开启幕墙在线检测与防控的时代

文 俞灵琦

开启幕墙在线检测与防控的时代

文 俞灵琦

上海建材集团节能环保科技有限公司总经理 张华杰

有没有思考过这样一个问题：我们所在城市的玻璃幕墙安全吗？

2013年8月12日上午10点左右，厦门外图书城27楼电梯井的一块玻璃，就疑因太阳暴晒而爆裂坠落，玻璃坠落时一位高龄女士刚走出外图书城，幸好当时她打着伞，但还是被坠落的玻璃划伤手臂。2015年6日夜晚，宝鸡一座大厦27楼也有一块玻璃幕墙自爆坠落，造成楼下几辆车被轻微砸伤。

我国建筑幕墙从20世纪80年代起步，目前幕墙的生产和使用均居世界第一，其中玻璃幕墙已经占全球85%-90%。但是早期建设幕墙的施工建设无标准可依，大量的玻璃幕墙设计不当、施工偷工减料，且早期的玻璃幕墙大多已经超过服役寿命，存在各种失效问题，带来了很大的安全隐患。对此，我国先后出台了《加强建筑幕墙工程管理的暂行规定》和《玻璃幕墙工程技术规范》，上海市建委和房地资源局也曾发出《关于开展本市玻璃幕墙建筑普查工作的通知》，同时全国各地和两会陆续提出尽快开展玻璃幕墙安全检查或立法的提议。这些条例法规和两会提议在短时间内对玻璃幕墙运营安全有很大促进作用，但并没有带来长期的安全效果，其主要的原因就在于没有可操作的手段，没有检测现有玻璃幕墙安全性能的切实有效的技术和规范标准。

上海建材集团联合中国检测集团、中科院、上海交通大学、同济大学等院所高校，开发了前沿的在线安全检测仪器，制定了相关的检测标准，并联合上海玻机智能幕墙股份公司建立幕墙安全管理平台，从而实现定期对玻璃幕墙进行“体检”。为了进一步了解幕墙的现状与在线检测和防控技术，记者专程采访到上海建材集团节能环保科技有限公司总经理张华杰，上海建材集团节能环保科技有限公司副总经理余小寅，上海交通大学杨健教授、上海玻机智能幕墙股份公司副总裁徐桦等相关人士，一起解码幕墙安全健康监测系统的前沿技术。

填补现场检测空白，刮起智能科技风暴

在采访中，上海建材集团旗下上海市新材料创新基地材知园总经理张华杰向记者介绍道：幕墙玻璃的常规性能检测在我国已经规范化，有很多的标准可以参照。如检测钢化玻璃自爆风险的光弹扫描法及对应的国家标准《玻璃缺陷检测方法—光弹扫描法》。但玻璃幕墙安全性的现场检测还是空白，国外更是如此。如检测结构胶的老化，较常用的是目测和让有经验的工程师进行敲击测试，或采用复杂的吸盘法或气囊法进行检测。这些现场检测常常没有足够的检测技术和手段，过于依赖检测人员的经验，或检测速度缓慢。

基于此，上海建材集团节能环保科技有限公司联合多方技术与资源，通过不断研发和实践，并应用互联网和大数据技术，对幕墙的健康和安全状态进行实时检测和分析，并对可能出现的变病进行预警，降低幕墙失效概率。在技术上，主要拥有以下几个创新特点：首先，针对玻璃面板本身的脆裂现象，其主要机理是局部应力集中，而引起局部应力集中的原因是玻璃内含异质相颗粒，从而导致玻璃自爆。针对这一破坏现象，现主要有2类检测方法，即应力分析法和杂质搜索法。其次，针对结构胶的检测，现有的手段多采用人工老化试验和现场检测两类方法。在人工老化试验过程中，对幕墙用硅酮结构密封胶的各项力学性能进行测试；而结构胶现场检测方法主要有振动信号分析法、红外光谱法和超声波检测法3大类方法。再者，对于玻璃幕墙连接的检测，主要是针对幕墙锚固及支撑体系的松动和变形等反映安装刚度的参数进行量测从而预估其风险水平。目前主要采用目测、现场拉拔试验以及工业内窥镜检测结合的方法来进行现场检测。最后，针对玻璃幕墙钢索支撑结构的预拉力水平检测，现有的方法主要有分力测力法、振动信号分析法、电磁感应电流法、磁弹效应法以及光栅传感器法几种。综上所述，上海建材集团正通过研究开发振动信号实时采集和分析、实时索力监测等技术的在线检测平台，让幕墙检测不再依赖复杂而缓慢的现场检测手段，而是利用大数据和云计算功能评估检测幕墙的安全性并提供预警。据悉，目前这项技术已通过申请国家发明专利2项，同时也在申报上海市科委的《上海市2017年度“科技创新行动计划”社会发展处领域项目指南》，区域既有建筑群玻璃幕墙和外墙安全管理技术研究及示范。

目前上海建材集团内部的既有建筑幕墙的维护和管理规程还需要进一步完善。对此，张华杰披露，他们计划在国家和地区的相应规程上借鉴国内外经验，基于企业自身积累的经验制订更为严格和高效的幕墙维护规程。另一个不足之处在于现在集团的玻璃幕墙信息化监管水平还不够。为此，上海建材集团预期进行信息化监管和预警平台的建设试点工作，这需要很多的既有建筑幕墙玻璃的维护维修数据库，也需要完善的玻璃幕墙基础研究数据，这一方面的积累尚显不足。张华杰希望通过多方合作，进一步提升玻璃幕墙监测检测的集成性，并考虑采用大数据和云计算技术，提升幕墙的信息化监管水平和可靠性。

产学研结合，众志成城

由于之前国内相关检测技术研发甚少，而玻璃幕墙的潜在危险已经迫在眉睫，上海建材集团面临的既有技术上的难点，也有时间的紧迫性。上海建材集团节能环保科技有限公司副总经理余小寅告诉记者，在研发和创新过程中典型的问题就是需要明确检测得到的数据和玻璃幕墙对应的状态、风险性之间的相关性。比如对玻璃幕墙进行振动信号分析，若测得的数据不正常，那到底是结构胶老化还是支撑结构受损了，这些相关性必须经过相应的科学研究才能得到。上海建材集团通过产学研结合，与中国检测集团、中科院、上海交通大学、同济大学等相关科研院所、高校进行了合作，进行了大量的科学实验研究，同时还和业内技术强劲的企业合作，进行了很多玻璃幕墙的现场检测工作，收集了大量的一手数据。这些研究和实践的结合逐步提升了集团的科研实力和成果积累，一步步解决了研发过程中出现的问题。可以说，与研究院和高校的联合，是推动技术创新的有效力量。

为了进一步了解产学研的合作关系，记者专程采访到了上海交通大学杨健教授。作为中组部“千人计划（青年）”之一，杨健教授是数学模型方面的权威人士，在过去10年的研究过程中，他和他的团队取得了许多卓越的成果，包括：双层玻璃热冲击下的数学模型建立；通过实验和理论分析，建立了玻璃受不同加载速率和加载条件下的强度模型等。此外，杨健教授也担任多个国内外有关玻璃材料和结构的学术组织委员或理事会成员（如IABSE玻璃结构工作组成员、国际玻璃结构鲁棒性工作研究委员会发起人、国际玻璃组织技术委员会ICG/ TG06理事等），是国际上唯一的结构玻璃期刊《结构玻璃与工程》的编委。

杨健教授自2003年开始接触幕墙的研究。在构建幕墙检测数学模型方面，杨健教授表示，相较于传统幕墙安全风险分析理论和数学模型，他们主要进行建筑幕墙使用状况和实际服役环境对既有幕墙的风险评估模型开发；同时考虑了在环境—荷载耦合作用下建筑幕墙长期性能退化规律，针对幕墙的高空坠落进行仿真模拟，由此可以提供常规观测手段无法获得的关键信息；更全面地考虑建筑幕墙的各类失效形态，对其进行定位和识别，并揭示关键参数与安全特性的相关性。据悉，杨健教授及其团队的技术将结合幕墙高空坠落破坏机理的理论研究，采用多元性检测理念开发并研制新型的建筑幕墙在线检测技术和装备，为幕墙的安全管理提供第一手精准数据和资料；传统检测方法和手段往往局限于目测或粗放简单的形式，效率很低，也常常依赖工程师的经验。若能研究出一套可以自动执行并定量化的高精度检测装置，可突破现有检测技术的限制，对国内维护体系的安全检查提升有着举足轻重的意义。同时，这也是企业实现自主创新，降低检测资金门槛，提高工作效率的重要手段。

为了让理论能更好地落实在工程中，杨健教授率领团队与上海建材开展合作，基于杨健教授团队提出的幕墙高空坠落破坏机理、风险评估和仿真分析技术等理论基础，上海建材拟针对既有建筑围护体系缺乏相应管理系统的现状，通过引入信息化技术实现既有建筑围护体系的安全管理，采用BIM、大数据、物联网及云计算技术，建立面向既有建筑围护体系的预警系统及管理平台，两家单位信息共享，更高效地展开相应学习和研究。

未来，在多方协力下，上海建材集团将逐步基于新建高科技幕墙和既有幕墙的维护保养新技术、信息化智能化的平台开发等方面进行发展，通过加强和业内同行及科研团队的合作，以建立集团的高技术专业人才团队为基础，攻克难题提升效能，从而更好地规范建筑幕墙使用，加强建筑幕墙安全维护，杜绝建筑幕墙安全事故。