開啟幕墻在線檢測與防控的時代

文 俞靈琦

開啟幕墻在線檢測與防控的時代

文 俞靈琦

上海建材集團節能環保科技有限公司總經理 張華杰

有沒有思考過這樣一個問題：我們所在城市的玻璃幕墻安全嗎？

2013年8月12日上午10點左右，廈門外圖書城27樓電梯井的一塊玻璃，就疑因太陽暴曬而爆裂墜落，玻璃墜落時一位高齡女士剛走出外圖書城，幸好當時她打著傘，但還是被墜落的玻璃劃傷手臂。2015年6日夜晚，寶雞一座大廈27樓也有一塊玻璃幕墻自爆墜落，造成樓下幾輛車被輕微砸傷。

我國建筑幕墻從20世紀80年代起步，目前幕墻的生產和使用均居世界第一，其中玻璃幕墻已經占全球85%-90%。但是早期建設幕墻的施工建設無標準可依，大量的玻璃幕墻設計不當、施工偷工減料，且早期的玻璃幕墻大多已經超過服役壽命，存在各種失效問題，帶來了很大的安全隱患。對此，我國先后出臺了《加強建筑幕墻工程管理的暫行規定》和《玻璃幕墻工程技術規范》，上海市建委和房地資源局也曾發出《關于開展本市玻璃幕墻建筑普查工作的通知》，同時全國各地和兩會陸續提出盡快開展玻璃幕墻安全檢查或立法的提議。這些條例法規和兩會提議在短時間內對玻璃幕墻運營安全有很大促進作用，但并沒有帶來長期的安全效果，其主要的原因就在于沒有可操作的手段，沒有檢測現有玻璃幕墻安全性能的切實有效的技術和規范標準。

上海建材集團聯合中國檢測集團、中科院、上海交通大學、同濟大學等院所高校，開發了前沿的在線安全檢測儀器，制定了相關的檢測標準，并聯合上海玻機智能幕墻股份公司建立幕墻安全管理平臺，從而實現定期對玻璃幕墻進行“體檢”。為了進一步了解幕墻的現狀與在線檢測和防控技術，記者專程采訪到上海建材集團節能環保科技有限公司總經理張華杰，上海建材集團節能環保科技有限公司副總經理余小寅，上海交通大學楊健教授、上海玻機智能幕墻股份公司副總裁徐樺等相關人士，一起解碼幕墻安全健康監測系統的前沿技術。

填補現場檢測空白，刮起智能科技風暴

在采訪中，上海建材集團旗下上海市新材料創新基地材知園總經理張華杰向記者介紹道：幕墻玻璃的常規性能檢測在我國已經規范化，有很多的標準可以參照。如檢測鋼化玻璃自爆風險的光彈掃描法及對應的國家標準《玻璃缺陷檢測方法—光彈掃描法》。但玻璃幕墻安全性的現場檢測還是空白，國外更是如此。如檢測結構膠的老化，較常用的是目測和讓有經驗的工程師進行敲擊測試，或采用復雜的吸盤法或氣囊法進行檢測。這些現場檢測常常沒有足夠的檢測技術和手段，過于依賴檢測人員的經驗，或檢測速度緩慢。

基于此，上海建材集團節能環保科技有限公司聯合多方技術與資源，通過不斷研發和實踐，并應用互聯網和大數據技術，對幕墻的健康和安全狀態進行實時檢測和分析，并對可能出現的變病進行預警，降低幕墻失效概率。在技術上，主要擁有以下幾個創新特點：首先，針對玻璃面板本身的脆裂現象，其主要機理是局部應力集中，而引起局部應力集中的原因是玻璃內含異質相顆粒，從而導致玻璃自爆。針對這一破壞現象，現主要有2類檢測方法，即應力分析法和雜質搜索法。其次，針對結構膠的檢測，現有的手段多采用人工老化試驗和現場檢測兩類方法。在人工老化試驗過程中，對幕墻用硅酮結構密封膠的各項力學性能進行測試；而結構膠現場檢測方法主要有振動信號分析法、紅外光譜法和超聲波檢測法3大類方法。再者，對于玻璃幕墻連接的檢測，主要是針對幕墻錨固及支撐體系的松動和變形等反映安裝剛度的參數進行量測從而預估其風險水平。目前主要采用目測、現場拉拔試驗以及工業內窺鏡檢測結合的方法來進行現場檢測。最后，針對玻璃幕墻鋼索支撐結構的預拉力水平檢測，現有的方法主要有分力測力法、振動信號分析法、電磁感應電流法、磁彈效應法以及光柵傳感器法幾種。綜上所述，上海建材集團正通過研究開發振動信號實時采集和分析、實時索力監測等技術的在線檢測平臺，讓幕墻檢測不再依賴復雜而緩慢的現場檢測手段，而是利用大數據和云計算功能評估檢測幕墻的安全性并提供預警。據悉，目前這項技術已通過申請國家發明專利2項，同時也在申報上海市科委的《上海市2017年度“科技創新行動計劃”社會發展處領域項目指南》，區域既有建筑群玻璃幕墻和外墻安全管理技術研究及示范。

目前上海建材集團內部的既有建筑幕墻的維護和管理規程還需要進一步完善。對此，張華杰披露，他們計劃在國家和地區的相應規程上借鑒國內外經驗，基于企業自身積累的經驗制訂更為嚴格和高效的幕墻維護規程。另一個不足之處在于現在集團的玻璃幕墻信息化監管水平還不夠。為此，上海建材集團預期進行信息化監管和預警平臺的建設試點工作，這需要很多的既有建筑幕墻玻璃的維護維修數據庫，也需要完善的玻璃幕墻基礎研究數據，這一方面的積累尚顯不足。張華杰希望通過多方合作，進一步提升玻璃幕墻監測檢測的集成性，并考慮采用大數據和云計算技術，提升幕墻的信息化監管水平和可靠性。

產學研結合，眾志成城

由于之前國內相關檢測技術研發甚少，而玻璃幕墻的潛在危險已經迫在眉睫，上海建材集團面臨的既有技術上的難點，也有時間的緊迫性。上海建材集團節能環保科技有限公司副總經理余小寅告訴記者，在研發和創新過程中典型的問題就是需要明確檢測得到的數據和玻璃幕墻對應的狀態、風險性之間的相關性。比如對玻璃幕墻進行振動信號分析，若測得的數據不正常，那到底是結構膠老化還是支撐結構受損了，這些相關性必須經過相應的科學研究才能得到。上海建材集團通過產學研結合，與中國檢測集團、中科院、上海交通大學、同濟大學等相關科研院所、高校進行了合作，進行了大量的科學實驗研究，同時還和業內技術強勁的企業合作，進行了很多玻璃幕墻的現場檢測工作，收集了大量的一手數據。這些研究和實踐的結合逐步提升了集團的科研實力和成果積累，一步步解決了研發過程中出現的問題。可以說，與研究院和高校的聯合，是推動技術創新的有效力量。

為了進一步了解產學研的合作關系，記者專程采訪到了上海交通大學楊健教授。作為中組部“千人計劃（青年）”之一，楊健教授是數學模型方面的權威人士，在過去10年的研究過程中，他和他的團隊取得了許多卓越的成果，包括：雙層玻璃熱沖擊下的數學模型建立；通過實驗和理論分析，建立了玻璃受不同加載速率和加載條件下的強度模型等。此外，楊健教授也擔任多個國內外有關玻璃材料和結構的學術組織委員或理事會成員（如IABSE玻璃結構工作組成員、國際玻璃結構魯棒性工作研究委員會發起人、國際玻璃組織技術委員會ICG/ TG06理事等），是國際上唯一的結構玻璃期刊《結構玻璃與工程》的編委。

楊健教授自2003年開始接觸幕墻的研究。在構建幕墻檢測數學模型方面，楊健教授表示，相較于傳統幕墻安全風險分析理論和數學模型，他們主要進行建筑幕墻使用狀況和實際服役環境對既有幕墻的風險評估模型開發；同時考慮了在環境—荷載耦合作用下建筑幕墻長期性能退化規律，針對幕墻的高空墜落進行仿真模擬，由此可以提供常規觀測手段無法獲得的關鍵信息；更全面地考慮建筑幕墻的各類失效形態，對其進行定位和識別，并揭示關鍵參數與安全特性的相關性。據悉，楊健教授及其團隊的技術將結合幕墻高空墜落破壞機理的理論研究，采用多元性檢測理念開發并研制新型的建筑幕墻在線檢測技術和裝備，為幕墻的安全管理提供第一手精準數據和資料；傳統檢測方法和手段往往局限于目測或粗放簡單的形式，效率很低，也常常依賴工程師的經驗。若能研究出一套可以自動執行并定量化的高精度檢測裝置，可突破現有檢測技術的限制，對國內維護體系的安全檢查提升有著舉足輕重的意義。同時，這也是企業實現自主創新，降低檢測資金門檻，提高工作效率的重要手段。

為了讓理論能更好地落實在工程中，楊健教授率領團隊與上海建材開展合作，基于楊健教授團隊提出的幕墻高空墜落破壞機理、風險評估和仿真分析技術等理論基礎，上海建材擬針對既有建筑圍護體系缺乏相應管理系統的現狀，通過引入信息化技術實現既有建筑圍護體系的安全管理，采用BIM、大數據、物聯網及云計算技術，建立面向既有建筑圍護體系的預警系統及管理平臺，兩家單位信息共享，更高效地展開相應學習和研究。

未來，在多方協力下，上海建材集團將逐步基于新建高科技幕墻和既有幕墻的維護保養新技術、信息化智能化的平臺開發等方面進行發展，通過加強和業內同行及科研團隊的合作，以建立集團的高技術專業人才團隊為基礎，攻克難題提升效能，從而更好地規范建筑幕墻使用，加強建筑幕墻安全維護，杜絕建筑幕墻安全事故。