直接定位技術在城市建筑工程的應用

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摘要:為了促進紅外影像直接定位技術在城市建筑工程測量中的應用，介紹了紅外影像直接定位技術原理和主要環節，將其與結構控制方法進行比較，指出了紅外影像直接定位技術應用優勢和影響因素，提出在城市建筑工程測量中的具體應用，包括在裂縫檢測、空鼓檢測、滲漏檢測、節能檢測、管道檢測中的應用。此方法可提高測量效率和準確率，為城市建筑工程檢測提供快捷方便的途徑，具有重要的現實意義。

關鍵詞:紅外影像直接定位技術;建筑工程測量;無損檢測;應用

城市建筑工程中存在外墻磚塊頻繁脫落和高空垃圾堆積等問題，為了避免出現事故，要運用有效準確的控制方法，及時修復和消除潛在危險。紅外影像直接定位技術是一種新技術，其利用不同體積區域的紅外熱輻射差異，將隱形熱輻射轉換成視覺圖像，使用圖像來確定結構，具有高速和大規模等特征，可用于檢測和測量工作中。對于質量良好的建筑裝飾殼的外壁，在外表面或任意區域中檢測，應得到無缺陷的紅外影像，且紅外影像直接定位技術檢測時應是均勻的，即在所獲得的紅外影像中，對應區域的顏色基本上相同，沒有明顯的色差。總結了紅外影像直接定位技術在城市建筑工程測量中的應用，分析了該技術的發展現狀，展望了未來發展方向。

1紅外影像直接定位技術原理

紅外位于可見紅光和微波之間，波長760nm～1mm，在自然界中高于絕對零度(－273℃)的物體，從外部連續輻射紅外能量，這是紅外溫度測量的理論基礎，也是探測技術的重要物理基礎。紅外影像直接定位技術實現的測量基于熱傳導方程和輻射規律，使得物體輻射到外部的總紅外輻射功率與溫度比例是4倍，因此較小的溫差也可能導致輻射體積的顯著差異。根據該方法，在沒有多余刺激的情況，即使在城市建筑工程中沒有發現明顯缺陷的情況也可以使用紅外影像直接定位技術有效地檢測缺陷。室外的最高溫度周期不是檢測紅外影像的最佳時間，每天的最高溫度出現在下午1時左右，然而缺陷區域在上午10～11時最顯著，因為熱輻射圖像氣溶膠區域可以在白天溫度變化較大時清楚地標記，當照射到來自外部的相同熱源時，由于熱參數的不同，在整個材料中產生不同類型的紅外影像，紅外溫度計的光學系統收斂，紅外輻射能量落在紅外檢測器的平面上，被光電轉換將被測物質的紅外能量轉換成電能，并在溫度計的瞄準器上顯示物體的紅外影像，如圖1。城市建筑工程外部和內部由不同材料構成，因此難以使用紅外成像來確定缺陷，這種情況下即使實際操作較為困難，溫度變化也會有不協調感，很難識別由于陰影掩蓋、材料厚度差等因素造成的缺陷，影響了紅外影像直接定位技術的實際使用效果。

2城市建筑工程測量中紅外影像直接定位技術的應用

與傳統的無損檢測方法相比，紅外影像直接定位技術具有較大的優勢，可以整合數據分析、圖像處理等技術手段，得到更準確的測量效果。

2.1裂縫檢測中的應用

紅外影像直接定位技術使用不同物體之間的熱輻射差異來完成物體檢測，當混凝土表面發生裂紋時，空氣和混凝土結構的熱輻射強度差較大，所以可以使用紅外溫度計來更好地檢測混凝土表面的裂紋，提供新的檢測手段，改善后續結構的設計，提高測量精度。紅外熱成像儀的裂紋檢測原理是在光和熱流注入均勻的情況下，在結構上存在裂紋，經過一定時間的傳熱，裂紋中的熱流速度變慢，表面缺陷形成熱點，當檢測到缺陷時溫度降低，形成冰點。利用這種熱輻射特性，可以使用紅外成像器獲得直觀的紅外圖像和處理溫度變異的邊緣點，獲得清晰的裂紋圖。研究不同溫度差和裂紋深度之間的關系，能夠進一步明確城市建筑工程中裂紋的嚴重性和修復增強的方向。

2.2在空鼓檢測中的應用

隨著環境溫度的變化，裝飾材料和結構材料的熱壓縮沒有完全同步，因此產生了溫度應力，在這樣的情況下，裝飾材料和結構材料之間的弱粘結形成了裂縫。當受其他外部因素的影響時，裂紋擴展到空鼓形狀，當熱流從表面進入建筑物的外壁層時，由于空氣的熱電阻高，所以壁片中的空鼓等缺陷通過空氣動力屏障產生熱積累，起到絕熱層的作用，如表1。目前，使用紅外影像直接定位技術有較多限制，紅外測量效果與季節控制有關，需要基于太陽輻射強度理論研究不同情況下的最佳測量時間。紅外觀測效應與被測量部分的時間和方向有關，需要考慮不同氣象條件、不同時間點的測量差異，室外溫度越高，面積越大，深度越淺，紅外熱成像檢測方法的效果越高。

2.3滲漏檢測中的應用

在相同的測量條件下，當城市建筑工程被測量部位產生空心鼓、漏氣等缺陷時，缺陷會改變裝飾面與壁之間的導熱性，圖像顯示的紅外影像定位部位出現異常，能夠直觀判斷異常區域的實際位置。國內外很多專家通過紅外影像直接定位技術研究了建筑領域的測量和質量控制，利用紅外影像直接定位技術檢測時，需要一定的外部環境條件，使外壁表面產生合理的溫差，這限制了該技術的普及。水的熱容量高于城市建筑工程材料的熱容量，所以在相同的熱輻射條件下，透射點的溫度上升幅度較小，紅外波段的熱成像產生冷點，根據該理論，可以使用基于紅外影像直接定位技術的綜合檢測方法，有效測量滲漏源和滲漏途徑。水的熱容量和熱傳導系數明顯高于巖石、黏土等材料，因此如果存在熱源，則干燥體的溫度上升明顯高于濕潤體。城市建筑缺陷部位的水分，是影響紅外影像直接定位技術運用效率的重要因素之一。在城市建筑混凝土滲漏試驗中，高溫區域的紅外影像直接定位具有被低溫區域的溫度場包圍的特征，滲漏邊緣的區域溫度梯度大，特征明顯。因此，在滲漏測量領域，紅外影像直接定位技術方法值得深入研究。

2.4節能檢測中的應用

綠色建筑和智能建筑能耗更低，在斷電或減少用電的情況下，可盡量保證建筑內部溫度適宜。利用紅外影像直接定位技術，可以較為準確地了解節能建筑的具體情況及其保溫隔熱性能。圖2為紅外影像直接定位技術應用于建筑節能檢測中，通過紅外影像直接定位技術快速了解節能建筑的比熱容，如果在節能建筑圍護結構中存在較高的溫度差，外部空氣進入節能建筑內部后將難以流通，容易形成熱量相對密集的區域，通過檢測建筑物內外部區域的熱量損失數值，可以得出節能建筑的能耗比例。施工人員可以根據檢測成果，按照其反映出的熱橋區域進行維修，減少節能建筑物的熱橋區域面積，進一步提升節能建筑的隔熱作用。在節能建筑結構設計中，為達到節能和環保目的，加入了隔熱保溫材料，但如果隔熱保溫材料出現安裝失誤和密封性差的情況，會導致節能建筑圍護結構的隔熱保溫作用下降，使房屋建筑的能耗大大增加。應用紅外影像直接定位技術，可以直觀檢測建筑物內存在的熱損失情況，有助于進一步了解其節能情況，診斷熱損失出現的具體原因，從而及時采取措施，彌補節能建筑保溫施工設計的缺陷。

2.5管道檢測中的應用

建筑管道使用過程中，會出現管道堵塞、內壁腐蝕、裂紋和泄漏等情況，可利用紅外影像直接定位技術進行偵測，因為管道堵塞會產生溫度變化，這些熱容量差值可傳遞到管線外殼上。管道磨損會導致建筑結構發生變化，如果出現磨損，溫度的傳導速度會更快，更加容易傳遞熱量，磨損部位溫度上升，會與其他部位的溫度產生差值。應加強建筑管道監測，對管道進行嚴格密封，確保生活污水的合理排放。大部分房屋管道埋在混凝土建筑結構中，傳統的房屋管道檢測較為隱蔽，很難直接觀察了解管道的密封情況，因此，在管道檢測中可以應用紅外影像直接定位技術，通過溫度差值，找到管道中存在堵塞和泄漏的具體位置，快速判斷管道的故障問題，準確了解管道的具體情況。紅外影像直接定位技術有利于快速識別管道障礙區域，一旦建筑管道密封連接出現誤差，會導致管道中的氣體和水體發生泄露，使得管道局部的導熱性上升。管道出現滲漏，會使管道周邊空氣活動更加頻繁，管道區域溫度因為空氣活動而下降，應用紅外影像直接定位技術可以準確探測出故障部位，形成準確的故障報告，提高管道故障檢測速度和質量。

3結語

利用紅外影像直接定位技術，通過尋找不同條件下紅外成像中不同材料的溫差算法，進行數據處理和整合，通過自動程序處理并迅速識別，可找到城市建筑工程中的缺陷，大大提高測量效率和準確率，為城市建筑工程測量提供快捷方便的途徑，具有重要的現實意義。

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作者：蘇順謙 李帥 李盼 樊翠銀 單位：北京華城工程管理咨詢有限公司 北京速測信息科技有限公司