遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)在結(jié)構(gòu)改造施工監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

胡愛勇 張紅喜 唐科學(xué) 羅敏

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)上海眾材工程檢測(cè)有限公司，上海 201209）

1 背景知識(shí)介紹

裂縫測(cè)量的傳統(tǒng)方法普遍存在需接觸測(cè)量、人工測(cè)量誤差大、影像無法記錄、無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)比對(duì)等缺陷。遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)在橋梁隧道表觀缺陷檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用較多，但應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域相對(duì)較少。

建筑結(jié)構(gòu)改造施工期間，因受力體系轉(zhuǎn)換，梁、柱等結(jié)構(gòu)關(guān)鍵受力節(jié)點(diǎn)易產(chǎn)生裂縫。而建筑改造施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件惡劣，如施工材料多、腳手架安置密集、室內(nèi)照明條件不足，另外，測(cè)位置多處于施工區(qū)域，監(jiān)測(cè)人員進(jìn)入有安全隱患，因此采用遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)有先天優(yōu)勢(shì)。

2 遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)介紹

2.1 簡(jiǎn)介

遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)通過高精度光學(xué)系統(tǒng)及CCD成像系統(tǒng)，遠(yuǎn)距離對(duì)結(jié)構(gòu)梁、柱表面進(jìn)行圖像采集，采用數(shù)字圖像相關(guān)算法進(jìn)行圖片處理，提取缺陷特征，計(jì)算出其寬度、最大寬度、長(zhǎng)度等量化信息。

2.2 儀器設(shè)備

本工程擬用北京光電ACDS遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量系統(tǒng)，通過攝像機(jī)和長(zhǎng)焦鏡頭進(jìn)行圖像采集，分辨率達(dá)7360×4912PIX。圖像采集操作時(shí)無需粘貼標(biāo)志物，前期僅需了解梁寬、高等信息，或以每片梁底“自然特征”為目標(biāo)參照物（便于區(qū)分照片）。數(shù)據(jù)后處理軟件即裂縫自動(dòng)抽取處理系統(tǒng)具備畸變校正、傾斜校正、幅面校正、拱形校正、圖像拼接等功能。該設(shè)備寬度測(cè)量精度可達(dá)0.05mm。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 工程概況

本工程為建于1997年的上海市繁華市區(qū)的一棟商業(yè)裙樓，原結(jié)構(gòu)采用板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上9層，總高約44m。2018年開始對(duì)1-10層商業(yè)裙樓共約5萬平方米進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，內(nèi)容有樓板拆除、剪力墻拆除，新增框架柱、框架梁、剪力墻，新增樓梯、電梯等，為期4個(gè)月。在建筑結(jié)構(gòu)改造期間，為保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，需對(duì)梁、柱進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系失穩(wěn)破壞事故。

3.2 數(shù)據(jù)成果

3.2.1 監(jiān)測(cè)頻率

4個(gè)月內(nèi)每天1次，檢查有無新增裂縫，以及原有裂縫的發(fā)展情況。必要時(shí)為應(yīng)對(duì)突發(fā)情況加密監(jiān)測(cè)。

3.2.2 遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量成果

采集的某處梁底裂縫圖像見圖1，利用裂縫自動(dòng)抽取處理系統(tǒng)提取的裂縫信息見圖2。

3.2.3 搭設(shè)移動(dòng)腳手架人工接觸測(cè)量和ACDS遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量監(jiān)測(cè)比對(duì)結(jié)果見表1、表2。

3.3 數(shù)據(jù)分析

ACDS遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量精度達(dá)0.05mm；人工接觸測(cè)量用ZBL-F800裂縫綜合測(cè)試儀，精度0.01mm；ACDS遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量和人工接觸測(cè)量裂縫的寬度測(cè)量結(jié)果普遍偏差在0.01-0.03mm，能滿足本工程裂縫測(cè)量精度0.05mm的需要。

采用遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)，不需要借移動(dòng)腳手架進(jìn)行人工接觸測(cè)量，在保障監(jiān)測(cè)人員作業(yè)安全的同時(shí)，利用裂縫自動(dòng)抽取處理系統(tǒng)對(duì)圖像全幅一鍵抽取裂縫，以裂縫空間走向的方向自動(dòng)完成寬度測(cè)量，并根據(jù)裂縫寬度分顏色標(biāo)注在圖像上，大幅提高了工作效率。數(shù)據(jù)處理軟件具有拼接功能，能把多幅圖像拼接起來，顯示被測(cè)結(jié)構(gòu)的全貌，便于裂縫對(duì)比分析保存。

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)與改進(jìn)建議

圖1 某處梁底裂縫照片

圖2 專業(yè)軟件提取裂縫信息照片

4.1 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

遠(yuǎn)距離裂縫測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)改造施工監(jiān)測(cè)中，可以滿足裂縫測(cè)量工作環(huán)境安全要求、測(cè)量精度要求、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化要求。

4.2 改進(jìn)建議

4.2.1 建筑結(jié)構(gòu)改造時(shí)施工機(jī)械振動(dòng)頻繁，而數(shù)字圖像清晰度對(duì)裂縫后期處理至關(guān)重要，所以需要重點(diǎn)改進(jìn)數(shù)字圖像采集的操作難度，防抖、防震動(dòng)、自動(dòng)對(duì)焦，自動(dòng)化、智能化快速清晰地采集數(shù)字圖像；

4.2.2 采集的裂縫圖像數(shù)據(jù)及時(shí)傳至云端，改進(jìn)算法，利用人工智能技術(shù)及云計(jì)算功能大幅提高自動(dòng)裂縫識(shí)別率及識(shí)別效率；

圖3 裂縫變化曲線圖

圖4 裂縫變化曲線圖

表1 裂縫數(shù)據(jù)比對(duì)表

表2 裂縫數(shù)據(jù)比對(duì)表

4.2.3 增加裂縫寬度比對(duì)功能，此功能針對(duì)同一裂縫的復(fù)查，根據(jù)裂縫位置，調(diào)取已有歷史信息進(jìn)行比對(duì)分析，避免多次重復(fù)記錄及準(zhǔn)確判定裂縫的發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r；

4.2.4 增加裂縫發(fā)展趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析表功能，對(duì)同一裂縫的多次復(fù)查信息，可自動(dòng)生成EXCEL表單，包括復(fù)查時(shí)間、裂縫狀態(tài)以及相應(yīng)的寬度、長(zhǎng)度等信息，可方便地生成寬度、長(zhǎng)度的發(fā)展趨勢(shì)曲線。