既有建筑外墙外保温系统现场检测技术及评估研究现状

刘 盈，周丽娟

（1.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013；2.国家建筑工程技术研究中心，北京 100013）

0 引言

外保温工程在欧洲已经有了 40 多年的发展历史。从 20 世纪 90 年代中期开始，我国组织开展了外保温工程试点，至今外墙外保温工程在我国已经有 20 多年的应用。外保温技术在建筑节能和室内环境舒适度等方面的诸多优点，也获得了市场和行业的认可，得到了优先重点发展。但由于我国外保温技术研究起步较晚，相关技术还在不断地发展完善中，在实际应用中出现了不少问题。我国既有建筑外墙外保温系统数量庞大，除部分系统防火性能差存在的火灾隐患外，问题主要集中在某些外保温系统在服役期出现了防护层开裂导致雨水渗漏、空鼓及脱落，也有个别工程出现外墙外保温系统被大风刮掉砸坏车辆等影响人民生命财产安全的问题。这些问题若不进行排查解决，将会给外保温工程留下安全隐患，给我国日益发展的外保温市场带来不良影响，行业亟需研发针对既有建筑外墙外保温系统的现场检测技术。

本文将从目前已有的检测方法出发，介绍国内在既有建筑外墙现场无损或微破损检测研究成果和进展，分析其中的不足及应用前景，探讨今后研究的发展方向。

1 既有建筑外墙保温系统现场检测方法研究探索

外墙保温系统发生脱落一般会有两个必要条件：一是存在发生负风压的区域，另一个是存在连通空腔构造。当负风压作用于外保温系统时，负风压由空腔向外保温系统产生推力，如果此力大于粘结层与基层或者保温层与粘结层的粘结力时，就会发生脱落现象。与新建建筑不同，既有建筑主要关注外观缺陷、系统热工缺陷检测及系统粘结性能检测。

1.1 已有检测方法及标准

外观缺陷一般采用直接目视或红外热像仪进行检测。系统热工缺陷利用红外热像仪根据 JGJ/T 132－2009《居住建筑节能检测标准》的方法进行。但红外热像仪如使用条件苛刻，利用红外热像仪仅能判断外保温系统是否存在缺陷及缺陷的大致位置，无法进行量化，且准确性严重依赖于检测人员的丰富经验；而且保温系统是由多层材料复合而成，红外热像法对于隐藏于表面以下的装饰材与墙体的剥离无法通过图像分析提前预判。目前指导红外热像法检测外墙质量的标准主要包括 GB/T 29183－2012《红外热像法检测建设工程现场通用技术要求》、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》、JG/T 269－2010《建筑红外热像检测要求》。系统粘结性能一般均按照 JGJ/T 110－2017《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》的方法进行。但此拉拔试验对外保温墙体有破坏，检测后均需进行修补，将影响墙体的热工性能。

1.2 新型无损或微损现场检测方法

考虑到既有建筑的特点及科学信息技术的发展，无损或者微破损检测成为既有建筑外墙检测研究的重点。在外墙空鼓检测领域，一些学者旨在通过对声音的判断对墙体空鼓情况进行定量分析。早在 2013 年，王俊伟等［1］就开展了建筑外墙敲击声音振动特征分析，通过对不同墙面进行敲击实验，并采用 Cooledit 和 Matlab软件进行音频分析认为，可基于墙面空鼓时敲击声音明显的振动特征来判断墙面的空鼓情况。

胡媛馨等［2］通过声信号识别技术对饰面砖外墙面空鼓黏结缺陷检测进行了试验研究，利用 MATLAB 语言和梅尔频率倒谱系数提取了饰面砖敲击声信号的特征参数、建立了 MFCC 特征参数数据库，结合隐马尔可夫模型识别算法，验证了基于声信号识别的饰面砖外墙面空鼓缺陷检测方法的可行性和准确性。

厦门大学的孙牵宇［3］研究了一套基于SPCE061A的嵌入式墙体空鼓声无损检测系统。采用敲击法，通过分析敲击声信号的频域特性，利用神经网络代替人对墙体空鼓进行定量的检测，即把传统的敲击法机械化、自动化，使系统具有墙体空鼓无损检测的功能。

张逸飞等［4］开展了基于振动性状的外墙瓷砖脱落检测方法研究，研究以外墙瓷砖脱落为对象，利用加速度传感器测试其振动信号，通过分析实测得到的振动特征值变化（以振动频率为代表）可以确认瓷砖的安全性。然而，在现场测试中，难以针对实体建筑进行强力加振，有必要开发合理的无损检测方法。

也有一些学者将其他行业中的检测方法应用在外墙领域进行了初探研究。王卓琳等［5］研究了基于 X 射线的康普顿背散射检测技术在 EPS 板薄抹灰外保温系统和无机保温砂浆外保温系统缺陷识别中的应用，如图 1 所示。研究结果表明，康普顿背散射检测技术较适用于检测外保温系统保温层外表面（保温层与饰面层之间）缺失或空鼓缺陷，且能较明确地识别缺陷区与正常区的界面，同时对 EPS 板薄抹灰外保温系统不同黏结施工方法具有一定反映。但应用该技术得到的保温层与基层之间缺陷成像图清晰度低，缺陷识别能力有限，有待进一步研究。

图1 基于 X 射线的康普顿背散射检测技术在 EPS 板薄抹灰外保温系统缺陷识别中的应用

张东波［6］开展了探地雷达技术在无机保温砂浆外墙外保温系统无损检测中的应用研究。从结果可知，在现有的技术条件下，此方法也存在一定的局限性，仅局限于检测保温层与饰面层、保温层与基层之间的缺陷深度和高度，无法检测缺陷与扫描方向平行的边界，也无法准确检测保温层厚度，其广泛应用有待进一步研究。

1.3 检测方法的信息化和智能化

随着我国信息化及智能化技术的发展，一些学者也开展了基于无人机搭载设备、智能爬壁机器人集成检测设备和相关预警监测平台的研究。

熊辉等［7］基于卷积神经网络的数学模型，利用无人机进行外墙拍摄，建立图像数据库，结合软硬件开发了一种外墙及饰面材料的裂缝检测系统，对外墙裂缝按照严重、一般或轻微 3 种毁坏程度进行识别。根据结果显示，有效识别率分别为 86 %、91 %、97 %。

徐勤等［8］开发了一种幕墙及外墙安全隐患检测的新方法。采用八轴无人机搭载高分辨热成像系统结合幕墙及外墙安全预警 CRM 软件检查外墙及幕墙的安全隐患。其中 CRM 软件是通过处理采集到的热成像图像数据经过算法识别热泄漏点。

陈宁等［9］利用无人机搭载红外热像仪对外墙外保温系统缺陷进行检测，结合工程案例分析影响检测结果准确性的因素，包括拍摄天气条件、时间、距离及角度、外墙饰面色差、墙面凹凸曲面和阴影等，并提出控制技术，为建筑物在保证使用安全的前提下进行修复加固提供支撑。通过无人机搭载红外相机在控制拍摄位置的高度、水平距离等方面有着明显的优势，可以降低因仰角过大等问题造成的漏判或错判的可能，提高准确性。但目前也存在无人机远程控制不理想及不能精准定位的问题，若能实现自动分析的功能也有助于提高检测效率，这也是后期需要努力的一个方向。

徐龙涛［10］开展了 SAR 遥感技术在幕墙及外墙安全预警信息平台中的作用研究，研发的幕墙与外墙安全预警平台集成了幕墙信息管理、检测、运维和管理功能［11］，通过大数据、人工智能算法，以及仿真技术能对既有建筑幕墙及外墙进行安全预警，并对风险前兆等提供报警信息。

孙金风等［12］、马延飞等［13］设计了一种瓷砖墙壁攀爬机器人，机器人具有检测即将脱落的瓷砖并自动做标记的功能和跨越各种墙角的能力。但目前的研究也仅局限于使用模拟软件对机器人的整体结构进行建模和分析，从而对其进行优化处理的阶段，距离真正的应用还需要更多的研究。

2 既有建筑外保温系统评价体系研究

针对外墙外保温事故频发现象，各地方政府也很重视既有建筑外墙外保温系统的安全性问题，纷纷出台了或正在编制相关的地方标准，包括上海市工程建设规范 DG/T 08-2310－2019《外墙外保温系统修复技术标准》［14］，已经于 2020 年 5 月 1 日开始施行，安徽省地方标准《既有外墙外保温系统维修与改造技术规程》，2020 年 8 月已经完成征求意见。四川省也立项了地方标准《四川省既有建筑外墙饰面涂饰翻新工程技术标准》。在北京、上海等地发布的文件中，均要求业主单位、物业服务企业或建设单位应按照 JGJ 376－2015《建筑外墙外保温系统修缮标准》［15］等有关规定，根据外墙外保温保修期限立即对外保温系统开裂、空鼓、变形、渗水、脱落等质量缺陷和损坏情况进行全面排查，落实外保温工程的检查、检测、评估、修缮责任；由建设单位牵头，组织设计、施工、监理单位对竣工 5 年之内的住宅工程进行排查，由业主单位、物业企业对竣工 5 年之外的工程进行排查。

JGJ 367－2015《建筑外墙保温系统修缮标准》作为政府文件中外保温系统修缮的指导标准，提出在外墙外保温系统修缮前，应对外墙外保温系统进行检测评估，但目前尚未出台与之配套的外保温系统检测评价标准，这将对有效执行此标准进行修缮提供了难度。目前，已经有一些学者针对这一方面展开了研究。

GB/T 31435－2015《外墙外保温系统材料安全性评价方法》［16］从外保温系统组成材料的使用安全性、防火安全性和环保安全性方面，提出了安全评价的内容及试验方法。此标准只涉及到外保温系统的安全性评价，未提及系统的保温功能性及其他的性能评价。

尹秀琴［17］运用系统可靠度分析的 FTA（Fault Tree Analysis）方法，结合民用建筑可靠性鉴定的方法标准，构建了外保温系统质量综合评价模型，提出了基于 FTA 方法的外保温系统质量分级评价的方法，将外保温系统质量综合评价分成功能性质量评价和施工质量评价，其中前者包括保温隔热性能、耐候性、防火性能及抗震性能评价，后者包括材料本身缺陷和施工工艺及操作缺陷评价。

刘煜琪［18］对既有建筑外保温系统性能评价采用分层分级方法，首先考虑系统的综合性能，再细分成 4 个主要方面包括连接安全性、防火安全性、美观耐久性、功能性。从 4 个方面建立与之相对应的系统性能评价体系，体系评价如图 2 所示。

图2 外保温系统评价体系图

上海市地方标准 DG/T 08－2310－2019《外墙外保温系统修复技术标准》也提出了建筑外墙外保温系统质量技术状况评估。此评估包括外保温系统、单项材料的质量技术状况评估。控制项包括系统空鼓面积比及单项材料等级。评分项通过建筑外墙外保温系统质量技术状况指数 MQI 来表示。此指数由单项材料指数（包括饰面材料、护面材料、保温材料、粘结锚固材料）与其权重加和计算得出。此评估缺少对外保温系统的保温性能及其他性能的评价，主要是从外保温系统开裂、空鼓、渗水、脱落等方面出发，基于外墙外保温系统的安全性进行评估计算，计算结果可以匹配标准中的设计要求进行修缮维护。

3 结语

从研究可知，既有建筑外墙外保温系统进行修缮前对其进行评价，需要涉及到既有建筑外保温系统的现场检测方法，学者们一直致力于既有建筑的无损或微损的检测，对很多新的检测方法进行了探索尝试，且伴随着智能化的发展，需要不同行业之间的合作，均在寻找与信息化、智能化结合的高效检测方式。针对缺乏相应的检测细节问题，后期应用已有的方法和仪器进行对比实验和验证，并配以标准，才能真正地推广应用。

目前已经开展的针对建筑外保温系统评价体系和评价方法，针对建筑外保温系统综合性能方面的评价研究相对较少，主要是针对某类特定的建筑外保温系统和材料，或者是针对外保温系统单一性能指标，无法全面反映当前建筑外保温技术发展的现状，且部分体系构建和研究偏理论性，与实际既有建筑工程结合较少。

总体而言，我国目前针对既有建筑外墙外保温系统的现场检测和评价体系都处于初级阶段，相对零散片面，需要进行系统研究并与实际工程相结合，建立一套全面系统的检测评价体系成为亟待解决的问题。此体系的构建对于加强既有建筑外墙外保温质量管理，降低工程质量安全隐患，引导行业技术创新和行业高质量发展有着重要意义。Q