理大创新红砖外墙修缮技术监管思维改进行业常规

红砖建筑是香港理工大学（理大）的著名校园特色之一，但校园建成多年，需要不断维修保养才能确保大楼外墙安全。

为此，理大在每年的定期检查以外，拨出了一笔款项为整个校园的大楼进行全面外墙检查及适时维修，以防止外墙墙砖因老化而剥落。

以往由于受到工程技术所限，工程人员会先利用红外线仪器远距离探测外墙，判断墙砖有松脱风险的大概位置，然后再以人手逐片敲击墙砖来验证。这种做法十分依赖工程人员的经验和个人判断力，而且业界并未有统一的认证资历架构。

理大认为，基于校园的人口密度和使用率，在考虑财政负担以外，理大需要的是更精准及严谨的探测和验证方法，以保障学生、教职员和校园使用者的安全，而单靠传统的外墙勘察方法效果并不理想。

智能软件配搭传统做法大幅提升勘察准确度

Wallace（中）与CFSO的高级物业管理经理戚子翔（左）及技术经理张文杰（右）在LSGI的实验室内合照。

香港大厦林立，要在狭窄的街道中为大厦外墙作远距离红外线勘察颇具难度。当中，测量技巧和角度，都会影响结果的准确度。

为了解决这个问题，理大设施及可持续校园处（CFSO）邀请了土地测量及地理信息学系（LSGI）的副教授和副系主任（教学）赖纬乐博士工程师Wallace担任了这项预防维修保养工程检测部分的技术顾问，联同其研究团队的博士研究生赵善柔和博士后研究员岑风珠，应用了其研究团队所研发的热成像图像处理技术（Infrared Image Analysis Software）。只需输入拍摄距离及红外线热成像相机的可视范围，相关系统便会将原本拍摄不理想的红外线图像角度校正，再根据墙身实际温度调整热成像色调，便能通过图片上的深浅颜色，找出具有不同程度剥落风险的外墙部分。

这套系统还配备影像拼接技术（Image Stitching），能将不同大小、而且像素极低的红外线图像拼合成一整幅图像（elevation image plan），方便工程人员规划维修细节。

除此之外，Wallace的团队还引入了电子敲锤勘察系统，以代替原先的全人手敲锤勘察方法。通过分析敲锤的声音，这套电子敲锤勘察系统能够分辨出外墙饰面有剥落风险的位置和范围。

而在进行电子敲锤勘察前，团队需要按工程的实际需要制定一些准则，例如敲锤的灵敏度、墙砖的材质、以及敲击的力量及密度，这样勘察所得出的数据才会变得有意义，「否则，准则设置得太严谨的话，整栋大楼看上去都好像很有问题。」Wallace说。

团队认为，传统红外线探测加上热成像图像处理技术，再以电子敲锤勘察，能为工程带来最准确的勘察效果。

在进行电子敲锤勘察前，团队需要为敲锤制定一些准则。目前，这项工程将勘察到混凝土和墙砖之间存在3毫米空隙的位置判定为具有剥落风险。

先实验后落实

目前，红外线探测外墙勘察技术属于香港实验所认可计划（HOKLAS）下的认证范围¹。然而，作为一所研究机构，理大希望藉此机会为相关新技术于校园里进行实地考证。

为此，团队于理大校园内的文康大楼南面外墙进行了实验。

实验共分为4组，分别为：

1）由检测公司只使用传统红外线探测外墙。
2）使用上述红外线探测外墙数据，再配以LSGI的热成像图像处理技术来修正效果。
3）由HOKLAS的认可检测公司只使用传统全人手敲锤勘察。
4）由HOKLAS的认可检测公司只使用电子敲锤勘察。

各组先完成勘察工序，然后由团队将第四组检测报告所发现有问题的20个位置的墙砖及底材切割清走，以验证墙砖/底材与混凝土墙身是否存在空鼓现象，并将之与各组的勘察结果比较，以找出各自的准确度。实际的空鼓并有剥落风险的位置共有20处。

勘察结果为：

方法 1）只找出2处空鼓的位置；
方法 2）找到6处，其余14处空鼓的位置受环境因素影响而未能成功找出；
方法 3）找到17处；而
方法 4）共找到20处，即找到了所有空鼓的位置，结果令人鼓舞。

在成本方面，若以1,000平方米计算，传统人手敲锤勘察的费用为港币25,000元，而电子敲锤勘察则需要港币120,000元。面对如此巨大的成本差异，CFSO的高级物业管理经理（技术支援3）戚子翔认为理大校园的人口密度高，外墙安全是首要考虑因素，因此勘察的准确度比一切都重要。

「如果我们仅考虑成本而只采用传统人手敲锤勘察，他日发生意外时我们将会对先前的检查结果准确度存疑，可能需要全面搭建工作棚架及重新检查，到时更加费时失事，也会影响很多教学活动。」他道。

因为新技术的引入以及对安全的重视，CFSO凭这项工程夺得PolyU Occupational Safety and Health Excellence Award 2023的金奖。理大亦凭这项「防止楼宇外墙瓷砖剥落的预防维修保养计划」荣获第二十二届香港职业安全健康大奖—职安健改善项目大奖铜奖。

各组完成勘察工序后，团队将发现有问题的位置的墙砖及底材切割清走，以检查验证各组的勘察准确度。

Wallace向工程人员示范如何操作电子敲锤勘察设备。

使用红外线探测技术，再配以热成像图像处理技术所勘察得出空鼓的位置。

采用了方法4 — 利用传统红外线先探测外墙，配以热成像图像处理技术来修正效果，再用传统人手敲锤配合电子敲锤加以勘察，最终准确地找出所有空鼓的位置。

通过红外线探测技术，再以热成像图像处理技术校正图片，便能通过深浅颜色，找出理大校园内各大楼具有不同程度剥落风险的外墙部分。

3D勘察图助理大地下暗渠工程提升效率

除了外墙维修工程合约之外，目前，CFSO的另一项工程 — 铺设新地下水管系统也正筹备得如火如荼，LSGI的团队也在此项目中担任勘察技术及规格顾问。

基于环保原因，理大希望将目前的淡水冲厕系统改成海水冲厕系统，并于地下铺设新的水管系统，以从水务署供水点引导海水进入校园。由于育才道路面交通繁忙，已经建成的地下管道设施和电缆电讯网络错综复杂，理大采用了电磁感应测量科技来进行地底勘察，并通过地理信息系统技术（GIS）以及应用建筑信息模拟技术（BIM）制作出3D图像。

这些数字化的3D图像能清楚显示目前地下管线的大量信息，包括地下喉管及电缆的位置、方向、材料，甚至各设施的大致深度。相比以往用制图软件CAD绘制的施工平面图，这些大量的额外信息有助于工程规划、财政预算分配和提高施工效率，同时降低工程风险。

「以前，由于只能边做边挖掘路面来勘察，施工人员无法准确掌握地下管道情况及设施深度，因此难免会凿破水管和电缆。」Wallace说。将这些信息纳入招标文件里，甚至能让投标者作出更准确的报价。

Wallace联同其研究团队的博士研究生余建恩和LSGI的科学主任韩瑶利用GIS以及BIM，成功为理大校园绘制出3D图像，从中找出地下喉管和电缆的位置。

从图片上看到，数字化3D图像能清楚显示横跨整个校园、错综复杂的地下管线网络，有助于提升规划和施工效率，降低工程出错的机会，让理大将海水引导至校园内的冲厕系统。

大量信息包括地下喉管及电缆的位置、方向、材料，甚至各设施的大致深度，一目了然。

科技、招标规格及认证缺一不可

虽然这些崭新的勘察技术能提高施工的效率和安全性，但如果缺乏一个统一的测量规范，会导致业界所勘察出来的结果不一致，而测量方法各异也会导致测量质量参差不齐。

Wallace除了应香港混凝土学会邀请，修订目前香港业界采用的楼宇外墙的标准检测规格（HKCI TM 1: Issue 2: 2022）²外，他还应政府邀请，在一个创新科技基金项目的支持下，领导制定有关地下管线非破坏性检测及测量（NDTSID-UU）³的业界规范。这个规范还为勘察设备、校正及流程建立了一个规范化框架及资历架构。

他一直与香港认可处及其他相关政府工程部门和咨询公司合作，希望业界在招标文件中采用这套统一的勘察规范，并推动业界根据香港认可处的规格进行人机物法环的资历认证⁴。

「2018至2021年间，这些规范透过9次会议广泛向超过50名政府和业界资深领袖征求意见，并根据实际情况以及当前技术而制订，具有客观和相当代表性，能够列入现行政府的认证架构，而部分规范不单在香港的相关工程及测量中应用，世界各地如新加坡亦采用到这些规范。」Wallace说。

目前，这些标准和规范已被纳入理大的两份工程招标文件内，让理大能够预先识别出具有相关资历的工程公司；已获认证的投标公司也因此增加了竞争力，从长远来看，这有助于提升业界的发展效率。

Wallace认为，理大将这些规范和要求视为招标准则，能推动业界跟随，并为业界提供了一个典范，「无论是科技的验证和应用、招标文件的制订、施工管理以及我与业界就规范及认证方面的互动，这些宝贵的经验都能成为我在理大的教学材料，实现教研相长，回馈下一代。」

科技实证和认可实验室为本的招标流程及成功模式

Wallace认为招标流程及细节的定位对于工程的成功落实也非常重要。

目前，业界不少外墙和地下管线的勘察测量工作都是以工程外包的形式进行，并以总价合约形式付予承建商单一总价（lump sum contract），由承建商自行分配工序的开支。有不少承建商为了扩大利润，将部分勘察测量的成本降低，导致工程质量下降。

另外，将勘察与施工部分交予同一间工程公司，亦会令监察难以实行。以外墙维修工程为例，「勘察过程中外墙健康状态是一个问题，而承建商能否如实反映所有勘察到的空鼓位置是另一个问题，因为空鼓位置的多少会直接影响工程的开支，从而间接影响承建商的利润。」

对此，理大采用了按数量付款机制（measurement contract），即订立暂定工量，按照这些暂定工量估算维修工程的金额，以确保招标内容的公平性。另外，勘察工作皆由理大内部安排进行。「我们明白业界未必有相关的技术进行勘察，强行将其加到招标文件内，只会令承建商望而却步，或提出不合理的高报价。」Wallace接着说，「理大本身是研发机构，CFSO有大量人才能够胜任这个工序。」

不过，他也相信相关工序交由业界进行指日可待，「技术转移是我们大学的责任，而将技术转移到商业世界后令其能延续下去却是我们更要关心的课题。」