某建筑采用無人機搭載紅外熱像技術(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、有很多人工不可達點位、而且檢測成本高，很難精準發(fā)現(xiàn)問題所在并及時加以處置。隨著時代的進步，現(xiàn)已有“無人機+紅外成像”技術(shù)，多角度、全覆蓋、近距離對高層住宅樓進行外墻磚空鼓檢測，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。現(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。隨著無人機應(yīng)用越來越廣泛，無人機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搭載紅外熱成像儀對高樓建筑每個外立面進行環(huán)繞拍攝，對外墻飾面磚空鼓狀況進行分析。儀器及現(xiàn)場檢測圖片見圖1。

圖1 無人機搭載紅外熱像儀現(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狀外形構(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以外適當空間內(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，提高無人機飛行的安全性，保護無人機自身和搭載設(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)緯無人機搭配紅外熱像儀器對建筑物外墻飾面磚進行全面掃描，保持無人機與建筑物5～8 米的距離，鏡頭角度垂直于檢測墻面，且依據(jù)當?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。現(xiàn)場對方便敲擊的疑似空鼓區(qū)域位置采用敲擊法對進行敲擊驗證。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)量驗收標準》(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行維修或采取其它措施(例如更換、拆除等)進行處理。

7 結(jié)語

本文通過介紹無人機搭載紅外熱像技術(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。