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高精度热像仪在建筑外墙检验中的应用

自2011年日本东部发生地震以来,日本各方日益关注建筑物外墙的耐久性和可靠性。UDI公司是2001年4月成立的一家由政府指定的民间机构,旨在提供各类建审服务。其中一项服务就是使用热像仪进行外墙诊断。该公司采用了FLIR SYSTEMS的红外热像仪。

自2011年日本东部发生地震以来,日本各方日益关注建筑物外墙的耐久性和可靠性。UDI公司是2001年4月成立的一家由政府指定的民间机构,旨在提供各类建审服务。其中一项服务就是使用热像仪进行外墙诊断。该公司采用了FLIR SYSTEMS的红外热像仪。  

日本《建筑基准法》要求对特殊类型的建筑(视建筑类别的用途和规模而定)实施定期安全检验,并且必须向相关主管部门提交检验报告。该项法规的最新修订涉及墙面施工所采用的具体建筑材料(包括砖)。修订版规定如发现外砖墙体有任何异常劣化或损坏,或者如外墙整修迄今已过10年,则必须对外砖墙体进行彻底的锤击检查。可使用手锤敲击检查声音,或者使用红外热像仪。因此,热像仪作为检验工具得到了越来越多的应用,与整体锤击检查相比,它是一种侵扰性低、负担轻的替代性检验方法。热像仪在建筑维修和处理客户投诉中的应用已经非常普遍,因为热像仪还能够检测漏水及其它建筑问题。 

UDI公司最先认识到了这项创新技术在建筑工业的应用潜力。通过向客户明确说明热像仪服务的优势,UDI已将热像检验作为可行的替代性服务项目。

表1. 基于《建筑基准法》(2009年4月1日颁布)第12条的定期报告制度的变更  

摘要 (1)限定调查/检验的项目、方法和标准 

     (2)报告细节的加强 

 要点 有关外墙面砖的劣化和损坏 

过去的要求:检验外墙的方法是在手臂能够触及的范围内用手锤敲击墙砖,同时目视检查其它部分。如发现问题,应进行整体检查,包括使用手锤检验锤击声音或采用其它指定方法。此外,如施工或墙面维修完工已有十年,首次检验应使用听锤音法或其它指定方法。检验应包括墙面材料坠落可能给行人造成危险的部分。 

1. 红外线墙面检验的原理 

红外线是一种波长比可见红光长、比无线电波短的电磁辐射。红外线为肉眼不可见光。红外热像仪(又称热录像仪或热像仪)是一种捕捉物体放射的红外波长(热)使热分布(图1)可视化的设备。 

当外墙面砖或喷砂装饰材料因阳光辐射而加温时,表面的热量经过传导进入周边建筑物的混凝土框架结构或其它材料中。但剥落或掉漆会造成框架和外墙材料间的间隙,由于空气绝热层导热能力不佳(比如,导热系数更低),外墙材料的温度会高于平常的温度。 

红外线外墙检验法是一种非破坏性、非接触性的方法,利用上述现象,使用先进的热像仪捕捉目标建筑物外墙的红外图像,可测量目标建筑的表面温度并对墙面剥落和掉漆的状况进行估算。 

2. 红外外墙检验法的优势 

UDI公司董事长铃木彻先生认为使用热像仪进行红外线外墙检验的好处可以归纳为四类:“安全和保障”,“成本低廉”,“快速”和“可报告性”。 

安全和保障 

•  因检测过程中无振动或噪音,不会给居民或建筑物的使用者带来不便。 

•  无需脚手架,因此无需采取措施确保出入口附近的儿童和老人的安全。 

•  不会侵犯建筑使用者的隐私,尤其是公寓、医院、酒店和办公楼的使用者。 

成本低廉 

•  红外检验法省去了脚手架和吊船工作台的安装和拆除成本,因为检验人员是站在建筑物的四周使用热像仪完成图像捕捉的。 

•  可降低人力成本,因为无需采取额外的措施确保建筑物使用者的安全或管制附近的交通。 

快速 

工时可缩短,因为无需安装或拆除脚手架。 

遵守定期报告 

•  红外检验法检验速度快,因此可实现快速报告,根据《建筑基准法》第12条的要求,提交的定期检验报告可采用红外线检验法代替整体锤击检验法实施检验。 

•  数据可以电子化形式存储,实现无纸化操作。 

•  定期进行红外线检验有助对建筑物的老化和退化进行监控。 

图2  锤击检验法和先进的红外检验法的比较

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3. FLIR SC620, 提高检验效率的高精度热像仪 

为了进行对比调查并为客户提供服务,UDI公司在众多红外线成像仪中选择了FLIR SYSTEMS高精度、高分辨率的FLIR SC620红外热像仪。铃木彻先生说明了公司选择FLIR SC620的原因,“高精度和高分辨率是建筑物诊断所必须的特性,特别是外墙检验。在选择热像仪之前,我们进行了实际测试,然后选择了FLIR SC620,因为它有一个内置高清数码相机 

(3,200,000像素)和高分变率(640x480像素)热像仪,能够探测0.04℃这样微小的温差。还可以安装用于远距离观测的扩展镜头,这项功能很重要,因为我们必须编写一份检验结果报告。” 

“我们需要在狭小的空间里扫描高大或宽阔的目标建筑物。FLIR SC620具备5.6 

英寸宽的LCD显示器和可旋转镜头装置,适用于建筑物检验工作。与视频连接很简单,这样更方便我们与客户分享检验的结果。” 

4. 红外线检验案例 

5. 受益于红外线热成像检验的建筑物 

铃木先生认为下列建筑物将受益于先进的红外墙壁检验法。
 
    1. 外墙材质为砖、石头(清水墙除外),或砂浆的建筑物 

2. 高层与低层相结合的建筑物 

3. 特殊形状的建筑物,如圆形建筑 

4. 儿童和老人使用率高的建筑物 

5. 被脚手架遮盖的建筑物,犯罪活动风险高,侵犯用户隐私。 

图3.使用红外线热像仪进行外墙检验的实例

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6. ITC红外培训中心 

铃木先生表示,选择适用的热像仪非常关键,同时进行培训也非常重要。 

“红外线墙壁检验需要先进的、有经验支持的专业分析技术。我们先买了高准确度的红外热像仪FLIR SC620,后来又添购了FLIR T640和FLIR Researcher软件,以便能够应对服务需求的增长。有了这些工具,训练有素的专职工程师就可以开展现场建筑物的诊断检验和数据分析了。” 

“我们认为要实现准确的热像分析,你不仅必须了解如何使用热像仪和软件,还要懂得热成像专业知识。这就是我们为何要求组成我们专职热工学工程师团队的八名成员,必须完成ITC一级红外培训的缘由。接受ITC培训后,他们能够在一年四季,一周七天,全天24小时在同样测试条件下对建筑物进行扫描,凭借他们在热成像和建筑结构方面的知识做出准确的诊断和报告。我们会要求员工接受ITC二级培训,以便最大限度地利用热成像技术,提供可靠的检验服务。”

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“UDI是日本土地、基础设施和交通运输部指定的检验机构,依据《建筑基准法》执行检验服务,占有日本关东地区的最大市场份额。作为一家真正的第三方检验机构,UDI在提供可靠的、高品质服务方面拥有广泛的经验,其中包括政府及其它公共办公建筑的外墙热检验。我还担任“社会与人道替代性应用调查”红外技术委员会的会长,这项调查是由土地、基础设施和交通运输部批准。” 

“为了加强公众对热检验和诊断(包括非破坏性和非接触性外墙和漏水检验)的认识,我们计划在热像仪及及技术方面与FLIR Systems缔结更有力的伙伴关系。 

我们要正确地理解红外技术,这样客户才不会高估或低估它的多功能性和实际能力。换句话说,我们要注意不能因客户期望过高而失去我们的信誉,他们可能会说:“我以为热像仪功能很全,结果有些功能还是实现不了。”反过来,对于这项技术能够带来什么,如果缺乏了解可能会使部分潜力市场无法开发。因此,UDI会根据客户需求举办研讨会,帮助增强他们对外墙红外检验的了解。我们计划与“社会与人道替代性应用调查”和日本FLIR SYSTEM分公司合作,定期举办研讨会。” 

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