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老旧建筑外立面病害检测与拆除施工技术

2024-08-23 274 上传者：管理员

摘要：随着我国建筑行业迈入存量提质、改造更新的发展阶段，老旧建筑物外立面成为城市更新的关注重点。根据“无体检不更新”的政策要求，老旧建筑外立面衍生了病害检测与拆除施工两个重要的工程问题。本研究依次对检测手段、施工平台、拆除设备与垃圾运输4个方面进行了既有技术总结，并基于绿色环保、智慧建造的理念提出了新的发展趋势。在病害检测方面，宜采用无损高精检测设备实现对外立面全覆盖检测，并根据人工智能实现准确快速识别，摆脱传统的以点概面、依赖人工判断的现状；在拆除施工方面，作业平台、拆除设备与垃圾运输相辅相成，决定了拆除作业的施工质量，应从作业平台承载力、高效微扰动的拆除设备、垃圾垂直运输通道进行综合改进。

关键词：
垃圾运输
建筑外立面
拆除设备
施工平台
病害检测
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目前我国建筑行业在历经数十年井喷式的增量开发建设后，已逐步迈入存量提质、改造、更新的发展阶段，针对老旧建筑改造与城市更新政策，政府部门也陆续出台了相关要求。2020年，国务院办公厅颁布的《关于全面推进城镇老旧小区改造工作的指导意见》中指出，城镇老旧小区是指城市或县城建成年代较早、失养失修失管等住宅小区，重点改造包含老旧建筑屋面及外立面。针对2000年前建成的老旧建筑以及2000年后建成的既有建筑而言，无论外立面采用饰面砖，还是目前广泛使用的保温板，由于长期受雨水、温差以及风荷载等多物理场的耦合作用，导致其在设计使用年限内出现了不同程度的空鼓、裂缝、渗水等病害问题。

京建发[2019]334号文件针对既有建筑外立面规定“对于已使用年限不大于9年的，每隔3年检查1次；使用年限大于9年、小于15年的，每隔2年检查1次；使用年限不小于15年的，每年检查1次；在汛期、大风等极端天气条件下应加大检查频次”。

然而，据国家统计局发布数据，目前我国总建筑面积已超过600亿m2，以竣工9年以上且每年需要检测1次的频率计算，则每年约有200亿m2的建筑外立面需进行安全性检测，这是一项体量巨大的检测工作。目测法、锤击法、拉拔试验等既有的检测措施无法适应其高质量、高效率的检测需求，导致实施效果欠佳。此外，建筑外立面更新施工（拆除与二次施工）与新建建筑施工环境与管理存在较大的区别，传统脚手架效率低、风险高，拆除过程中建筑垃圾高空坠落给居民的正常生活带来了诸多安全隐患。

鉴于此，本研究先后从建筑外立面病害检测与更新施工两个方面进行了调研与总结，并在当前绿色环保与智慧建造的发展背景下，提出了关于新技术的思考与建议。

1、老旧建筑外立面病害检测

2000年以前我国的老旧建筑外立面主要采用外墙砖与涂料2种饰面材料，主要病害形式包括空鼓、脱落、掉皮等。2000年以后，随着绿色建筑保温节能政策的要求，开始大规模地使用保温层材料，并在其外部使用真石漆或涂料，主要病害形式包括脱落、裂缝、浸水等。无论是何种材质的外立面，其脱落造成的高空坠物都会造成严重的公共安全事故。经调研，目前建筑外立面病害常用的检测方法主要包括小锤敲击法、回弹法、拉拔试验法以及红外热成像法等。

1.1小锤敲击法

该方法是利用敲击声音判断检测位置是否存在缺陷。江立伟等[1]通过打音棒敲击外墙砖诊断是否存在病害，通过快速傅立叶转换（FFT）将声音能量转换为频谱图，以声音能量面积判断外墙砖的劣化情况。经700处实验结果汇整显示，本研究发现频率出现在200～800 Hz的频谱图结果会有劣化空洞现象产生。邵正建[2]在验证外墙砖空鼓研究中，对比分析了完好部位与空缺部位在力锤敲击下声音的幅频特性。与江立伟等[1]的研究结论一致，空鼓部位会在中高频端产生明显的幅值。

小锤敲击法检测方法简单，操作灵活，但效率较低，检测精度适中，高处检测时仍需要配合吊篮，伴随高空作业风险，不适用于长期监测和大面积普查。

1.2回弹法

安徽省质监局颁布了DB 34/T 2234—2014《回弹法检测饰面砖和抹灰层空鼓技术规程》。该规程规定，采用砂浆回弹仪在建筑饰面砖上进行测试，针对饰面砖抹灰层的测试样本、选取数量、选取方法均给出了明确规定，并通过回弹值判定是否存在病害。徐超[3]根据该规程开展了相关研究，将饰面砖的回弹值测试结果与对应位置的敲击声进行了对照，可以看出空鼓区域的回弹值与声音的差异保持一致。

回弹法检测外墙砖和饰面层的效率与精度较低，高处检测时仍需要配合吊篮或脚手架，伴随高空作业风险，同样不适用于长期监测和大面积普查。

1.3拉拔试验

该方法是通过拉拔值评判墙面砖的粘结可靠性。相关规范JGJ 110—2008《建筑工程饰面砖粘结强度检测标准》、GB 50411—2019《建筑节能工程施工质量验收规范》，针对饰面砖、预制墙板饰面砖分别规定了建筑饰面砖的现场粘结测试方法，试样规格一般采用95 mm×45 mm、40 mm×40 mm的尺寸。文献[4–5]依照该方法测试了外立面饰面砖粘贴质量的拉拔试验研究，重点阐述了切割过程中的操作要点，对粘结测试仪提出了设备要求，总结了拉拔试验测试方法对环境温度要求低、测试成本便宜等优点。显然测试结束后的二次修补也较为麻烦。针对拉拔试验，李宾[6]也提出了尽管外立面饰面砖具有相关规范要求，但饰面层内部即外立面保温板的粘结强度拉拔试验缺仍然缺乏相关规范要求（目前仅针对EPS保温板有明确要求），以上仍然会对墙面砖的安全稳定造成影响。

该技术具有检测精度高、检测结果明确等优点，但同样存在检测效率低的问题。同时，该方法成本较高，需要对拉拔试验部位进行二次修复，检测及修复周期较久。

1.4红外热成像法

红外热成像检测是利用光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，经信号处理形成红外热像图。我国自20世纪80年代初开始将红外热像法应用于建筑工程领域[7–9],JGJ/T 277—2012《红外热像法检测建筑外墙饰面粘结质量技术规程》、GB/T 29183—2012《红外热像法检测建设工程现场通用技术要求》相关标准规定了使用红外热像仪可检测现场建设工程质量、建筑饰面粘结质量，具有检测效率高、检测距离远、直观可视化等优点。

在实验理论研究方面，朱红光等[10]、李芸等[11]、张德芳[12]研究认为，红外法检测外立面饰面层空鼓需要保证充足的太阳辐射强度，并通过数值模拟得到相应墙体的接收太阳辐射的临界强度为310 W/m2；冯力强等[13]通过研究外立面饰面层表面温度随时间、空间的变化规律分析，提出拍摄角度在45°以内对热成像结果没有影响，同时提出了以空鼓边缘温度是空鼓中心温度的0.4～0.5倍为依据的饰面层病害面积估算方法。上述研究提出了红外热成像法检测空鼓病害的最佳状态。

然而，在实际应用条件下，外界环境并不可能达到理想状态。徐教宇[14]通过实测研究发现，外立面饰面层的建筑材料、立面形状和空鼓病害厚度均会对红外成像结果产生影响进行了研究；EDIS等[15]通过现场研究也提出了除了太阳辐射强度以外，建筑墙体蓄热系数、饰面层的表面发射率、墙体检测距离与墙体表面空气流速大小对检测结果也会产生影响。因此在测量之前需要获得墙体储热性与发射率的准确数据，以及两者与热成像温度的关系，达到以上要求后才能对后期温度场的分布、评价以及空鼓特性的分析提供保障。

虽然红外热成像法在建筑外立面饰面层空鼓、脱落等物理病害检测中具有简便快捷、特征明显、检测距离远范围广等优点，但现有技术仍存在以下问题。

(1）红外热像图仅能定性分析外立面饰面层是否存在病害，且目前此技术主要是依靠检测人员主观经验判断，评判结果不具有客观性，无法保证准确率。并且该技术仍然处于定性检测阶段，无法量化病害尺寸、形状、位置和严重程度，经验依赖性大，难以提出有针对性的维修建议。

(2）红外热成像图检测方法受外界干扰因素与材料特性影响因素较多。外界干扰主要有太阳辐射强度、检测距离、拍摄角度、空气流量等；材料内部因素主要包括外立面饰面层颜色、蓄热系数、表面发射率、病害类型及特征等。

1.5检测手段总结与发展

表1对上述外立面病害检测方法进行了归纳总结。由表1可知，既有的建筑外立面病害检测方法受人为经验影响较大，或对被检物扰动较大，无法实现智能、无损、高效检测。不足以支承高品质、高效率施工现场的技术需求。

表1建筑外立面既有检测方法对比

随着传感技术、图像识别技术以及人工智能技术的飞速发展，国内外逐渐掀起了基于机器视觉+人工智能技术开展病害检测的研究浪潮[16–17]。通过这种交叉学科的研究应用，有望实现机器采集代替人工操作、高精传感技术代替人为经验判断、基于深度学习的图像识别智能化批量处理代替人工逐个识别筛选的技术革新。

在综合效益方面，现有的外立面拉拔试验检测技术标准规定每1 000 m2设置1个检验批，每批应取3个试样。若按照小区建筑外立面100 000 m2为例，则需要300个试样。按照目前检测公司平均800元/测点的收费标准为例，则一次性检测需要24万元。此外，按照规范检测后，均需要对测点位置进行修复仍需要产生部分费用。同时该检测方法每天平均仅能测试20个，共计需要15 d才能完成测试。而采用基于机器视觉的红外热成像检测设备与深度学习算法模式的伤损评价系统，完全可以短期完成图像采集和伤损识别，且无须二次修复，检测周期至少节约85%。

同时，为了提高检测结果的可靠性，可根据图像识别结果定点选取个别位置进行验证性测试。结合力学测试的无损化检测技术，既可大幅提高被检测面积，又可以提高检测精度。

2、老旧建筑外立面更新施工

既有建筑外立面的更新施工涉及施工平台、拆除设备、垃圾收集与运输、二次施工等环节。与新建建筑施工不同，每个施工环节都可能会对建筑内部居民正常起居出行造成影响。因此，外立面更新施工必须充分体现以人为本的理念，采用微扰动的方式进行绿色环保施工。

2.1施工平台

在老旧建筑外立面更新中，施工平台主要包括落地式脚手架、悬挑式脚手架、高空作业车及附着式电动施工平台等。脚手架因钢管截面尺寸、材料性能的限制，对脚手架布置间距、扫地杆等有严格要求，存在人行通道不便、底商运营受影响等问题。高空作业车存在占地面积大、堵塞交通及施工作业效率低等问题。附着式电动施工平台作为一种较为新颖的施工作业平台，已被应用于建筑外立面更新中。

该技术是一种通过导轨附着结构将施工电梯与施工平台相结合的方式，能够在平面内有针对性地设计出多种异形平台，以便于与建筑外立面契合，具有较高的施工效率。内侧伸缩挡板与外侧防尘隔音挡板可良好的响应绿色施工要求，已在沿海地区得到了广泛应用。

2.2拆除技术

目前在建筑外立面拆除过程中，大多采用冲击钻、电锤、电铲等传统拆除设备。

该类设备基于活塞运动原理通过电机驱动实现锤、钻、镐、槽等施工作业。然而，这些设备主要是通过局部集中冲击荷载实现建筑物的拆除，操作不慎会对建筑主体结构造成严重的伤损。同时，这些设备会产生较大的振动、噪声、扬尘。

近年来，墙面铣刨机逐渐得以推广应用，该设备贴合建筑外墙面，通过内部刀头旋转拆除外墙涂料、石膏等材料。设备刀头可以在0～5 mm无极调节，因此不存在局部冲击损伤，具有保护主体结构的功能。同时，设备外接吸尘设备可将拆除后的建筑材料收集至固定存储容器，有效防止施工中扬尘扩散。

2.3建筑垃圾运输

目前，建筑垃圾运输方式主要包括采用滑轮吊运、起重机运输、垃圾垂直运输通道。随着建筑安全施工要求的提高，人工滑轮垂直运输的方式逐渐被淘汰。起重机运输通常在建筑垃圾较少的情况集中吊运。

垃圾垂直运输通道主要应用于新建建筑，随着建筑楼层的提高逐层向上搭接，显著提高了垃圾运输效率。然而，建筑外立面拆除过程中最核心的问题在于没有作业面收集拆除后的建筑垃圾。所以目前通常在地面搭建围挡，拆除后的建筑垃圾直接自由落体。

2.4建筑外立面拆除一体化装备趋势

施工平台、拆除设备、垃圾运输是制约老旧建筑外立面拆除施工质量的三大因素，这三者之间紧密相关。当施工作业平台的活动空间大、承载力强时，可以提供多作业人员操作多台拆除设备；当外立面拆除设备的切割工艺规整，则拆除垃圾收集和垂直运输会更加高效和便捷。

因此，为实现快速、绿色、安全及便捷的建筑外立面更新改造，应按图1的思路对既有施工作业平台、拆除技术及垃圾运输进行集成改进，形成建筑外立面更新施工一体化装备，这将是老旧建筑外立面更新技术的重点研究方向。

图1建筑外立面更新施工技术改进思路