JP2018119911A - 外壁診断方法及び外壁診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】建物外壁の仕上げ材の状態を診断するための外壁診断方法及び外壁診断システムを提供する。【解決手段】診断装置２０は、マイクロ波を送信し、反射波の受信強度を計測するセンサ部２３と、仕上げ材の厚みに応じて、建物外壁とセンサ部２３との距離を調節する距離調節部３０と、センサ部２３をライン上に移動させる移動部４０と、センサ部２３から受信強度波形を取得して記録する計測制御部２１とを備える。診断対象物１０において、仕上げ材の厚みに応じた距離でセンサ部２３を、建物外壁から離して配置する。そして、センサ部２３を移動させて、ライン上に受信強度波形を取得し、受信強度波形に基づいて、診断対象物１０の診断を行なう。【選択図】図１

Description

本発明は、建物外壁の仕上げ材の状態を診断する外壁診断方法及び外壁診断システムに関する。

建物外壁に用いられたコンクリートを非破壊で検査する技術が検討されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この特許文献１に記載の技術においては、タイル壁面の打撃音をマイクロフォンにより取得し、基準信号に基づいてマザーウェーブレットを作成する。更に、診断対象部分についての打撃音を測定信号として取得し、マザーウェーブレットを用いてウェーブレット変換を行ない、剥離状態を判定する。

また、特許文献２に記載の技術においては、被検査物であるコンクリートの一方の面側からマイクロ波を照射してコンクリートを昇温させ、その後にコンクリートの他方の面側の温度分布を測定し、得られた温度分布や時間変化によってコンクリートの内部状況を検出する。

更に、マイクロ波の反射特性を利用して、被測定物の内部の層状の欠陥を検出する技術が検討されている（例えば、特許文献３参照。）。この文献に記載の検査装置は、被測定物に照射されるマイクロ波を出力する送信アンテナと、送信アンテナと空間的に分離され、被測定物からの反射波を受信する受信アンテナとを有し、被測定物の内部の層状の欠陥を検出する。ここでは、マイクロ波の偏波方向は水平面に垂直となるように設定され、受信アンテナは、その感度が最大となる偏波方向が被測定物の内部に層状の欠陥がないときに受信される被測定物からの反射波による信号強度が最小となるように設定されている。

特開２００７−３０９８２７号公報 特開２００７−１３２７３９号公報 特開２０１４−２１９２３８号公報

特許文献１に記載された技術においては、打撃音の検証のために時間がかかる。また、接着剤工法で貼り付けられたタイルについては、部分的に浮いている音が生じるため、検査が困難であった。また、特許文献２に記載された技術においては、コンクリートの昇温のために、電力が必要であった。また、特許文献３に記載された技術においては、建物外壁の仕上げ材の状態の診断については考慮されていない。

・上記課題を解決する外壁診断方法は、建物外壁に対して、マイクロ波を送信し、反射波の受信強度を計測するセンサ部を、前記建物外壁の仕上げ材の厚みに応じて、前記建物外壁から離して配置し、前記センサ部を走査させて、走査位置に応じた受信強度波形を取得し、前記受信強度波形に基づいて、前記建物外壁の仕上げ材の状態を診断することを特徴とする。これにより、建物外壁の仕上げ材の状態を効率的に診断することができる。

・上記外壁診断方法において、複数の前記センサ部を並べて配置し、前記配置に直交する走査方向に前記センサ部を移動させることが好ましい。これにより、広い領域を効率的に診断することができる。

・上記外壁診断方法において、隣接する走査位置の受信強度波形を差し引いた差分波形を用いて、前記建物外壁の仕上げ材の診断を行なうことが好ましい。隣接する走査方向には、仕上げ材の配置（例えば、目地）の存在による影響が出るため、この影響を差し引いて接着状況の違いを診断することができる。

・上記外壁診断方法において、前記仕上げ材として、建物外壁に接着された複数のタイルに対して、マイクロ波を送信し、前記タイルの配置周期に対応させて、前記センサ部を走査させることが好ましい。これにより、タイルの目地等のような仕上げ材の配置パターンの影響を抑制することができる。
・上記外壁診断方法において、前記センサ部の周囲を、建物外壁に接するシールド部材で覆うことが好ましい。これにより、外部からのノイズの影響を低減することができる。

本発明によれば、建物外壁の仕上げ材の状態を効率的に診断することができる。

実施形態における外壁診断システムの説明図。 実施形態における外壁診断に用いるセンサ部の配置の説明図。 実施形態における外壁診断手順の説明図。 実施形態におけるマイクロ波アンテナと診断対象物との距離を評価するための実験の説明図であって、（ａ）は試験体、（ｂ）は距離が29ｍｍ〜32.5ｍｍの実験結果、（ｃ）は距離が33ｍｍ〜37ｍｍの実験結果の説明図。 実施形態におけるタイル張りコンクリート試験体の説明図。 実施形態におけるタイル張りコンクリート試験体上の走査の説明図。 実施形態における差分波形を用いた評価の説明図であって、（ａ）は受信強度、（ｂ）は５行目の差分波形、（ｃ）は２行目の差分波形の説明図。 他の実施形態のセンサ部の説明図。

以下、外壁診断方法及び外壁診断システムを具体化した一実施形態を説明する。
図１に示すように、マイクロ波を用いて、壁の保護や装飾に用いる外装タイル（以下、タイルと呼ぶ）が接着された建物外壁（診断対象物１０）の状態を診断する。この診断対象物１０を診断するために、診断装置２０（外壁診断システム）を用いる。この診断装置２０は、計測制御部２１、計測情報記憶部２２、センサ部２３、移動制御部２５を備える。

計測制御部２１は、センサ部２３からマイクロ波の受信強度を、所定のサンプリング時間（例えば、１０ｍ秒）で取得する。そして、計測制御部２１は、マイクロ波の反射波の受信強度とアンテナ位置とを関連付けて、計測情報記憶部２２に記録する。
計測情報記憶部２２には、マイクロ波の反射波の受信強度が、サンプリング時間（例えば、１０ｍ秒）毎に、時系列に記録される。このサンプリング時間は、アンテナ位置（センサ部２３の移動距離）に対応する。

センサ部２３には、マイクロ波の送信モジュール２３ａ、送信アンテナ２３ｂ、受信アンテナ２３ｃ、受信モジュール２３ｄを備える。
送信モジュール２３ａは、マイクロ波（５〜２０ＧＨｚ）の発振器を備え、生成したマイクロ波を送信アンテナ２３ｂから送出する。本実施形態では、マイクロ波源の電力として、５Ｗ〜３０Ｗを用いる。そして、受信アンテナ２３ｃは、送出されたマイクロ波の反射波を受信する。そして、受信モジュール２３ｄは、受信アンテナ２３ｃで受信した反射波の受信強度を出力し、計測制御部２１に供給する。

このセンサ部２３は、距離調節部３０、移動部４０により保持される。この距離調節部３０は、診断対象物１０との距離を調節する。移動部４０は、距離調節部３０によって保持されたセンサ部２３を、診断対象物１０の表面上を移動させる。
移動制御部２５は、移動部４０を、所定の移動速度（例えば、１００ｍｍ／秒）で制御する。

（外壁診断方法）
以下、図２、図３を用いて、外壁診断方法について説明する。
ここでは、図２に示すように、複数のセンサ部２３を水平方向に並べて、建物外壁（診断対象物１０）の仕上げ材（タイル１１ａ）の状態を診断する。この場合、複数のセンサ部２３を、ワイヤ４１を介して、ウィンチ４２（電動巻き揚げ機）からなる移動部４０を用いて、建物の上部から鉛直方向に引き上げる。
図３に示すように、まず、診断対象物とアンテナとの距離を確保する（ステップＳ１）。具体的には、タイル１１ａの厚さに基づいて、剥離が生じる領域の深さを特定し、この深さに応じて、建物外壁とアンテナとの距離を決定する。具体的には、ジャッキやスペーサを用いることにより、決定した距離をセンサ部２３が維持できるように配置する。この距離の決定方法については、図４を用いて後述する。

次に、複数のセンサ部２３を配置する（ステップＳ２）。この場合、複数のセンサ部２３を、診断対象物１０におけるタイル１１ａの配置に応じて、間隔を決定する。
例えば、図２に示すように、タイル１１ａの並び（配置周期）に応じて、１列に１つのセンサ部２３が対応するように配置する。具体的には、各センサ部２３が、各タイル１１ａにおける相対位置（例えば、目地からの距離）が同じになるように配置する。

そして、建物外壁の計測を行なう（ステップＳ３）。具体的には、ウィンチ４２で複数のセンサ部２３を、一定の速度で引き上げながら、センサ部２３において送信したマイクロ波の反射波の受信強度を計測する。そして、計測制御部２１は、引き上げ速度と引き上げ時間に応じた移動距離と関連付けて、センサ部２３から取得した受信強度を計測情報記憶部２２に記録する。

次に、仕上げ材の状態の評価処理を実行する（ステップＳ４）。具体的には、計測制御部２１は、建物高さが同じ位置で、隣接する列のセンサ部２３の受信強度を差し引いた差分波形を算出する。そして、差分波形において、所定の基準値以上の揺らぎがある場合には、建物外壁のタイル１１ａに異常があると判定する。この差分波形を用いた評価処理の詳細については、図５〜図７を用いて後述する。

（アンテナと診断対象物との距離）
次に、図４を用いて、アンテナと診断対象物との距離について説明する。
ここでは、図４（ａ）に示すように、内部に空隙を設けた試験体を用いて、マイクロ波アンテナ・診断対象物１０（試験体）間の距離と、反射波の受信強度との関係を評価するための実験を行なった。この診断対象物１０は、内部に空隙ｖ１，ｖ２を設けたコンクリートからなる。この空隙ｖ１，ｖ２は、深さ15ｍｍの位置に、厚さ３ｍｍで設ける。なお、センサ部２３の移動方向に対して、空隙ｖ１は幅25ｍｍ、空隙ｖ２は幅13ｍｍである。

この実験においては、診断対象物１０との距離を調節する距離調節部３０としてジャッキを用いる。また、移動部４０として電動スライダを用いて、距離調節部３０によって保持されたセンサ部２３を、診断対象物１０の表面上を移動させる。

図４（ｂ）は、マイクロ波アンテナと試験体との距離を、ｄ１＝29ｍｍ、ｄ２＝30ｍｍ、ｄ３＝31ｍｍ、ｄ４＝31.5ｍｍ、ｄ５＝32ｍｍ、ｄ６＝32.5ｍｍで変更した場合の計測結果を示している。

図４（ｃ）は、マイクロ波アンテナと試験体との距離を、ｄ７＝33ｍｍ、ｄ８＝33.5ｍｍ、ｄ９＝34ｍｍ、ｄ10＝35ｍｍ、ｄ11＝36ｍｍ、ｄ12＝37ｍｍで変更した場合の計測結果を示している。
このように、アンテナと試験体（診断対象物１０）との距離に応じて、受信強度波形が異なる。更に、所定範囲の距離（ｄ２〜ｄ１０）において、空隙ｖ１，ｖ２を検知できることがわかる。例えば、外壁診断の事前検討において、タイルとコンクリートとの間で生じる可能性がある空隙を検知できる距離を調べておき、この距離になるようにセンサ部を配置する。この事前検討においては、打撃音を用いた診断を併用し、空隙があるタイル（サンプル）を特定し、診断に用いる距離を決定する。

（差分波形を用いた評価処理）
次に、図５〜図７を用いて、差分波形を用いた評価処理について説明する。ここでは、タイル張りコンクリートからなる試験体を診断対象物として用いて、評価実験を行なった。

まず、図５を用いて、この試験体１１の断面構造を説明する。
試験体１１では、幅４５ｍｍ、最大厚さ７ｍｍのタイル１１ａを用いる。この場合、隣接するタイル１１ａ間の間隔を５ｍｍとする。このタイル１１ａは、２ｍｍ厚の張付モルタル１１ｂ、１０ｍｍ厚下地モルタル１１ｃを介して、コンクリート１１ｄに接着されている。更に、空隙ｖ３として、１ｍｍ厚のポリスチレンを埋設する。

図６に示すように、タイル１１ａを、格子状に配置する。この場合、２行目及び５行目の所定位置のタイル１１ａの下側に空隙ｖ３を配置する。
更に、この実験においては、複数の走査位置（２行目〜５行目）で、センサ部２３を移動させる。

図７（ａ）に、走査位置毎の計測結果を示す。ここでは、２行目（Ｌ２）〜５行目（Ｌ５）において、空隙ｖ３が設けられたタイル１１ａの範囲で、受信強度が変化していることがわかる。ただし、空隙ｖ３が設けられていない範囲（空隙ｖ３以外の範囲）でも波形が揺らいでいる。更に、空隙ｖ３が設けられていない３行目（Ｌ３），４行目（Ｌ４）での走査においても、タイル１１ａ間の目地等の影響により、受信強度の波形が揺らいでいる。

図７（ｂ）は、５行目の波形Ｌ５から、それぞれ、３行目の波形Ｌ３を差し引いた差分波形Ｌ５ａ、４行目の波形Ｌ４を差し引いた差分波形Ｌ５ｂを示している。
図７（ｃ）は、２行目の波形Ｌ２から、それぞれ、３行目の波形Ｌ３を差し引いた差分波形Ｌ２ａ、４行目の波形Ｌ４を差し引いた差分波形Ｌ２ｂを示している。
隣接走査ライン（行）の受信強度波形との差分波形を用いることにより、波形の揺らぎを抑制できることがわかる。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、診断装置２０は、計測制御部２１、計測情報記憶部２２、センサ部２３、移動制御部２５を備える。これにより、マイクロ波の反射を用いて、建物外壁の仕上げ材の接着状態を効率的に診断することができる。マイクロ波による加熱により評価する場合と異なり、省電力化を図ることができる。

（２）本実施形態では、診断対象物とアンテナとの距離を確保する（ステップＳ１）。これにより、タイル１１ａの厚みを考慮して、仕上げ材の接着状態を評価することができる。
（３）本実施形態では、複数のセンサ部２３を配置する（ステップＳ２）。これにより、複数のセンサ部２３を並べたラインを移動させることにより、広い面積を効率的に診断することができる。

（４）本実施形態では、建物外壁を計測し（ステップＳ３）、仕上げ材の状態の評価処理を行なう（ステップＳ４）。マイクロ波の発振強度を下げた場合、タイルの目地等のように、仕上げ材の配置パターンがマイクロ波の反射波の受信強度に影響を与えることがある。隣接する操作列の受信強度との差分を用いることにより、周期的に生じる影響を抑制することができる。

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、複数のセンサ部２３を配置する（ステップＳ２）。これに代えて、一つのセンサ部２３を列毎に引き上げるようにしてもよい。この場合も、隣接列の受信強度の波形を差し引いた差分波形を用いて、仕上げ材の状態を評価することができる。

・上記実施形態においては、診断対象物１０としてタイル１１ａの接着状態を診断するが、診断対象物１０の仕上げ材はタイル１１ａに限定されるものではない。例えば、仕上げ材の状態を診断する診断対象としては、塗装や吹き付け材を用いることも可能である。

・上記実施形態においては、仕上げ材の状態の評価処理を行なう（ステップＳ４）。この場合、ノイズ除去のために、隣接列の反射波の受信強度波形を差し引いた差分波形を用いて、診断を行なう。ノイズ除去の方法は、これに限定されるものではない。例えば、センサ部２３の周囲にシールドを設けるようにしてもよい。

図８に示すように、金属メッシュからなるシールド部材５０により、センサ部２３を覆う。この場合、シールド部材５０の外縁分を建物外壁に接触させておく。これにより、外部からのノイズを抑制することができる。

・上記実施形態においては、タイル１１ａの並びに応じて、１列に１つのセンサ部２３が対応するように配置する。センサ部２３の配置方法は、タイルの配置周期に対応して、各タイルと各センサ部との相対位置がほぼ一致していればよい。この場合、各センサ部は、同様に目地の影響を受けることになり、差分波形を算出することにより、目地の影響を相殺により抑制することができる。また、センサ部の数も、１列に１つに限定されるものではない。また、一つのセンサ部を用いてもよい。この場合には、高さ方向に複数のラインで走査させた受信強度波形において、隣接するラインにおける受信強度波形の高さ位置を合わせて、差分波形を算出する。

１０…診断対象物、１１ａ…タイル、２０…診断装置、２１…計測制御部、２２…計測情報記憶部、２３…センサ部、２３ａ…送信モジュール、２３ｂ…送信アンテナ、２３ｃ…受信アンテナ、２３ｄ…受信モジュール、２５…移動制御部、３０…距離調節部、４０…移動部、５０…シールド部材。

Claims (6)

1. 建物外壁に対して、マイクロ波を送信し、反射波の受信強度を計測するセンサ部を、前記建物外壁の仕上げ材の厚みに応じて、前記建物外壁から離して配置し、
   前記センサ部を走査させて、走査位置に応じた受信強度波形を取得し、
   前記受信強度波形に基づいて、前記建物外壁の仕上げ材の状態を診断することを特徴とする外壁診断方法。
2. 複数の前記センサ部を並べて配置し、前記配置に直交する走査方向に前記センサ部を移動させることを特徴とする請求項１に記載の外壁診断方法。
3. 隣接する走査位置の受信強度波形を差し引いた差分波形を用いて、前記建物外壁の仕上げ材の状態を診断することを特徴とする請求項１又は２に記載の外壁診断方法。
4. 前記仕上げ材として、前記建物外壁に接着された複数のタイルに対して、マイクロ波を送信し、前記タイルの配置周期に対応させて、前記センサ部を走査させることを特徴とする請求項３に記載の外壁診断方法。
5. 前記センサ部の周囲を、前記建物外壁に接するシールド部材で覆うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の外壁診断方法。
6. 建物外壁の仕上げ材の状態を診断する外壁診断システムであって、
   マイクロ波を送信し、反射波の受信強度を計測するセンサ部と、
   仕上げ材の厚みに応じて、建物外壁とセンサ部との距離を調節する距離調節部と、
   前記センサ部を走査させる移動制御部と、
   前記センサ部から受信強度波形を取得して記録する計測制御部とを備えたことを特徴とする外壁診断システム。

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