建筑外墙检测技术及问题探讨

查垚润

（中建深圳装饰有限公司，广东深圳 518000）

1 建筑外墙检测技术现状

1.1 擦窗机检测

擦窗机是用于建筑物或构筑物窗户和外墙清洗、维修等作业的常设悬吊接近设备。大部分大厦的擦窗机都没有起到应有的作用。应用擦窗机进行建筑外墙检测存在以下问题：

第一，是管理方面的问题。幕墙检测、擦窗机操作都需要专业的人员来做，管理成本和擦窗机维护成本较高，且不能全天候作业。

第二，是安全方面的问题。擦窗机一般设置在楼顶，楼层高，风速大，人在吊篮内工作时存在一定的安全隐患。

第四，是效率问题。当检测完一列幕墙后，若需要检测其他幕墙，需要将吊篮收回顶部再移动到下一列需要检测的幕墙处，效率较低。

1.2 无人机遥感扫描检测

无人机遥感扫描检测是将遥感传感器（光学相机、多光谱成像、红外扫描、激光扫描等技术）装载在无人机上，遥控无人机对整栋大厦进行扫描，将扫描出的结果传输到电脑上进行分析，查看幕墙哪里出现问题。无人机遥感扫描不用安装固定设备，可以节约大量空间；管理方便，一人即可操作；效率高，信息传输快。虽然相比于擦窗机来说有着很大的优势，但是其缺点也比较明显。

第一，不能全天候作业，雨天雨水会折射部分信号，使获取的数据不准确。

第二，无人机飞得越高，所承受的风力越大，很难保持稳定的扫描作业。

第三，无人机控制信号容易受到电磁干扰和大功率发射器干扰，使无人机GPS 信号丢失。

第四，续航问题。无人机的电池同时给驱动系统和遥感扫描系统供电，不宜长时间作业。

第五，结合第三和第四点，无人机失去控制或动力供应，将撞向建筑物或从高空坠落，相当于高空抛物，存在较大的安全风险。

第六，不能实现实时监测，每次检测都需要重新操纵无人机扫描大厦。

由表3可以看出，不同退耕还林地间作黑麦草后均提高了林木青海云杉的生长量，不同退耕还林地林木青海云杉的树高、冠幅和新梢长度平均值分别为1.73m、1.64m和16.44cm，较对照(CK)平均值分别提高了14.57%、22.39%和19.22%。

1.3 传感器检测

传感器检测是在幕墙上安装多种传感器，使用导线连接到控制器，传感器检测到的数据以电信号的方式传输给控制器，控制器再将获取的信号传输到电脑上进行分析。此方式相比于擦窗机与无人机遥感扫描来说具备诸多优点[1，2]：（1）可以全天候作业，不惧风雨；（2）不容易受到电磁干扰，信号传输能保持稳定；（3）导线连接供电，不用担心像无人机一样的续航问题；（4）正常供电的情况下，能够实现实时监测，每时每刻都在监测着幕墙状态，信息获取及时。

传感器检测也有一些明显的缺点：

第一，需要安装的传感器较多，每一块幕墙的信号传输都要具备唯一性。

第二，供电问题。室内用电为220 V，而大部分传感器和控制器的工作电压在3～5 V，这需要电源适配器对电压进行转换，电源适配器长时间接通，当遇到电压不稳或停电，或处于潮湿和较热的环境中，容易烧坏。断电后就不能继续工作。

第三，使用寿命问题。大部分厂家生产的导线绝缘层较薄，使用寿命不长，导线需要加厚绝缘层并做防腐措施，传感器使用时间久了，其精确度会降低，需要特殊定制，传感器和控制器必须做好隔离措施。

1.4 幕墙机器人检测

将图像处理技术、传感技术、机械自动化等技术集成为一体，机器人采用攀爬、吸附、飞行等方式对建筑幕墙扫描检测。原理与无人机相差无几，优点是不需要人为控制，正因如此，机器人检测的方式多了一个不可控的因素，失控之后对建筑幕墙和周围环节造成的损失也是不可估量的。

上述4 种检测方法各有优劣，目前，无人机遥感扫描和传感器检测依然没有解决能源稳定供给的问题。当前的检测技术只有等到幕墙出现问题了才能检测出结果，部分缺陷不明显是很难被发现的，如玻璃自爆问题，石材内部暗裂，螺栓松动等，当发现明显问题后，维修成本和安全隐患将大大增加。

为了提高幕墙的检测效率以及检测的全面性，建筑外墙检测技术急需更新换代，专利CN 2021102473476 和CN 2021204878275 很好地讲述了传感器检测幕墙的优势。其理念是采用光伏幕墙与传感系统相结合，外力施压装置与传感系统相结合，可以实现绿色能源的利用，将电能储存起来，稳定提供电源，能够提前预测幕墙问题。

2 目前的建筑发电方式

1）光伏发电。分为“光—电”发电，“光—热—电”发电。光伏幕墙大部分为“光电”发电的形式，太阳照在光伏板（光伏玻璃）上，其内部的电子吸收光子能量，使其克服内部引力做功形成电流。我国很早就进入了光伏行业，国家对光伏发电也有较大的扶持，国内的光伏发电在幕墙方面应用较多[3]。

2）温差发电。金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大，稳定不均匀时会产生热扩散，因此，自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属两端便形成一个电势差（见图1）。在炎热的夏天，许多被阻挡在建筑外部的热能没得到合理利用，流失了大量有用的绿色能源。

图1 温差发电原理示意图

3）风力发电。建筑楼层越高，所承受的风压越大，大量的风能从建筑物身边流失，若在建筑外侧设置风力发电装置，可将电能储存起来。合理的结构型式能引导风向流动，也能降低风压对建筑的影响，每年可以节约很大的耗电量。

4）水+重力发电。办公大楼内部每天用水量较大，不论是洗手、冲厕所还是打扫卫生，污水都会通过管道从高处排向低处，最终排入下水道。水在排泄过程中，产生了大量的重力势能，楼层越高，产生的重力势能越大。可以将排污管内的水充分利用，在每层楼的分支管道安装小型涡轮发电装置，或在大楼底部安装发电机，将水的重力势能转化为机械能运动，用来发电并存储起来，可以为楼梯间的灯、喇叭、传感器、指示灯等提供电源。

5）压力发电是利用压电效应来发电的方式。压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。压电体受到外电场作用而发生形变，其形变量与外电场强度成正比，这种现象称为逆压电效应[3]。办公大楼每天进进出出几百名甚至上千名人员，人的行走过程就是一个隐藏的清洁能源，可以在地板内设置压电材料，当人踩踏在地板上由于压电效应即产生电能，不断有人在地上走动，这些电能就能不断储存，将产生的直流电通过逆变电路转换为交流电，能为办公空间的照明提供稳定电源。

人们可以将光伏发电、温差发电和风力发电等都利用到幕墙上，温差发电不仅适用于玻璃幕墙也适用于金属幕墙。

3 采用传感器进行幕墙检测的方式

光伏幕墙产生的电能存储在蓄电池内，给传感器和控制器提供电源，传感器对幕墙的检测主要有以下几种方式。

1）对金属幕墙的检测：在金属幕墙板块安装应变片，当金属板发生变形时，应变片阻值发生改变，阻值变化由压力传感器传输给控制器分析，检测出幕墙有问题。

2）对石材幕墙的检测：在石材幕墙板块背部安装超声波传感器，超声波检测石材一直处于稳定状态，当石材表面或内部破损开裂，超声波碰到裂纹分界面会产生显著反射，形成反射回波，波形与正常状态不一样时，检测出幕墙有问题。

3）对玻璃幕墙的检测：在玻璃背部安装应变片或者红外传感器，红外线传感器穿过玻璃检测，如果玻璃出现微裂纹或明显裂纹，红外线被折射，探头就会检测到有异常，检测出幕墙有问题。

4）对幕墙漏水的检测：在幕墙打胶密封处和上下横梁连接部位设置雨滴传感器，若有雨水进入，传感器检测到雨水信号传输给控制器分析，检测出幕墙有问题。

5）对螺栓松动的检测：使用角位移传感器，设置好阈值，当角位移传感器检测到螺母位置发生改变，则检测出螺钉发生松动。

6）对面板倾斜的检测：使用位置传感器或倾斜传感器，当面板位置发生倾斜，倾斜方向触碰到位置传感器，则检测出幕墙有问题，又或倾斜传感器内部组件位置改变，则检测出幕墙有问题。

7）对幕墙问题的预测：幕墙各关键部位安装应变传感器，应变传感器可以时刻测量受力后的整块幕墙板块的微动应力变化[4]，如刮风、下雨、积雪、受撞击等，通过微动应力变化，计算出幕墙的疲劳寿命，由此推算出幕墙未来大概在什么时候什么部位会出现问题。

8）对玻璃自爆问题的预测：玻璃自爆的因素是受到内部硫化镍和其他晶体的影响，硫化镍发生相变后体积会膨胀2%～4%，是使玻璃发生自爆的主要因素之一[5]。可以使用光学相机和红外扫描技术结合，通过图像处理技术分析硫化镍和相关晶体是否处于张应力区域，如果处于的话，就要提前对此块玻璃做相应的保护措施。

4 结语

上述检测方法并不是唯一的，可以使用多种传感器相结合进行检测，也可以是一种传感器检测多种状态，随着社会科技的进步，也会出现新的检测方式和传感器。

幕墙检测维护方面，会往无人化、自动化、智能化方向发展，如清洗玻璃靠机器人自动清洗，更换玻璃时，只需要将工厂做好的玻璃板块放到机器指定位置，机器会自动将板块提升，自动拆卸和安装，节省了大量人力，提高了效率。又如将传感器检测到的信号传输到电脑上后，以模型可视化的方式呈现建筑幕墙出现的问题，从三维模型上直观查看，并可以通过App 或短信发送信号，提醒相关负责人进行维修。还可以将该信息管理平台与元宇宙网络连接，维修人员带上VR 设备，可以在元宇宙世界里直接查看幕墙出现的问题，在3D 界面模拟维修更换，提前预演、预防现实中可能存在的风险。