測(cè)板的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布比較均勻，梁板中的相對(duì)缺陷位置在5.5～6.0 m處的位置，相對(duì)濕度較高的地方位于7.5～9.0 m處。

2.2.2 CT法檢測(cè)結(jié)果

CT射線檢測(cè)使用X射線的穿透能力來(lái)查看材料內(nèi)部的問(wèn)題，如裂紋、腐蝕和異物，X射線透射度與材料的密度和厚度密切相關(guān)，其計(jì)算如式（3）所示。

（3）

式中：Tx為透射度；I 為通過(guò)材料后的X射線強(qiáng)度；I0為初始的X射線強(qiáng)度。

透射度的測(cè)量有助于評(píng)估材料中的密度變化。通過(guò)將所測(cè)得的聲速值和坐標(biāo)位置信息輸入軟件進(jìn)行插值和運(yùn)算，并運(yùn)用顏色深淺來(lái)表示聲速的快慢，淺色區(qū)域?yàn)楦咚賲^(qū)，深色區(qū)域?yàn)榈退賲^(qū)，CT法檢測(cè)的速度分布云圖如圖4所示。CT法的檢測(cè)結(jié)果包括四個(gè)方面：速度分布云圖、速度分布直方圖、強(qiáng)度分布云圖以及缺陷統(tǒng)計(jì)。速度分布云圖能簡(jiǎn)單直觀地展示超聲波在梁板內(nèi)部的傳播速度，根據(jù)聲速與混凝土強(qiáng)度的正相關(guān)性，可以推斷混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。速度直方圖顯示速度分布情況，通過(guò)梁板的平均速度和波速的離散度來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的質(zhì)量。根據(jù)科學(xué)依據(jù)和長(zhǎng)期的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出一般性評(píng)價(jià)指標(biāo)，即平均速度≥4 km/s且波速離散度≤9%作為合格的標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)度分布云圖根據(jù)當(dāng)?shù)鼗炷了俣扰c強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給出混凝土強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的波速范圍，并對(duì)強(qiáng)度分布進(jìn)行成圖顯示，對(duì)其對(duì)應(yīng)面積進(jìn)行百分比統(tǒng)計(jì)，指導(dǎo)評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量的合格與否。

將兩種檢測(cè)方法的速度分布云圖的色標(biāo)調(diào)整為一致，對(duì)比分析表明，兩種方法的整體差異性不大，但是在一些局部位置還是出現(xiàn)了差異。如圖5所示，矩形框內(nèi)的9#和12#位置差異明顯。超聲法檢測(cè)結(jié)果顯示9#區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)低速區(qū)，12#顯示為相對(duì)高速區(qū)，而CT法檢測(cè)結(jié)果剛好相反。圖3、圖4、圖5中的橫軸為相對(duì)缺陷位置，m；縱軸為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，MPa。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

在建筑材料檢測(cè)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的應(yīng)用增強(qiáng)了可視化能力。用戶在建造之前就能看到物體并在其上行走，甚至參觀建筑物內(nèi)部，這一過(guò)程通過(guò)將虛擬現(xiàn)實(shí)與BIM結(jié)合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)。VR技術(shù)主要通過(guò)快照、渲染和360°視頻實(shí)現(xiàn)逼真的感知，讓團(tuán)隊(duì)和客戶對(duì)項(xiàng)目最終階段的樣子進(jìn)行現(xiàn)實(shí)的對(duì)照。這種信息技術(shù)的應(yīng)用有助于深入了解復(fù)雜對(duì)象，避免施工過(guò)程中的重大變更，從而減少額外成本。VR的主要優(yōu)勢(shì)在于可以輕松驗(yàn)證模擬結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)零誤差檢測(cè)。用戶可以全方位地虛擬探索物體，從不同角度進(jìn)行觀察且便于協(xié)調(diào)溝通，例如參與者可以在虛擬環(huán)境中開(kāi)會(huì)討論。信息技術(shù)在建筑中的應(yīng)用不僅限于VR，還可以結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)上施加不同的層次，以便更完整、更深入地了解物體以及物體與環(huán)境的相互作用。通過(guò)這些附加的元素，可以預(yù)測(cè)對(duì)象在操作過(guò)程中的行為方式，例如，掌握在地震或火災(zāi)等極端情況下建筑材料和結(jié)構(gòu)的狀態(tài)[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

在信息化快速發(fā)展的今天，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程材料檢測(cè)的信息化管理變得尤為重要。因此，需要針對(duì)國(guó)內(nèi)檢測(cè)市場(chǎng)的具體情況，加強(qiáng)信息化的應(yīng)用與管理，優(yōu)化資源配置，完善檢測(cè)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)流程，進(jìn)一步規(guī)范檢測(cè)管理工作，提高工作效率與經(jīng)濟(jì)效益，從而保證在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得一席之地。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡(jiǎn)介]曾曉玲（1986—），女，廣東興寧人，本科，工程師，研究方向：材料檢測(cè)。