CN112198228A - 非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统及方法，方法包括步骤：计算引起玻璃幕墙共振的声波频率；利用发声装置以声波频率在玻璃幕墙的室外侧发出声波；利用声学成像仪在玻璃幕墙的室内侧进行成像检测；由成像检测结果分析玻璃幕墙的传声情况，判断玻璃幕墙的牢固度。本发明方法使用能够引起玻璃幕墙面板共振的噪声激发玻璃幕墙面板的共振。若密封胶服役效果良好，室内声学成像仪就不会检测到窗框的漏声。若密封胶已出现松动、脱皮现象，室内侧的声学成像仪能及时成像，并保存音频和视频，进行后期深入的分析计算。本发明方法检测分析效率高，可快速查验整栋高层建筑的所有玻璃幕墙面板，并对环境和幕墙本身服役寿命无影响。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃幕墙的检测技术，尤其涉及一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统及方法。
背景技术
玻璃幕墙因长期受到自然环境的不利因素影响，如风吹、日晒、雨淋、紫外线照射、雾霾空气污染等影响，因此要求玻璃幕墙的玻璃和结构胶要有耐候性、耐久性、耐腐蚀性，因此作为粘结材料的结构胶是非常重要的。近些年玻璃幕墙坠落事件时有发生，及时判断一栋大楼的外立面玻璃幕墙的玻璃结构胶是否失效，是一项非常重要但很难及时开展的工作。
常规的查验玻璃幕墙密封胶的办法，是幕墙坠落事故发生后再查看建筑外立面胶的情况，通常是增加涂上一层密封胶，但老的胶还是留在内层，依然不够稳定。也有幕墙年度安全检查，查看密封胶有起皮、幕墙面板有松动，就及时采取补救措施。这种情况也不利于更早期发现幕墙面板松动问题。对于高层建筑的玻璃幕墙密封胶的问题查验，相对更加困难。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供了一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统及方法，是一种非接触式的，能及时、准确查验各类建筑含高层建筑玻璃幕墙面板的有效方法，检测过程中对既有幕墙本身设有的密封胶没有影响。
本发明提供的技术方案为：
一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，包括步骤：
计算引起玻璃幕墙共振的声波频率；
利用发声装置以所述声波频率在所述玻璃幕墙的室外侧发出声波；
利用声学成像仪在所述玻璃幕墙的室内侧进行成像检测；
由成像检测结果分析所述玻璃幕墙的传声情况，判断所述玻璃幕墙的牢固度。
作为本发明检测方法的实施方式，使用小型飞行器或无人机搭载所述发声装置。
作为本发明检测方法的实施方式，，所述声学成像仪采用声学照相机。
作为本发明检测方法的实施方式，所述声学成像仪的拍摄范围覆盖整面所述玻璃幕墙、窗框以及玻璃幕墙与所述窗框之间粘接的密封胶。
作为本发明检测方法的实施方式，利用以下公式计算引起玻璃幕墙共振的声波频率：
式中，fc是声波频率；c是空气中的声速，单位m/s；m是幕墙玻璃的面密度kg/m3；σ是泊松比，1-σ2＝1；E是弹性模量，单位Pa；h是幕墙的厚度，单位m。
作为本发明检测方法的实施方式，在利用所述声学成像仪对所述玻璃幕墙进行成像检测的步骤中，还包括：将所述声学成像仪对声波频率的检测范围调整至所述发声装置发出的声波频率所在频段。
作为本发明检测方法的实施方式，在利用所述声学成像仪对所述玻璃幕墙进行成像检测的步骤中，还包括：计算在所述声波频率下的所述玻璃幕墙的隔声量，调整所述声学成像仪对音量的检测范围，室外噪声通过隔声薄弱点传到室内，由所述声学成像仪及时检测到并保存频谱数据。
作为本发明检测方法的实施方式，利用隔声软件INSUL计算所述玻璃幕墙的隔声量。
一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统，其特征在于：包括设置在玻璃幕墙的室外侧的发声装置以及设置在玻璃幕墙的室内侧的声学成像仪，所述发声装置以引起所述玻璃幕墙共振的声波频率在室外发出声波，所述声学成像仪隔着所述玻璃幕墙在室内进行成像检测。
本发明方法使用能够引起玻璃幕墙面板共振的噪声激发玻璃幕墙面板的共振。若密封胶服役效果良好，室内声学成像仪就不会检测到窗框的漏声。若密封胶已出现松动、脱皮现象，室内侧的声学成像仪能及时成像，并保存音频和视频，进行后期深入的分析计算。本发明方法检测分析效率高，可快速查验整栋高层建筑的所有玻璃幕墙面板，并对环境和幕墙本身服役寿命无影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统的使用状态示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
玻璃幕墙的玻璃寿命是25年，密封胶的寿命是10-20年。我国于上世纪90年代开始大量建筑玻璃幕墙建筑，到现在全国各地已有大量的玻璃幕墙需要维护和更新。既有的玻璃幕墙常出现自爆、密封胶老化、固定件锈蚀等现象，导致易在大风天气下坠落伤人，威胁城市公共安全。目前针对玻璃幕墙的安全性检测，侧重于玻璃原片的杂质缺陷、受力杆件、密封胶物理性能及老化状况、开启件的检测，以及开展玻璃幕墙的气密性、可见光透射比、遮阳系数、传热系数的检测，从幕墙热工性能的变化来预判玻璃幕墙的性能变化。目前还没有使用低频噪声触发玻璃幕墙面板的共振，再采用声学照相机实时检测，依据幕墙面板的隔声性能来分析和判定既有玻璃幕墙的安全稳定性。
本发明方法是一种非接触式的，能及时、准确查验各类建筑含高层建筑玻璃幕墙面板的有效方法，检测过程中对既有幕墙本身设有的密封胶没有影响。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的技术方案。
参阅图1所示，本发明提供了一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统，其主要包括发声装置11和声学成像仪12两部分，发声装置11可采用小型飞行器或无人机搭载，或者设置在室外临边结构上，设置在玻璃幕墙10的室外侧且与玻璃幕墙之间互不接触，其中，发声装置11可以是声波发射器，可发出设定频率的声波，且声波发射器发出声波的范围应覆盖整面玻璃幕墙10、窗框以及密封圈所在区域，声波发射器在室外发出能够引起玻璃幕墙共振的频率的声波，声波入射到玻璃幕墙面板，声波的波长和幕墙本身固有的弯曲波的波长相吻合时，幕墙与声波产生共振，幕墙隔声量急剧下降，这种产生吻合效应的对应频率为临界频率，也就是说，发生装置11在室外以该临界频率对玻璃幕墙发出声波。声学成像仪12可采用声学照相机，采用支架等设置在玻璃幕墙的室内测，声学成像仪12的成像范围覆盖整面玻璃幕墙10、窗框以及密封圈所在区域。声学成像仪12隔着玻璃幕墙10在室内对玻璃幕墙10进行成像检测。当密封胶有开裂、破损时，透过的声能更多，声学照相机可精准定位破损的密封胶位置。
其中，声学照相机，又名声相(像)仪，是利用传声器阵列测量一定范围内的声场分布的专用设备，可用于测量物体发出的声音的位置和声音辐射的状态，并用云图方式显示出直观的图像，即声成像测量。
进一步地，声学照相机可采用德国CAE公司的多用途声学成像仪Bionic XS-56Array，由组合式可替换的麦克风阵列及功能强大的声学定位软件系统组成。Bionic XS-56Array强大而先进的声学分析功能，兼具便携与完善的分析功能，在声源定位、异响检测、故障诊断等方面有着广泛的应用，为不同领域及行业带来了技术革新。采用此款声学照相机可以在成像后分析玻璃幕墙10的传声情况，判断玻璃幕墙10的牢固度，对于如密封胶老化的区域会在屏幕上对应位置进行显示。
本发明还提供了一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其主要包括以下操作步骤：
步骤一：计算引起玻璃幕墙共振的声波频率；
步骤二：利用发声装置以声波频率在玻璃幕墙的室外侧发出声波；
步骤三：利用声学成像仪在玻璃幕墙的室内侧进行成像检测；
步骤四：由成像检测结果分析玻璃幕墙的传声情况，判断玻璃幕墙的牢固度。
其中，发声装置可采用小型飞行器或无人机搭载，或者设置在室外临边结构上，与玻璃幕墙之间互不接触，以避免对玻璃幕墙造成任何损伤，也能够避免发声装置发声时的振动干扰声学成像仪的成像检测结果。发声装置发出声波的范围以及声学成像仪的拍摄范围均应当覆盖待检测的整面玻璃幕墙、窗框以及密封胶等区域，以确保全面检测。
进一步地，当声波入射到玻璃幕墙面板，声波的波长和幕墙本身固有的弯曲波的波长相吻合时，幕墙与声波产生共振，幕墙隔声量急剧下降，这种产生吻合效应的对应频率为临界频率，亦即发声装置发出的能够引起玻璃幕墙共振的声波频率，该临界频率的计算式如下：
式中，fc是声波频率；c是空气中的声速，单位m/s，通常取值340m/s；m是幕墙玻璃的面密度kg/m3；σ是泊松比，1-σ2＝1；E是弹性模量，单位Pa；h是幕墙的厚度，单位m。
假定某玻璃幕墙为三玻两腔6+1.52PVB+8+12Ar+8mm钢化三银low-E夹胶中空超白玻璃，按常规玻璃的密度2430kg/m3、弹性模量46GPa、阻尼0.002、面密度取19kg/m2、幕墙厚度取0.035m来计算，临界频率fc约为62.5Hz。
优选地，在利用声学成像仪对玻璃幕墙进行成像检测的步骤中，还可以包括：将声学成像仪对声波频率的检测范围调整至发声装置发出的声波频率所在频段，如临界频率62.5Hz属于低频噪声，那么，应当将声学成像仪的检测频段也相应调整至低频噪声频段，能够比较准确地测试出低频噪声。
更进一步地，在利用声学成像仪对玻璃幕墙进行成像检测的步骤中，还可以包括：计算在声波频率下的玻璃幕墙的隔声量，调整声学成像仪对音量的频谱检测范围。例如：若密封胶服役效果良好，室内声学成像仪就不会检测到窗框的漏声。若密封胶已出现松动、脱皮现象，室内侧的声学成像仪能将检测频段调整到室外声源发出的频段，及时成像。
其中，可利用隔声软件INSUL计算玻璃幕墙的隔声量。隔声软件INSUL是由马歇尔戴声学公司开发的一款测量墙壁、地板、天花板和窗户的隔音软件。广泛应于系统构件的隔音量分析中，试验数据比较表明，INSUL最可靠的预测值同实测参数比较相差在3dB以内。一般情况下，例如我们设计墙体结构时，都是查材料隔声量，然后根据复合结构，自己核算隔声量，此软件的好处是，只要把各材料的原始数据(牌号，规格等)，结构，安装等因素输入软件后，就会得到一个复合结构的隔音量。
采用隔声软件INSUL可以计算出上述实施例中的玻璃幕墙的隔声量Rw+Ctr＝45dB，其中，Rw指的是建筑物构件的计权隔声量，Ctr指的是A计权交通噪声的频谱修正量。Rw+Ctr是Rw隔声频率曲线和Ctr频谱曲线叠加的结果。它是一个综合性的取值方式，是建筑构件(材料或结构)空气声隔声特性在Ctr频谱修正后的结果。
进一步结合上述利用临界频率的计算式计算得到玻璃幕墙的临界频率62.5Hz，采用隔声软件INSUL可得到玻璃幕墙在该临界频率62.5Hz下的隔声量，为便于理解，最终采用取整后的临界频率63Hz作为发声装置发出声波的频率，该临界频率63Hz的声波属于低频噪声，使用隔声软件INSUL可得在该低频63Hz临界频率下玻璃幕墙的隔声量仅为15dB。
当室外使用发声装置发出低频63Hz噪声时，低频63Hz噪声达到50dB时，玻璃幕墙63Hz隔声量仅为15dB，到达室内为35dB。需要室内背景噪声在63Hz频段小于30dB，使用声学照相机进行录制，再使用专用软件过滤背景噪声，筛选63Hz的成像，能准确查找到漏声点。
本发明方法使用能够引起玻璃幕墙面板共振的噪声激发玻璃幕墙面板的共振。若密封胶服役效果良好，室内声学成像仪就不会检测到窗框的漏声。若密封胶已出现松动、脱皮现象，室内侧的声学成像仪能及时成像，并保存音频和视频，进行后期深入的分析计算。本发明方法检测分析效率高，可快速查验整栋高层建筑的所有玻璃幕墙面板，并对环境和幕墙本身服役寿命无影响。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，包括步骤：
计算引起玻璃幕墙共振的声波频率；
利用发声装置以所述声波频率在所述玻璃幕墙的室外侧发出声波；
利用声学成像仪在所述玻璃幕墙的室内侧进行成像检测；
由成像检测结果分析所述玻璃幕墙的传声情况，判断所述玻璃幕墙的牢固度。
2.如权利要求1所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，使用小型飞行器或无人机搭载所述发声装置。
3.如权利要求1所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，所述声学成像仪采用声学照相机。
4.如权利要求1所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，所述声学成像仪的拍摄范围覆盖整面所述玻璃幕墙、窗框以及玻璃幕墙与所述窗框之间粘接的密封胶。
5.如权利要求1所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，利用以下公式计算引起玻璃幕墙共振的声波频率：
式中，fc是声波频率；c是空气中的声速，单位m/s；m是幕墙玻璃的面密度kg/m3；σ是泊松比，1-σ2＝1；E是弹性模量，单位Pa；h是幕墙的厚度，单位m。
6.如权利要求1所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，在利用所述声学成像仪对所述玻璃幕墙进行成像检测的步骤中，还包括：将所述声学成像仪对声波频率的检测范围调整至所述发声装置发出的声波频率所在频段。
7.如权利要求6所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，在利用所述声学成像仪对所述玻璃幕墙进行成像检测的步骤中，还包括：计算在所述声波频率下的所述玻璃幕墙的隔声量，调整所述声学成像仪的频谱范围，室外噪声通过隔声薄弱点传到室内，由所述声学成像仪及时检测到并保存频谱数据。
8.如权利要求7所述的非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测方法，其特征在于，利用隔声软件INSUL计算所述玻璃幕墙的隔声量。
9.一种非接触式既有玻璃幕墙牢固度的检测系统，其特征在于：包括设置在玻璃幕墙的室外侧的发声装置以及设置在玻璃幕墙的室内侧的声学成像仪，所述发声装置以引起所述玻璃幕墙共振的声波频率在室外发出声波，所述声学成像仪隔着所述玻璃幕墙在室内进行成像检测。
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