摘要：既有建筑外墙保温系统的安全性、耐久性、功能性会随着时间的推移逐渐降低，不但会造成能源损失，也会威胁到人民的生命财产安全。只有制定科学的评价方法，才能实现对安全因素的预防和干预，从而降低损失。本文通过查阅文献、咨询专家和实地研究，使用层次分析法对既有建筑外墙保温系统各性能赋权重值和扣分值，通过计算总扣分值得出等级和评价结果，并给出处理建议。结果表明：层次分析法适用性好、分类具体，能得到更加系统、全面和准确的评价结果。
 
关键词：既有建筑；外墙保温系统；层次分析法
 

Research and application of eva1uation method of existing building exterior insulation system

 
Abstract：The safety, durability, and functionality of existing buildings exterior wall insulation systems will gradually decrease over time. This can result in a loss of energy. It also threatens people's lives and property. The prevention and intervention of safety factors can be realized only by establishing scientific eva1uation methods. Thereby reducing losses. This paper was based on literature review, consulting experts and field research. The analytic hierarchy process (AHP) was used to assign weight value and deduction value for each performance of the existing exterior wall insulation system. By calculating the total deduction points, the grade and eva1uation result of the building can be obtained. And gave the treatment suggestions. The results showed: AHP has good applicability and specific classification. More systematic, comprehensive and accurate eva1uation results can be obtained.
 
Key words: Existing buildings; Exterior wall insulation system; Analytic hierarchy process
 
项目来源：既有建筑外墙保温系统综合评价方法研究与应用，2020ZD76

1. 引言

      据统计，我国每年有超过4亿吨的标准煤被用于建筑行业^[1]，并且随着行业的飞速发展该能耗也在不断增大，导致我国能源需求的负担越来越大。如果对这种局面的持续发展不加以控制，必定会造成未来能源短缺的严重后果。研究得出，在围护结构中，建筑外墙的能耗占据比例约为三分之一^[2]，因此，要想控制住建筑行业的能源需求，从根本上减少建筑外墙的能耗是最基础、最有用的手段之一。为了达到这个目标，国家陆续出台了相关的政策和法规。
      对于新建建筑，严格执行国家最新标准和政策便能达到控制能耗的目的。那么，既有建筑的能耗该怎么评价和控制呢？在对既有建筑外墙保温系统的研究中发现，除了系统功能性之外，其安全性和耐久性也是极为重要的━━既有建筑外墙保温系统的安全性和耐久性是保证其系统功能性正常运行的前提条件。
在施工或者使用的过程中，各种不当操作均可能导致既有建筑外墙保温系统出现质量问题，包括脱落、渗水、裂缝等等，导致安全性和耐久性降低，从而严重影响了其功能性和使用寿命。因此，如何在破坏发生前评价并控制外墙保温系统的相关性能是一项非常重要且有意义的研究。

2. 既有建筑外墙保温系统的评价内容

       外墙保温系统是由保温层、保护层和固定材料（胶黏剂、锚固件等）构成的非承重保温构造^[3]，它的主要性能有连接安全性、耐久性、功能性等等。连接安全性涉及到材料的粘结性能和锚固性能，它直接关系到居民的生命财产安全，应该受到严格的监督和控制。影响材料粘结性能的主要因素有两个：一个是材料的质量问题，另一个是现场工人施工操作的规范性问题。如果所使用的材料质量不好、性能低，或者工人现场施工时操作不当，均会导致材料粘结性能差，从而导致外墙保温系统的连接安全性降低。影响锚固性能的主要因素是锚固件的数量，单位面积内锚固件数量过少的话，锚固力小，也会导致外墙保温系统的连接安全性能差。
另一方面，由于建筑外墙长期接触外界，直接暴露于空气中，受到自然环境的侵蚀以及人为的破坏，逐渐产生裂缝、起皮空鼓、渗水、发霉等问题（如图1所示），导致其耐久性逐渐降低。 
      由此可见，对于既有建筑外墙保温系统来说，保证其功能性持续发挥作用的前提，就是及早发现其连接安全性和耐久性问题并加以评估控制，及时作出评价并采取相应措施。

3. 既有建筑外墙保温系统的评价方法

      既有建筑的评价方法与新建建筑的验收方法有所不同，除了材料性能和施工质量之外，我们还需要考虑到既有建筑的使用年限、使用环境和住户的使用方法等等可能影响其性能的任何因素。
      由于既有建筑外墙保温系统的复杂性，研究者们结合统计学等多门学科，欲对其性能作出更加准确的定量分析。基于指标体系统计样本学习并进行综合评价的典型代表方法是人工神经网络算法、支持向量机算法（support vector machines，SVM法）等^[4]。前者适用于样本数据量较大的情况，后者适用于样本数据量较小的情况。由于影响既有建筑外墙保温系统性能的因素多且难以进行定量分析，对其评价便成为了一种非线性问题，想要解决这一问题，就需要使用SVM这样一种非线性分类器。在使用SVM评价的过程当中，可以将既有建筑外墙保温系统的指标分为两级，然后通过咨询专家、使用spss软件(统计产品与服务解决方案)对各指标进行筛选，经过统计计算确定它们的权重值，从而达到评价的效果。
      加权灰色关联度法的评价方法与上面所述的SVM法有类似的地方：都需要请专家评分然后计算权重值。但是两者对外墙保温系统的指标分类有所不同，加权灰色关联度法的分类更加细致、具体^[5]。另一方面，两者权重占比最大的参数也不同━━SVM法中权重占比最大的是防火性能，即安全性，加权灰色关联度法权重占比最大的是导热系数，即功能性。
      由于既有建筑外墙保温系统的评价指标非常多，并且没有特别严格明确的计算方法，因此需要划分指标与指标之间的重要程度，然后运用层次分析法对不同重要层次的指标建立判断矩阵，确定其权重值，再由专家独立地判断出各指标属于哪个等级，最后运用模糊统计的方法，对各个指标进行综合考虑来达到科学评价的目的。这便是便是层次分析━━模糊综合评判法（AHP-Fuzzy），在此方法中，灵活建立适当的外墙保温体系层次结构图是关键，它可以将我们需要评价的指标清晰地呈现出来，如图2所示。 
      各地针对既有建筑外墙保温系统的性能评价也出台了相应的标准和规程，规范了评价方法和评价体系。比如DGJ32/TJ 98规范了使用钻芯法对外墙保温系统的构造进行检验，CECS204:2006、JGJ/T 277-2012介绍了饰面层粘结质量的红外热像检测法等等。标准是科技和经验结合的成果，根据标准来进行评价受主观因素影响小。
在既有建筑外墙保温系统的性能评价中，层次分析法应用广泛。可用于相变外墙保温系统的适用性评价^[7]，也可将其与其他模型结合使用，比如全寿命期成本的计算模型^[8]，此外，还可用于严寒地区外墙保温施工方法的选择^[9-10]。本文经过查阅大量的文献、咨询专家、走访工地、实施检测等手段，经过大量的排查和鉴定，使用层次分析法层层递进，从安全性能、耐久性能、功能性几方面为既有建筑外墙保温系统的评价鉴定作出详细的说明，为规范既有建筑外墙保温系统的性能评价鉴定奠定了理论基础。

4. 工程应用

      某项目位于苏州市，建筑结构安全等级为二级，承重墙采用粘土多孔砖，外墙保温材料选用的是复合材料保温板。
4.1 安全性能鉴定
      在既有建筑外墙保温系统当中，保温材料的质量直接影响到外墙的连接安全性。根据相关标准及规程中的规定，保温系统材料抗拉强度不应小于0.2 MPa。按照要求的取样方法，对该项目随机选取三处外墙，每处外墙取2个检测点，总共6个检测点，该项目复合材料保温板的抗拉强度检测结果为：0.15 MPa、0.15 MPa，0.15 MPa、0.15 MPa，0.15 MPa、0.15 MPa。因此，该项目外墙所用建筑保温材料（纤维增强复合保温板）的抗拉强度检测结果不满足技术规程的要求，且不合格率为100%。
      同时，现场对本项目一标段2#楼外墙保温层进行局部开凿，因现场无法对钢丝网的热镀锌、电焊做法进行鉴定，故鉴定外墙保温层中抹面层是否采用钢丝网。每层随机抽取2处墙面，五层的现场鉴定图片如图3所示，鉴定结果见表1所示。 

序号	检测部位	检查项目	检查结果及现状
1	五层墙J×30～32	抹面层是否存在钢丝网	抹面层可见钢丝断面；钢丝锈蚀
2	五楼层墙9×F～J		抹面层可见钢丝网；钢丝锈蚀
3	四层墙J×9～11		抹面层可见钢丝网；钢丝锈蚀
4	四层墙J×5～7		抹面层可见明显锈蚀痕迹
5	三层墙J×9～11		抹面层可见明显锈蚀痕迹
6	三层墙J×5～7		抹面层可见钢丝断面；钢丝锈蚀
7	二层墙J×9～11		抹面层可见钢丝网；钢丝锈蚀
8	二层墙J×5～7		抹面层可见钢丝断面；钢丝锈蚀
9	一层墙32×F～J		抹面层可见钢丝断面
10	一层墙7×F～J		抹面层可见钢丝网；钢丝锈蚀

 
      由表1可知，该项目一标段2#楼所检测的10处墙体墙面外保温层中抹面层存在钢丝断面、钢丝网或锈蚀痕迹，但同时也说明，该项目所检的10处墙体墙面外保温层中抹面层均使用了钢丝网作为增强网，满足设计图纸与技术规程的要求。
      除了饰面层的质量之外，锚固件及其数量对外墙保温系统的安全性也起到了至关重要的作用。现场对该项目2#楼外墙保温层进行局部开凿，铲除墙面饰面层、抹面层及保温板，露出墙面锚固件，如图4所示。对一层、二层各随机抽取2处墙面并凿除不小于5m²的外墙面，锚固件数量的检测结果如表2所示。由表可知，一层39×B～C轴墙体、二层2×B～C轴墙体所检区域内每平方米平均锚固件数量小于6个，未达到技术规程中的数量要求，不合格率为50%。 

序号	检测部位		局部凿除面积（m2）	所检区域内锚栓数量（个）
				总数	每平方米平均值
1	一层墙39×B～C	东侧外墙面	5.10	25	4.8
2	一层墙1×C～G	西侧外墙面	5.17	33	6.4
3	二层墙39×B～C	东侧外墙面	5.78	35	6.1
4	二层墙2×B～C	西侧外墙面	5.08	27	5.3

 
4.2 功能性鉴定
      保温隔热材料的厚度越厚，通过围护结构传递的热量越少，建筑冷热负荷就越小，但是投成本越高。当保温材料的厚度达到一定程度后，再增加厚度则没有太大的意义。根据技术规程，对该项目的2#楼进行钻芯取样，检测其保温层厚度，如图5所示。2#楼共取3个检测部位，每个部位钻2个芯，均匀分布在建筑各面墙上且兼顾不同朝向，该项目保温层的设计厚度是20.0 mm，实测结果见表3。根据技术规程所述“实测芯样厚度的平均值不小于设计厚度的95%；实测芯样厚度的最小值不小于设计厚度的90%”可知，该项目保温层厚度检测部位均合格，不合格率为0%。 

编号	1	2	1	2	1	2
实测值/mm	20.0	20.0	20.0	20.0	20.0	20.0
平均值/mm	20.0		20.0		20.0
最小值/mm	20.0

 
墙体传热系数是重要的围护结构热工性能参数，极大地影响着建筑能耗水平和室内舒适性。传热系数的现场检测如图6所示。该工程传热系数取样共取5个部位：2个屋面、3个墙体，屋面传热阻的设计要求为≥2.11（㎡·K）/W，外墙传热阻的设计要求为≥1.68（㎡·K）/W。根据表4中传热系数的检测结果发现，所检部位均满足设计要求，不合格率为0%。 
 

部位	屋面		墙体
	5层E-H×2-3轴屋面	5层E-H×15-16轴屋面	5层E-G×16轴东墙	5层E-G×2轴西墙	4层E-G×2轴西墙
传热阻（㎡·K）/W	2.613	2.619	1.785	1.791	1.782
传热系数W/（㎡·K）	0.383	0.382	0.560	0.558	0.561

 
4.3 耐久性能鉴定
      既有建筑外墙的空鼓和渗漏主要采用红外热像法进行全数检测，将红外热像仪作为基本工具，对建筑外墙的热流变化和热量进行测定。红外热像仪宜选用8μm~14μm波段的长波机，检测精度宜在±0.5%满量程以内。当墙体出现空鼓或者渗漏的时候，会干扰建筑保温材料的保温性能、诱发建筑能耗增加等，该处的热量会不同于正常部位，从而在红外热像图中显示出来。检测结果见表5。由表可知，该项目2#楼的红外热像图显示，该建筑外墙完好，空鼓和渗漏情况少，所占面积小，且无单块面积大于0.5 m²的空鼓，空鼓和渗漏的不合格率均不大于10%。4.4 评价结果计算
     根据以上鉴定结果得到，该工程2#楼外墙保温系统的粘结强度不合格率为100%、单位面积锚栓数量不合格率为50%、传热系数和保温层厚度的不合格率均为0%、空鼓和渗漏的不合格率均不大于10%。各指标的权重值和扣分值分别见表4、表7，根据公式（1），可计算出总扣分值Va，再根据表8给出最终评价等级和处理建议。最终评价结果见表9。
 

Ⅰ级指标		Ⅱ级指标
指标	权重值w1	指标	占Ⅰ级指标的权重值w2
安全性	0.45	粘结强度	0.3
		单位面积锚栓数量	0.2
		锚栓抗拉承载力	0.2
		防火性能	0.3
耐久性	0.26	空鼓	0.4
		渗漏	0.6
功能性	0.29	传热系数	0.4
		保温层厚度	0.6

 
 

不合格占比/% 指标	粘结强度	单位面积锚栓数量	锚栓抗拉承载力	防火性能	空鼓	渗漏	传热系数	保温层厚度
0	0				0
(0,10]	10				10
(10,20]	20				20
(20,30]	40				30
(30,40]	60				40
(40,50]	80				50
(50,60]	100				60
(60,70]	100				70
(70,80]	100				80
(80,90]	100				90
(90,100]	100				100

 
 
总扣分值Va的计算公式如式1：其中：
Va：总扣分值；
v_i：第i个Ⅱ级指标的扣分值；
w_1i：第i个Ⅰ级指标的权重值；
W_2i：第i个Ⅱ级指标占Ⅰ级指标的权重值；
 

Va	等级	评价结果	处理建议
[0,10)	A	优	无需处理，加强监测
[10,25)	B	良	针对缺陷进行修缮
[25,50)	C	合格	修缮并重点关注，对可控的影响因素进行控制
[50,100]	D	不合格	大范围大力度修缮或拆除

 

指标	不合格率/%	单项扣分值	总扣分值Va	等级/评价结果	处理建议
粘结强度	100	13.5	23.3	B/良	针对缺陷进行修缮
单位面积锚栓数量	50	7.2
锚栓抗拉承载力	0	0
防火性能	0	0
空鼓	＜10	1.04
渗漏	＜10	1.56
传热系数	0	0
保温层厚度	0	0

 
      综上所述，通过对所检地块2#楼的外墙保温系统综合性能鉴定，得出以下结论：所用建筑保温材料（纤维增强复合保温板）的抗拉强度检验结果不满足设计图纸与技术规程的要求；所检区域内发现两个抽样点的每平方米平均锚固件数量小于6个，未达到标准要求；墙体墙面外保温层中抹面层使用钢丝网作为增强网、楼防火隔离带的放置符合标准要求。本项目2#楼总扣分值为23.3分，等级为B，评价结果为良，需要针对缺陷进行修缮。

5. 结语

      关于既有建筑外墙保温系统综合性能评价方法的研究，有助于及时掌握该系统缺陷的动态变化、提高其缺陷防治成效。
      使用层次分析法来进行评价时，借助专家丰富的经验帮助，可以根据不同地区的实际情况对各性能指标进行详细划分，进一步更加准确地赋予权重值和扣分值。
      层次分析法能较好地应用于大部分既有建筑外墙保温系统，可以全面地、系统地对其综合性能进行统一评价，有利于扭转我们处理既有建筑外墙保温系统发生缺陷事故时的被动状态，进而转变为预见型主动处理，减少损失，保护人民的生命财产安全。