一种外墙饰面砖空鼓的红外检测方法

摘要

建筑外立面粘贴外墙饰面砖是当前城市高层建筑中较为常见的外墙装饰形式，并且在2000年之前，因饰面砖美观、造价低、贴附技术简单等优点，在建筑外立面粘贴饰面砖的做法十分流行，且其数量巨大，而且随着建筑使用年限增加，饰面砖的粘结强度会大大降低，脱落的机率会逐年增加。但是现有的拉拔法、声波法、目测法和红外法四种空鼓检测方法因有破坏性、检测范围小、检测效率低、空鼓判断缺乏客观性等缺点，使得检测结果可靠性难以保证，大大制约相关检测推广。可以预想近几年内，建筑外墙饰面砖脱落事故的发生是危害社会公共安全主要原因。 本研究提出一个全新的外墙饰面砖温度异常区域识别方法，通过高斯公式、计算梯度、梯度非极大值抑制、阈值分割、对轮廓线进行膨胀侵蚀处理等步骤，能够大范围、准确客观、快速、非接触式地识别饰面砖温度异常区域。通过在实验墙面预制缺陷制造温度异常区域，对本识别方法涉及的高斯公式高斯核尺寸、阈值以及区域温差确定进行实验研究。当缺陷空腔厚度为5mm时，确定高斯核尺寸为5×5，阈值为固定值0.80，空鼓区域温差达到0.9℃以上，轮廓线位置偏移误差为11mm（5个像素点）时，异常区域轮廓清晰完整，轮廓线位置的准确率可以达到75%以上。同时，通过与“检测技术规程”的识别流程、识别效率、区域温差判断尺寸、识别能力和识别准确率这五项指标，表明了本方法具有较大的优越性。 搭建实验台，对空鼓区域温差进行研究，通过实验得到空鼓区域温差的变化特征：在太阳辐射强度突变时，空鼓区域温差变化率与墙面不同发射率温差相比最大，且当太阳辐射强度减少至零后，仅空鼓区域温差会变成负值，即可作为确认空鼓的依据。 建筑背阴立面由于接受不到直射辐射，导致空鼓表面温度差异不明显，为能检测此类小温差情况，扩大本方法的适用范围，则根据理论分析及实验结果，得到不同太阳辐射强度突变值下，空鼓区域温差变化量达到0.9℃（方法温差识别限值）时所需的时间，并依此确定建筑背阴立面借助平面镜反射太阳光加热空鼓区域墙面时的温差放大策略。 利用研究成果，对实际建筑进行空鼓检测，对检测结果进行验证，进一步说明了研究成果的准确性和可行性。 综上所述，本文提出了一种全新的识别温度异常区域和确认空鼓的外墙饰面砖空鼓的红外检测方法，通过了实验验证和实测检验，为建筑外墙饰面砖空鼓缺陷检测实现快速普查提供了有效的技术手段。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

（1）饰面砖粘结失效安全隐患不容小视

（2）饰面砖坠落事故频发危害巨大

（3）饰面砖坠落事故呈显著增长

（4）饰面砖空鼓普查是一项民生实事工程

（5）饰面砖安全检测普查迫在眉睫

1.2 国内外研究现状

1.2.1 空鼓检测现有方法

1.2.2 红外法检测空鼓研究现状

1.3 存在的问题与不足

1.4 课题研究内容与技术路线

1.4.1 课题研究内容

1.4.2 技术路线

2 外墙饰面砖温度异常区域识别方法研究

2.1 温度异常区域识别方法实验

2.1.1 实验台搭建

2.1.2 实验仪器及实验过程

2.2 基于边界检测算法的饰面砖温度异常区域识别方法的原理

2.3 温度异常区域识别方法结果的评价指标

2.4 温度异常区域识别方法分析

2.4.1 高斯公式高斯核尺寸选值

2.4.2 膨胀侵蚀处理模块的添加

2.4.3 阈值选值

2.4.4 识别区域温差的确定

2.5 温度异常区域识别方法的优越性

2.5.1 识别流程

2.5.2 识别效率

2.5.3 区域温差判断尺寸

2.5.4 区域温差识别能力

2.5.5 温度异常区域轮廓识别准确率

2.5.6 温度异常区域识别方法优越性的汇总

2.6 本章小结

3 空鼓区域温差变化特征研究

3.1 空鼓区域温差变化特征原理

3.2 空鼓区域温差变化特征实验

3.2.1 实验台设计

3.2.2 测试内容和测点布置

3.2.3 实验仪器及其标定

3.2.4 实验方案

3.3 空鼓确认方法

3.3.1 空鼓区域温差变化特征

3.3.2 空鼓区域温差变化特征的分析

3.3.3 红外热像仪测量墙面区域温差变化特征

3.4 建筑背阴立面的空鼓检测技术方法

3.4.1 墙体传热过程

3.4.2 空鼓区域温差数据分析

3.4.3 建筑背阴立面空鼓检测的区域温差放大策略

3.5 本章小结

4 外墙饰面砖空鼓检测技术的工程应用

4.1 工程概况

4.1.1 建筑立面信息

4.1.2 建筑立面各部分面积

4.2 检测方法

4.2.1 检测方法

4.2.2 检测仪器

4.3 检测结果

4.3.1 检测结果概览

4.3.2 后期处理意见

4.3.3 检测详细结果

4.4 结果验证

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参 考 文 献

附录A—南立面各个检测区域空鼓局部详细情况

附录B—东立面各个检测区域空鼓局部详细情况

附录C—西立面各个检测区域空鼓局部详细情况

附录D—北立面各个检测区域空鼓局部详细情况

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢