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建築研究簡訊第99期 《業務報導》

運用無人飛行載具搭載紅外線進行建築外牆磁磚檢測

  國內常見因建築物外牆瓷磚剝落,造成國民生命財產遭受損失的事件,瓷磚剝落潛在問題隨著建築物老化而與日俱增。國內許多30年以上的老舊大樓估計約有33%達4層樓以上,且外牆面以水泥砂漿粉光為底,貼飾瓷磚為主。但是臺灣地處亞熱帶為海島型氣候,溫度、濕度的差異加上頻繁的自然災害,導致瓷磚與牆面結構體間有空洞的狀況。為有效減少或預防外牆剝落,維護人民生活安全居住環境,需要建置定期檢測、預防及維護的外牆瓷磚管理對策。

  目前對於外牆瓷磚損傷剝落辨視或檢測,實務上需藉由垂吊或搭建鷹架等方式,以人力敲擊瓷磚表面配合目視檢測來判定瓷磚黏著程度,再進一步,可配合紅外線技術辨視瓷磚表面溫度差異或統計特徵差異,進行瓷磚黏著不足之損傷判定。

  為能快速檢測老舊建築的外牆瓷磚損傷情形,本研究研發運用智慧型手機或平版電腦,結合紅外線鏡頭系統並搭載於無人機載具,整合遠端遙控技術,進行建築物外牆瓷磚剝落損傷的非破壞性檢測,可以即時將檢測數據藉由無線傳輸,評估瓷磚剝落損傷位置,同時選取易剝落的範圍進行維修,建立可靠度高、成本較低及全面性建築物外牆瓷磚損傷檢測方法。

  外牆瓷磚剝落的檢測技術中,最重要部分在於如何快速辨識瓷磚剝落的位置與範圍,因為稍有鬆脫的瓷磚比緊密黏著的瓷磚在外牆受熱時會呈現較高的溫度,而不同的溫度在紅外線鏡頭的熱感應能力下無所遁形。然而紅外線檢測與辨視技術常會受紅外線儀器角度及檢測時溫度差、現場環境為晴天或雨天等各種不確定因素影響,容易造成判定誤差,需要校正處理。

  本項技術藉由紅外線鏡頭的溫差檢測,分析損傷瓷磚的剝落位置與範圍,建立不同量測距離的實際顯像範圍實驗範本。這項測試在越高樓層時越容易受到風力影響,所以必須進行飛行載具及紅外線整合後的紅外線鏡頭穩定性測試。將小型紅外線鏡頭搭配無人飛行載具,製作無人機起降的運作模具,以4G無線傳輸配合遠端控制技術,操作載具上之小型紅外線鏡頭,如圖1所示。建立外牆瓷磚檢測在不同量測距離的實際顯像範圍範本,比對分析兩項顯像範圍結果,確認空中檢測的辨別率,校正紅外線受天候等因素影響的誤差。

圖1、無人機搭載紅外線熱顯像鏡頭

  

  研究過程中初步選擇4棟新建與老舊建築物進行檢測與交叉比對,瓷磚有/無缺陷試驗顯示,當溫度34.5度降溫至34.1度時,其瓷磚剝落區域辨視率為94%,於溫度34.1度降溫至32.4度過程中,可辨視瓷磚缺陷86~94%,若在高溫下降時量測,應可有效辨視瓷磚缺陷位置。再分別以中、高規格之紅外線鏡頭及無人飛行載具進行相同建築物外牆瓷磚檢測,經由差異化分析顯像,兩種系統判定外牆瓷磚與缺陷範圍大致符合,經由差異化處理可分辨瓷磚缺陷脫層大致範圍。初步驗證中階規格的紅外線鏡頭結合無人機載具在外牆瓷磚處於高溫環境下檢測剝落範圍的可行性,如圖2所示。

圖2現場檢測熱顯圖像及影像套疊合成處理

(a.空拍位置 b.顯示熱顯圖像 c.影像套疊合程處理並判讀)

 

  配合本項技術同時編纂「紅外線熱顯像技術結合無人飛行載具之技術手冊」初稿,內容包括採用無人載具搭載紅外線熱顯像法、後端熱顯像差異化處理技術、外牆瓷磚粘結損傷檢測流程與方法、圖像差異化處理及檢測報告的撰寫等,技術處理的方法與標準操作程序。期望藉由本項技術開發,提供外牆瓷磚便利且快速的檢測方法,讓許多老舊建築物能夠降低檢測成本,迅速判斷易剝落的外牆瓷磚範圍以進行維修,確保都市環境安全,同時增進市容美觀。