建筑外墻檢測技術及問題探討

查垚潤

（中建深圳裝飾有限公司，廣東深圳 518000）

1 建筑外墻檢測技術現狀

1.1 擦窗機檢測

擦窗機是用于建筑物或構筑物窗戶和外墻清洗、維修等作業的常設懸吊接近設備。大部分大廈的擦窗機都沒有起到應有的作用。應用擦窗機進行建筑外墻檢測存在以下問題：

第一，是管理方面的問題。幕墻檢測、擦窗機操作都需要專業的人員來做，管理成本和擦窗機維護成本較高，且不能全天候作業。

第二，是安全方面的問題。擦窗機一般設置在樓頂，樓層高，風速大，人在吊籃內工作時存在一定的安全隱患。

第四，是效率問題。當檢測完一列幕墻后，若需要檢測其他幕墻，需要將吊籃收回頂部再移動到下一列需要檢測的幕墻處，效率較低。

1.2 無人機遙感掃描檢測

無人機遙感掃描檢測是將遙感傳感器（光學相機、多光譜成像、紅外掃描、激光掃描等技術）裝載在無人機上，遙控無人機對整棟大廈進行掃描，將掃描出的結果傳輸到電腦上進行分析，查看幕墻哪里出現問題。無人機遙感掃描不用安裝固定設備，可以節約大量空間；管理方便，一人即可操作；效率高，信息傳輸快。雖然相比于擦窗機來說有著很大的優勢，但是其缺點也比較明顯。

第一，不能全天候作業，雨天雨水會折射部分信號，使獲取的數據不準確。

第二，無人機飛得越高，所承受的風力越大，很難保持穩定的掃描作業。

第三，無人機控制信號容易受到電磁干擾和大功率發射器干擾，使無人機GPS 信號丟失。

第四，續航問題。無人機的電池同時給驅動系統和遙感掃描系統供電，不宜長時間作業。

第五，結合第三和第四點，無人機失去控制或動力供應，將撞向建筑物或從高空墜落，相當于高空拋物，存在較大的安全風險。

第六，不能實現實時監測，每次檢測都需要重新操縱無人機掃描大廈。

由表3可以看出，不同退耕還林地間作黑麥草后均提高了林木青海云杉的生長量，不同退耕還林地林木青海云杉的樹高、冠幅和新梢長度平均值分別為1.73m、1.64m和16.44cm，較對照(CK)平均值分別提高了14.57%、22.39%和19.22%。

1.3 傳感器檢測

傳感器檢測是在幕墻上安裝多種傳感器，使用導線連接到控制器，傳感器檢測到的數據以電信號的方式傳輸給控制器，控制器再將獲取的信號傳輸到電腦上進行分析。此方式相比于擦窗機與無人機遙感掃描來說具備諸多優點[1，2]：（1）可以全天候作業，不懼風雨；（2）不容易受到電磁干擾，信號傳輸能保持穩定；（3）導線連接供電，不用擔心像無人機一樣的續航問題；（4）正常供電的情況下，能夠實現實時監測，每時每刻都在監測著幕墻狀態，信息獲取及時。

傳感器檢測也有一些明顯的缺點：

第一，需要安裝的傳感器較多，每一塊幕墻的信號傳輸都要具備唯一性。

第二，供電問題。室內用電為220 V，而大部分傳感器和控制器的工作電壓在3～5 V，這需要電源適配器對電壓進行轉換，電源適配器長時間接通，當遇到電壓不穩或停電，或處于潮濕和較熱的環境中，容易燒壞。斷電后就不能繼續工作。

第三，使用壽命問題。大部分廠家生產的導線絕緣層較薄，使用壽命不長，導線需要加厚絕緣層并做防腐措施，傳感器使用時間久了，其精確度會降低，需要特殊定制，傳感器和控制器必須做好隔離措施。

1.4 幕墻機器人檢測

將圖像處理技術、傳感技術、機械自動化等技術集成為一體，機器人采用攀爬、吸附、飛行等方式對建筑幕墻掃描檢測。原理與無人機相差無幾，優點是不需要人為控制，正因如此，機器人檢測的方式多了一個不可控的因素，失控之后對建筑幕墻和周圍環節造成的損失也是不可估量的。

上述4 種檢測方法各有優劣，目前，無人機遙感掃描和傳感器檢測依然沒有解決能源穩定供給的問題。當前的檢測技術只有等到幕墻出現問題了才能檢測出結果，部分缺陷不明顯是很難被發現的，如玻璃自爆問題，石材內部暗裂，螺栓松動等，當發現明顯問題后，維修成本和安全隱患將大大增加。

為了提高幕墻的檢測效率以及檢測的全面性，建筑外墻檢測技術急需更新換代，專利CN 2021102473476 和CN 2021204878275 很好地講述了傳感器檢測幕墻的優勢。其理念是采用光伏幕墻與傳感系統相結合，外力施壓裝置與傳感系統相結合，可以實現綠色能源的利用，將電能儲存起來，穩定提供電源，能夠提前預測幕墻問題。

2 目前的建筑發電方式

1）光伏發電。分為“光—電”發電，“光—熱—電”發電。光伏幕墻大部分為“光電”發電的形式，太陽照在光伏板（光伏玻璃）上，其內部的電子吸收光子能量，使其克服內部引力做功形成電流。我國很早就進入了光伏行業，國家對光伏發電也有較大的扶持，國內的光伏發電在幕墻方面應用較多[3]。

2）溫差發電。金屬中溫度不均勻時，溫度高處的自由電子比溫度低處的自由電子動能大，穩定不均勻時會產生熱擴散，因此，自由電子從溫度高端向溫度低端擴散，在低溫端堆積起來，從而在導體內形成電場，在金屬兩端便形成一個電勢差（見圖1）。在炎熱的夏天，許多被阻擋在建筑外部的熱能沒得到合理利用，流失了大量有用的綠色能源。

圖1 溫差發電原理示意圖

3）風力發電。建筑樓層越高，所承受的風壓越大，大量的風能從建筑物身邊流失，若在建筑外側設置風力發電裝置，可將電能儲存起來。合理的結構型式能引導風向流動，也能降低風壓對建筑的影響，每年可以節約很大的耗電量。

4）水+重力發電。辦公大樓內部每天用水量較大，不論是洗手、沖廁所還是打掃衛生，污水都會通過管道從高處排向低處，最終排入下水道。水在排泄過程中，產生了大量的重力勢能，樓層越高，產生的重力勢能越大。可以將排污管內的水充分利用，在每層樓的分支管道安裝小型渦輪發電裝置，或在大樓底部安裝發電機，將水的重力勢能轉化為機械能運動，用來發電并存儲起來，可以為樓梯間的燈、喇叭、傳感器、指示燈等提供電源。

5）壓力發電是利用壓電效應來發電的方式。壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。壓電體受到外電場作用而發生形變，其形變量與外電場強度成正比，這種現象稱為逆壓電效應[3]。辦公大樓每天進進出出幾百名甚至上千名人員，人的行走過程就是一個隱藏的清潔能源，可以在地板內設置壓電材料，當人踩踏在地板上由于壓電效應即產生電能，不斷有人在地上走動，這些電能就能不斷儲存，將產生的直流電通過逆變電路轉換為交流電，能為辦公空間的照明提供穩定電源。

人們可以將光伏發電、溫差發電和風力發電等都利用到幕墻上，溫差發電不僅適用于玻璃幕墻也適用于金屬幕墻。

3 采用傳感器進行幕墻檢測的方式

光伏幕墻產生的電能存儲在蓄電池內，給傳感器和控制器提供電源，傳感器對幕墻的檢測主要有以下幾種方式。

1）對金屬幕墻的檢測：在金屬幕墻板塊安裝應變片，當金屬板發生變形時，應變片阻值發生改變，阻值變化由壓力傳感器傳輸給控制器分析，檢測出幕墻有問題。

2）對石材幕墻的檢測：在石材幕墻板塊背部安裝超聲波傳感器，超聲波檢測石材一直處于穩定狀態，當石材表面或內部破損開裂，超聲波碰到裂紋分界面會產生顯著反射，形成反射回波，波形與正常狀態不一樣時，檢測出幕墻有問題。

3）對玻璃幕墻的檢測：在玻璃背部安裝應變片或者紅外傳感器，紅外線傳感器穿過玻璃檢測，如果玻璃出現微裂紋或明顯裂紋，紅外線被折射，探頭就會檢測到有異常，檢測出幕墻有問題。

4）對幕墻漏水的檢測：在幕墻打膠密封處和上下橫梁連接部位設置雨滴傳感器，若有雨水進入，傳感器檢測到雨水信號傳輸給控制器分析，檢測出幕墻有問題。

5）對螺栓松動的檢測：使用角位移傳感器，設置好閾值，當角位移傳感器檢測到螺母位置發生改變，則檢測出螺釘發生松動。

6）對面板傾斜的檢測：使用位置傳感器或傾斜傳感器，當面板位置發生傾斜，傾斜方向觸碰到位置傳感器，則檢測出幕墻有問題，又或傾斜傳感器內部組件位置改變，則檢測出幕墻有問題。

7）對幕墻問題的預測：幕墻各關鍵部位安裝應變傳感器，應變傳感器可以時刻測量受力后的整塊幕墻板塊的微動應力變化[4]，如刮風、下雨、積雪、受撞擊等，通過微動應力變化，計算出幕墻的疲勞壽命，由此推算出幕墻未來大概在什么時候什么部位會出現問題。

8）對玻璃自爆問題的預測：玻璃自爆的因素是受到內部硫化鎳和其他晶體的影響，硫化鎳發生相變后體積會膨脹2%～4%，是使玻璃發生自爆的主要因素之一[5]。可以使用光學相機和紅外掃描技術結合，通過圖像處理技術分析硫化鎳和相關晶體是否處于張應力區域，如果處于的話，就要提前對此塊玻璃做相應的保護措施。

4 結語

上述檢測方法并不是唯一的，可以使用多種傳感器相結合進行檢測，也可以是一種傳感器檢測多種狀態，隨著社會科技的進步，也會出現新的檢測方式和傳感器。

幕墻檢測維護方面，會往無人化、自動化、智能化方向發展，如清洗玻璃靠機器人自動清洗，更換玻璃時，只需要將工廠做好的玻璃板塊放到機器指定位置，機器會自動將板塊提升，自動拆卸和安裝，節省了大量人力，提高了效率。又如將傳感器檢測到的信號傳輸到電腦上后，以模型可視化的方式呈現建筑幕墻出現的問題，從三維模型上直觀查看，并可以通過App 或短信發送信號，提醒相關負責人進行維修。還可以將該信息管理平臺與元宇宙網絡連接，維修人員帶上VR 設備，可以在元宇宙世界里直接查看幕墻出現的問題，在3D 界面模擬維修更換，提前預演、預防現實中可能存在的風險。