理大創新紅磚外牆修葺技術監管思維改進業界常規

紅磚建築是香港理工大學（理大）的著名校園特色之一，惟校園建成多年，需要不斷維修保養才能確保大樓外牆安全。

為此，理大在每年的定期檢查以外，撥出了一筆款項為整個校園的大樓進行全面外牆檢查及適時維修，以防止外牆牆磚因老化而剝落。

以往由於受到工程技術所限，工程人員會先利用紅外線儀器遠距離探測外牆，以得悉牆磚有鬆脫風險的概括位置，然後再以人手逐片牆磚敲擊來驗證。這種做法十分依賴工程人員的經驗和個人判斷力，而且業界並未有統一的證認資歷架構。

理大認為，基於校園的人口密度和使用率，在考慮財政負擔以外，理大需要的是更精準及嚴謹的探測和驗證方法，以保障學生，教職員和校園使用者的安全，而單靠傳統的外牆勘察方法並未如理想。

智能軟件配搭傳統做法大幅提升勘察準確度

Wallace（中）與CFSO的高級物業管理經理戚子翔（左）及技術經理張文傑（右）於LSGI的實驗室內合照。

香港大廈林立，要在狹窄的街道中為大廈外牆作遠距離紅外線勘察甚具難度。當中，測量技巧和角度，都會影響結果的準確度。

為了解決這個問題，理大設施及可持續校園處（CFSO）邀請了土地測量及地理資訊學系（LSGI）的副教授和副系主任（教學）賴緯樂博士工程師Wallace擔任了這項預防維修保養工程檢測部分的技術顧問，聯同其研究團隊的博士研究生趙善柔及博士後研究員岑鳳珠，應用了其研究團隊所研發的熱成像影像處理技術（Infrared Image Analysis Software）。只需輸入拍攝距離及紅外線熱成像相機的可視範圍，相關技術系統便會將原本拍攝未如理想的紅外線圖像角度校正，再根據牆身實際溫度調整熱成像色調，便能透過圖片上的深淺顏色，找出具有不同程度剝落風險的外牆部份。

這套系統還配備影像拼接技術（Image Stitching），能將不同大小、而且像素極低的紅外線圖像拼合成一整幅圖像（elevation image plan），方便工程人員進行規劃維修細節。

除此之外，Wallace的團隊還引入了電子敲鎚勘察系統，以代替原先的全人手敲鎚勘察方法。透過分析敲鎚的聲音，這套電子敲鎚勘察系統能夠分辨出外牆飾面有剝落風險的位置和範圍。

而在進行電子敲鎚勘察前，團隊需要按工程的實際需要制定一些準則，例如敲鎚的靈敏度、牆磚的材質，以及敲擊的力量及密度，這樣勘察所得出的數據才會變得有意義，「否則，準則設置得太嚴謹的話，整棟大樓看上去都好像很有問題。」Wallace說。

團隊認為，傳統紅外線探測加上熱成像影像處理技術，再以電子敲鎚勘察，能為工程帶來最準確的勘察效果。

進行電子敲鎚勘察前，團隊需要為敲鎚制定一些準則。目前，這項工程將勘察到混凝土和牆磚之間存在3毫米空隙的位置訂為具有剝落風險。

先實驗後落實

現時，紅外線探測外牆勘察技術屬於香港實驗所認可計劃（HOKLAS）下的認證範圍¹。然而，作為一所研究機構，理大希望藉此機會為相關新技術於校園内進行實地考證。

為此，團隊於理大校園內的文康大樓南面外牆進行了實驗。

實驗共分為4組，分別為：

1）由檢測公司只使用傳統紅外線探測外牆。
2）使用上述紅外線探測外牆資料，再配以LSGI的熱成像影像處理技術來修正效果。
3）由HOKLAS的認可檢測公司只使用傳統全人手敲鎚勘察。
4）由HOKLAS的認可檢測公司只使用電子敲鎚勘察。

各組先完成勘察工序，然後由團隊將第四組檢測報告所發現有問題的20個位置的牆磚及底材切割清走，以驗證牆磚/底材與混凝土牆身是否存在空鼓現象，並將之與各組的勘察結果比較，以找出各自的準繩度。實際的空鼓並有剝落風險的位置共有20處。

勘察結果為：

方法 1）只找出 2 處空鼓的位置；
方法 2）找到 6 處，其餘 14 處空鼓的位置受環境因素影響而未能成功找出；
方法 3）找到 17 處；而
方法 4）共找到 20 處，亦即發現到所有空鼓的位置，結果令人鼓舞。

在成本方面，若以1,000平方米計算，傳統人手敲鎚勘察的費用為港幣25,000元，而電子敲鎚勘察則需要港幣120,000元。面對如此巨大的成本差異，CFSO的高級物業管理經理（技術支援3）戚子翔認為理大校園的人口密度高，外牆安全是首要考慮因素，因此勘察的準繩度比一切都重要。

「若果我們僅考慮成本而只採用傳統人手敲鎚勘察，他日發生意外時我們將會對先前的檢查結果準繩度存疑，可能需要全面搭建工作棚架及重新檢查，屆時更加費時失事，亦會影響很多教學活動。」他道。

因為新技術的引入以及對安全的重視，CFSO憑這項工程奪得PolyU Occupational Safety and Health Excellence Award 2023的金獎。理大亦憑這項「防止樓宇外牆瓷磚剝落的預防維修保養計劃」榮獲第二十二屆香港職業安全健康大獎 – 職安健改善項目大獎銅獎。

各組完成勘察工序後，團隊將發現有問題的位置的牆磚及底材切割清走，以檢證各組的勘察準確度。

Wallace向工程人員示範如何操作電子敲鎚勘察設備。

使用紅外線探測技術，再配以熱成像影像處理技術所勘察得出空鼓的位置。

採用了方法4 — 利用傳統紅外線先探測外牆，配以熱成像影像處理技術來修正效果，再用傳統人手敲鎚配合電子敲鎚加以勘察，最終準確地找出所有空鼓的位置。

透過紅外線探測技術，再以熱成像影像處理技術校正圖片，便能透過深淺顏色，找出理大校園內各大樓具有不同程度剝落風險的外牆部份。

3D勘察圖助理大地下暗渠工程提升效率

除了外牆維修工程合約之外，現時CFSO的另一項工程 — 鋪設新地下水管系統亦正籌備得如火如荼，而LSGI的團隊亦同為此項目擔任勘察技術及規格顧問。

基於環保原因，理大希望將現時的淡水沖廁系統改以海水沖廁，並於地下鋪設新的水管系統，由水務署供水點引導海水進入校園。由於育才道路面交通繁忙，而已經建成的地下管道設施和電纜電訊網絡錯綜複雜，理大採用了電磁感應測量科技為地底進行了勘察，並透過地理信息系统技術（GIS）以及應用建築信息模擬技術（BIM）製作出3D圖像。

這些數碼化的3D圖像能清楚顯示現時地下管線的大量資訊，包括地下喉管及電纜的位置、方向、物料，甚至各設施的大概深度。相比以往用製圖軟件CAD繪製的施工平面圖，大量的額外資訊有助提升工程的規劃、財政預算分配和施工效率，同時降低工程的出錯機會。

「以往只能邊做邊掘開路面來勘察，施工人員無法掌握準確的地下管道情況及設施深度，難免會鑿破水管和電纜。」Wallace說。將這些資訊加入招標文件裡，甚至能讓投標者作更準確的報價。

Wallace聯同其研究團隊的博士研究生余建恩及LSGI的科學主任韓瑤利用GIS以及BIM，成功為理大校園繪畫出3D圖像，從中找出地下管道設施和電纜的位置。

從圖片可見，數碼化3D圖像能清楚顯示橫跨整個校園、錯綜複雜的地下管線網絡，有助提升規劃和施工效率，降低工程出錯機會，讓理大得以將海水引導至校園內的沖廁系統。

大量資訊包括地下喉管及電纜的位置、方向、物料，甚至各設施的大概深度，皆一目了然。

科技、招標規格及認證缺一不可

雖然這些嶄新的勘察技術能提高施工的效率和安全性，但若然欠缺一個統一的測量規範，會令業界所勘察出來的結果不一，而測量的執行手法各異亦會導致測量的質素參差不齊。

Wallace除了獲香港混凝土學會邀請，修訂目前香港業界採用的樓宇外牆的標準檢測規格（HKCI TM 1: Issue 2: 2022）²外，他亦應政府邀請，並在一個創新科技基金項目的支持下，主導訂立有關地下管線非破壞性檢測及測量（NDTSID-UU）³的業界規範。當中為使用的勘察設備、校正及流程建立一個規範化的框架及資歷架構。

就此，他一直與香港認可處及其他相關政府工程部門和顧問公司合作，希望業界在招標文件上採用這套統一的勘察規範，並推動業界根據香港認可處的規格進行人機物法環的資歷認證⁴。

「在2018至2021年間，這些規範經過9次會議廣泛咨詢政府及業界超過50名資深領袖，並根據實際情況及當前技術而制訂，客觀且具相當代表性，能夠列入現行政府的認證架構中，而部份規範不單止在香港的相關工程及測量中採用，世界各地如新加坡亦採用到這些規範。」Wallace說。

目前，這些標準和規範已被納入理大的兩份工程招標文件內，讓理大可預先識別出具相關資歷的工程公司；已獲認證的投標公司亦因此增加了競爭力，長遠還有助提升業界的發展效率。

Wallace認為，理大將這些規範和要求視為招標準則，能推動業界跟隨，並為業界提供了一個模範作用，「無論是科技的驗證和應用、招標文件的制訂、施工管理以及我與業界就規範及認證方面的互動，這些寶貴的經驗都能成為我在理大的教學材料，實現教研相長，回饋下一代。」

科技實證和認可實驗室為本的招標流程及成功模式

對於工程落實成功，Wallace認為招標流程及細節的定位亦非常重要。

現時業界不少外牆和地下管線的勘察測量工作都是以工程外判形式進行，並以總價合約形式付予承建商單一總價（lump sum contract），由承建商自行分配工序的開支。有不少承建商為了擴大利潤，將部份勘察測量的成本降低，導致工程質素下降。

另外，將勘察與施工部份判予同一間工程公司，亦會令監察難以實行。以外牆維修工程為例，「勘察過程中外牆健康狀態是一個問題，而承建商能否如實反映所有勘察到的空鼓位置是另一個問題，因為空鼓位置的多寡會直接影響工程的開支，間接影響承建商的利潤。」

對此，理大採用了按量數付款機制（measurement contract），即訂立暫定工量，按暫定工量估算維修工程的金額，確保招標內容的公平性。另外，勘察部份皆由理大內部安排進行。「我們明白業界未必有相關的技術進行勘察，強行將之加到招標文件內，只會令承建商卻步，或報價價錢不合理地高。」Wallace接著說，「理大本身是研發機構，CFSO有大量人材能夠勝任這個工序。」

不過，他相信相關工序由業界執行是指日可待的，「技術轉移是我們大學的責任，而將技術轉移到商業世界後令其能延續下去卻是我們更要關心的課題。」