徐洪濤,肖緒文,盧海陸,朱志遠(yuǎn),張 勇,劉 星,朱 彤,周 輝,霍倩男

(1.中國建筑股份有限公司技術(shù)中心,北京 101300; 2.中國建筑股份有限公司,北京 100030;3.中國建筑第七工程局有限公司,河南 鄭州 450004; 4.中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)蘇州有限公司,江蘇 蘇州 215008; 5.中國建筑防水協(xié)會(huì),北京 100055; 6.中國建筑土木建設(shè)有限公司,北京 100073)

0 引言

我國地域廣闊,氣候區(qū)劃分復(fù)雜,防水類型多樣,產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大。防水行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展,對(duì)材料性能較重視[1],而工程領(lǐng)域則以經(jīng)驗(yàn)為主[2],兩者的銜接并不理想[1],工程防水理論還需完善。

張文華等[3]針對(duì)屋面防水設(shè)計(jì),指出首先需確定防水等級(jí),提出設(shè)防要求,防水構(gòu)造應(yīng)根據(jù)材料特點(diǎn)、相容性、施工可行性等因素優(yōu)化。喻學(xué)斌[4]對(duì)防水工程、防水系統(tǒng)等概念進(jìn)行辨析,從工程層面指出需依據(jù)的環(huán)境、建筑形式,正確選擇防水材料,制定合理的構(gòu)造,達(dá)到防水目的,以保證建筑功能和壽命。張英等[5]建議地下工程防水等級(jí)考慮地下水情況。易舉[6]用系統(tǒng)工程理論剖析了工程防水質(zhì)量,將防水系統(tǒng)的組成要素、要素的關(guān)聯(lián)和層次、工程目的、影響因素進(jìn)行了區(qū)分,從整體性、關(guān)聯(lián)性、綜合性、目的性分析材料、設(shè)計(jì)、施工與管理。張勇[1]對(duì)比了中外工程防水標(biāo)準(zhǔn),建議提高標(biāo)準(zhǔn)要求,從等級(jí)劃分、使用年限等基本要素入手,以防水功能為目標(biāo),將可靠度、耐久性作為性能評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。張水添[7]也提出類似的觀點(diǎn),強(qiáng)調(diào)防水有效性與耐久性,根據(jù)工程特點(diǎn)設(shè)置防水等級(jí)。龍新樂[2]通過分析工程防水質(zhì)量問題原因,指出需根據(jù)工程性質(zhì)、使用年限、重要性等因素,綜合確定防水等級(jí)。胡駿[8]通過辨析工程防水機(jī)理,分析多道防水與滲漏率的關(guān)系,提出多道防水層相互彌補(bǔ)缺陷的建議,指出工程防水目標(biāo)可分為防水有效性和防水工作年限兩個(gè)維度。朱志遠(yuǎn)等[9]提出防水系統(tǒng)耐久性和可靠性是關(guān)鍵指標(biāo),需從防水系統(tǒng)、材料、施工過程、施工效果、環(huán)境、使用場(chǎng)合、維護(hù)等方面考慮影響因素,建議通過工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)室模擬得出防水系統(tǒng)耐久性和可靠性評(píng)價(jià)方式。

我國防水領(lǐng)域早期的研究側(cè)重于防水材料、防水系統(tǒng)(waterproofing kits)性能,隨后逐漸關(guān)注影響因素、性能等要素的關(guān)聯(lián),從工程需求出發(fā),思考實(shí)現(xiàn)防水功能的關(guān)鍵因素——可靠度、耐久性等指標(biāo),并探索科學(xué)的評(píng)價(jià)方式。綜上所述,工程防水關(guān)鍵指標(biāo)體系的建立,需理解各類影響因素的作用,指標(biāo)、要素的系統(tǒng)性關(guān)系亟待厘清。

1 研究方法

如果將工程防水作為系統(tǒng)看待,各類指標(biāo)可理解成系統(tǒng)的要素,系統(tǒng)是由相互作用、相互聯(lián)系的要素組成,且具備特定功能的整體,具有整體性、關(guān)聯(lián)性、功能性、動(dòng)態(tài)性和目標(biāo)性[10]。

常規(guī)意義上的“防水系統(tǒng)”可理解成材料、構(gòu)造、技術(shù)等在工程中的集成?！肮こ谭浪?waterproofing engineering)范圍更廣,包括防水材料、系統(tǒng)通過組織活動(dòng)在工程中實(shí)施、使用等一系列過程;在工程活動(dòng)中,需依據(jù)“防水關(guān)鍵指標(biāo)”對(duì)工程計(jì)劃、實(shí)施和結(jié)果提出要求;工程指標(biāo)的屬性須清晰,指標(biāo)間需有明確的邏輯指向性,聯(lián)系各指標(biāo)的要素需具備科學(xué)性,這是形成體系的必備條件[11]。

工程防水關(guān)鍵指標(biāo)體系研究技術(shù)路線如圖1所示。首先以功能性、目標(biāo)性對(duì)防水關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行辨析,包括防水等級(jí)、耐久性、滲漏量、防水失效后果等;然后從關(guān)聯(lián)性分析指標(biāo)的相互關(guān)系,從整體性論述各要素的層次,以可靠度對(duì)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和表征,形成關(guān)鍵指標(biāo)體系;最后結(jié)合實(shí)踐及現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論,得出結(jié)論和建議。

圖1 研究技術(shù)路線

2 研究內(nèi)容

2.1 防水功能

工程防水在其預(yù)期壽命內(nèi),需具備一定的可靠度和經(jīng)濟(jì)性,抵御影響因素的作用,實(shí)現(xiàn)一定的性能或功能[12]。聯(lián)系壽命、功能與外界作用時(shí),一般引入可靠度指標(biāo)[13]。所以,工程防水的功能性可理解為在一定時(shí)間范圍內(nèi),防水系統(tǒng)受影響因素作用后抵抗水分進(jìn)入或抵御水分造成損壞的能力,其包含時(shí)間范疇與性能狀態(tài)[10]。防水有效性的時(shí)間指標(biāo)可用耐久性D(waterproof durability)表達(dá),性能狀態(tài)指標(biāo)可用滲漏量L(waterproof leakage)表達(dá)。

由于系統(tǒng)具有目標(biāo)和結(jié)果二重屬性[10],那么工程防水的功能可分成期望目標(biāo)值與實(shí)際性能,目標(biāo)值可用預(yù)期耐久性DP(waterproof durability of planning)、允許滲漏量LP(waterproof leakage of planning)表達(dá)。在一定時(shí)間范圍內(nèi)所能維持的實(shí)際性能可分別用實(shí)際耐久性DR(waterproof durability of result)、實(shí)際滲漏量LR(waterproof leakage of result)表達(dá)。防水功能的實(shí)現(xiàn),要求實(shí)際值符合目標(biāo)值,且兩個(gè)條件同時(shí)滿足,可表達(dá)為:

DR≥DP

(1)

LR≤LP

(2)

預(yù)期耐久性DP、允許滲漏量LP與工程防水的經(jīng)濟(jì)性、失效后果相關(guān),取決于建筑類型、滲漏敏感程度和影響因素。按照常規(guī)的影響分類方法,失效后果F(waterproof failure influence)可分成經(jīng)濟(jì)FEc(waterproof failure influence of economy)、社會(huì)FSo(waterproof failure influence of society)、環(huán)境影響FEn(waterproof failure influence of environment)[14],3類因素一般可采用定性、定量結(jié)合的方法分析,如層次分析法[15]。預(yù)期耐久性DP、允許滲漏量LP與防水失效后的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境影響的相關(guān)性可表達(dá)為:

(LP,DP)∝(FEc,FSc,FEn)

(3)

2.2 影響因素

防水系統(tǒng)的目標(biāo)、實(shí)際性能均與影響因素I(waterproof influence factor)相關(guān),按照作用方式劃分如下[16-17]。

1)內(nèi)在質(zhì)量影響 防水材料、系統(tǒng)及工程活動(dòng)均存在不確定性,導(dǎo)致缺陷,如材料、設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量不穩(wěn)定。防水材料質(zhì)量缺陷屬于內(nèi)在特征,用II(waterproof influence factor of inherent)表達(dá);構(gòu)造、設(shè)計(jì)缺陷一般體現(xiàn)為防水系統(tǒng)、工程設(shè)計(jì)的不合理,用ID(waterproof influence factor of design)表達(dá);施工質(zhì)量缺陷一般為施工過程中不可避免的誤差、破損等,用IW(waterproof influence factor of work)表達(dá)。

2)環(huán)境影響[18]一般分為物理、化學(xué)和生物作用[19],如溫度、濕度、化學(xué)物質(zhì)等的作用,用IE(waterproof influence factor of environment)表達(dá)。

3)服役過程影響 包含使用狀況與維護(hù)條件,使用狀況影響用IS(waterproof influence factor of service)表達(dá),維護(hù)條件為人為措施對(duì)性能進(jìn)行恢復(fù)或改善,用IM(waterproof influence factor of maintenance)表達(dá)。

影響因素一般為多類元素的組合,可表達(dá)為:

I∈{II,ID,IW,IE,IS,IM}

(4)

實(shí)際耐久性DR、實(shí)際滲漏量LR與影響因素直接相關(guān),可表達(dá)為:

(LR,DR)∝I

(5)

為便于評(píng)價(jià)防水系統(tǒng)性能,影響因素一般可采用典型指標(biāo)設(shè)置等級(jí),如歐洲屋面涂料防水EAD技術(shù)認(rèn)證文件,其按照實(shí)際可能條件對(duì)影響因素進(jìn)行分級(jí)[20],如表1所示。

表1 EAD 030350—00—0402屋面防水影響因素分級(jí)

2.3 防水等級(jí)

2.3.1概念辨析

工程以目標(biāo)存在為前提,包含活動(dòng)全過程和結(jié)果。確定目標(biāo)后,以目標(biāo)為核心的所有相關(guān)要素都存在于工程活動(dòng)中,即主觀地按照一定的程序?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行改造,構(gòu)建新的存在物[21]。結(jié)果需采用性能指標(biāo)評(píng)判,所以,工程防水必然具備目標(biāo)性與功能性[11]。

在目標(biāo)層面,需設(shè)置可定量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則[11],以表征防水有效性。防水等級(jí)劃分的實(shí)質(zhì)是對(duì)特征進(jìn)行量化分級(jí),當(dāng)量化指標(biāo)、特征不充分時(shí),習(xí)慣上以經(jīng)驗(yàn)、定性的方式劃分[22]。同理,在結(jié)果層面,由防水材料、技術(shù)等集成的防水系統(tǒng),為確保其結(jié)果可衡量,需采用指標(biāo)對(duì)防水有效性進(jìn)行評(píng)判,當(dāng)缺乏量化指標(biāo)時(shí),亦習(xí)慣以經(jīng)驗(yàn)分級(jí)[22]。所以,防水等級(jí)(waterproof grade)是為了便于工程制定目標(biāo)、指導(dǎo)并評(píng)判工程的實(shí)施效果,用R表示。

2.3.2屬性辨析

系統(tǒng)可理解為要素及相關(guān)要素的關(guān)聯(lián)[11],工程防水系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景取決于建筑類型,相對(duì)具有客觀屬性,影響因素絕對(duì)客觀存在,防水系統(tǒng)功能需依據(jù)影響因素、應(yīng)用場(chǎng)景確定,并設(shè)定目標(biāo)值,即預(yù)期值耐久性DP和允許滲漏量LP。目標(biāo)值帶有主觀性,是為了便于執(zhí)行的相對(duì)合理值,可用預(yù)期防水等級(jí)RP(waterproof rating of planning)表征,其取決于預(yù)期耐久性DP和允許滲漏量LP:

RP∝(DP,LP)

(6)

防水系統(tǒng)需依據(jù)目標(biāo)和影響因素進(jìn)行設(shè)計(jì),假定其預(yù)期特征,通過試驗(yàn)驗(yàn)證,最后形成存在物。表征防水系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括實(shí)際耐久性DR和滲漏量LR,兩者在實(shí)際工程中很難預(yù)知精確值,采用實(shí)際防水等級(jí)RR(waterproof rating of result)進(jìn)行表征,其取決于實(shí)際滲漏量LR和實(shí)際耐久性DR:

RR∝(DR,LR)

(7)

預(yù)期防水等級(jí)RP對(duì)應(yīng)于防水有效性目標(biāo)值,防水系統(tǒng)作為存在物,實(shí)際防水等級(jí)RR表征了需要具備的防水有效性。防水有效性實(shí)現(xiàn)的前提是實(shí)際值符合目標(biāo)值要求[23],可表達(dá)為:

RR≥RP

(8)

2.3.3表征方式

PR≤PP

(9)

防水等級(jí)直觀,適合工程使用,可采用可靠度分級(jí),以防水失效概率為依據(jù)。防水等級(jí)與防水失效概率的目標(biāo)值、實(shí)際值關(guān)系可表達(dá)為:

RP∝PP

(10)

RR∝PR

(11)

2.4 防水可靠度

若采用防水失效概率P對(duì)防水等級(jí)R與防水功能指標(biāo)耐久性D、滲漏量L進(jìn)行關(guān)聯(lián),則可設(shè)置防水可靠度指標(biāo),用β表示。防水可靠度β沿用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的可靠度指標(biāo)[12-13],依據(jù)環(huán)境、材料與工程的隨機(jī)性、服役狀態(tài)等要素確定,采用分級(jí)的方式表達(dá),防水可靠度β可對(duì)應(yīng)于分級(jí)的預(yù)期防水失效概率PP。

為確保工程活動(dòng)、采取的措施可實(shí)現(xiàn)目標(biāo),可采用防水失效概率作為量化指標(biāo),評(píng)價(jià)實(shí)際防水有效性能否滿足既定的可靠度指標(biāo)。由于工程的不確定性,需設(shè)置一定的容忍度,即安全系數(shù)K,目標(biāo)值與實(shí)際之間的關(guān)系可表達(dá)為:

(12)

該關(guān)系式代表了預(yù)期值與實(shí)際值之間的相對(duì)關(guān)系,安全系數(shù)K代表可靠度指標(biāo)[12]。

2.5 關(guān)鍵指標(biāo)體系

結(jié)合防水功能、影響因素、防水等級(jí)、可靠度的分析,用系統(tǒng)觀看待工程防水,其要素可分成防水系統(tǒng)、應(yīng)用場(chǎng)景、影響因素[23]?；谙到y(tǒng)觀的整體性和關(guān)聯(lián)性[10],可采用防水可靠度將影響因素、應(yīng)用場(chǎng)景、防水功能指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

1)系統(tǒng)要素可概括為3方面:防水系統(tǒng)由材料、構(gòu)造、技術(shù)集成;應(yīng)用場(chǎng)景從屬于建筑;影響因素包含材料、工程的不確定性,環(huán)境及服役過程。

2)基于應(yīng)用場(chǎng)景、防水失效后果和影響因素,可確定防水功能目標(biāo):預(yù)期耐久性DP和允許滲漏量LP可采用預(yù)期防水等級(jí)RP表征;通過防水系統(tǒng)和影響因素的關(guān)聯(lián),可據(jù)此制定措施實(shí)現(xiàn)一定的防水功能,即實(shí)際耐久性DR和實(shí)際滲漏量LR,兩者可用實(shí)際防水等級(jí)RR表征。

2006年9月，吳湞離開長時(shí)間工作的江西，赴京出任國家食品藥品監(jiān)督管理局副局長、黨組成員，分管藥品注冊(cè)、監(jiān)管、審核、疫苗行業(yè)等工作。

3)系統(tǒng)具備目標(biāo)和結(jié)果屬性[21]。耐久性D與滲漏量L是關(guān)鍵指標(biāo),統(tǒng)一于防水有效性,防水有效性可將目標(biāo)和結(jié)果形成關(guān)聯(lián),采用可靠度表征,其依據(jù)為防水失效概率P。

綜上所述,工程防水等級(jí)及關(guān)鍵指標(biāo)形成體系如圖2所示。

圖2 工程防水等級(jí)及關(guān)鍵指標(biāo)形成體系

3 討論

依據(jù)工程防水關(guān)鍵指標(biāo)體系,對(duì)行業(yè)常規(guī)規(guī)定進(jìn)行分析。

3.1 我國工程防水標(biāo)準(zhǔn)

我國工程防水領(lǐng)域多采用防水等級(jí)這一概念[22,24],但其目標(biāo)與結(jié)果屬性界定模糊,部分原因在于沒有可量化的定級(jí)指標(biāo)[1]。

GB 50345—2012《屋面工程技術(shù)規(guī)范》依據(jù)建筑物類別、重要程度、使用功能確定防水等級(jí),并按照相應(yīng)等級(jí)進(jìn)行防水設(shè)防,分成Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)劃分的依據(jù)為建筑類別,Ⅰ級(jí)為重要建筑,設(shè)置2道防水層;Ⅱ級(jí)為一般建筑,設(shè)置1道防水層[22],早期版本設(shè)置成4個(gè)級(jí)別[25]。依據(jù)防水關(guān)鍵指標(biāo)體系可看出:標(biāo)準(zhǔn)按建筑重要程度設(shè)定防水等級(jí),即目標(biāo)值,再依據(jù)防水等級(jí)給出防水層數(shù),防水等級(jí)同時(shí)具備目標(biāo)和結(jié)果屬性,目標(biāo)值與實(shí)際性能值的聯(lián)系基于經(jīng)驗(yàn),其邏輯與判斷準(zhǔn)則還需厘清。

GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》將預(yù)期防水等級(jí)對(duì)應(yīng)允許滲漏量[24],據(jù)此提出防水等級(jí)適用范圍,包括工程用途、防水失效后果。在措施層面,以防水等級(jí)對(duì)防水層數(shù)、構(gòu)造措施進(jìn)行規(guī)定。依據(jù)防水關(guān)鍵指標(biāo)體系可看出:標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)預(yù)期耐久性與建筑相同,從而防水等級(jí)設(shè)置的依據(jù)為允許滲漏量,以允許滲漏量賦予不同工程類型,對(duì)應(yīng)于工程用途、防水失效后果;在確定防水等級(jí)目標(biāo)后,直接對(duì)應(yīng)于措施,其劃分也是基于經(jīng)驗(yàn),防水等級(jí)的屬性、指標(biāo)的邏輯關(guān)系尚待完善。

GB 50693—2011《坡屋面工程技術(shù)規(guī)范》與《屋面工程技術(shù)規(guī)范》一致。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》與《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》保持一致。

依據(jù)防水關(guān)鍵指標(biāo)體系的目標(biāo)和結(jié)果屬性,梳理我國典型防水標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),如表2,3所示。

表2 《屋面工程技術(shù)規(guī)范》關(guān)鍵指標(biāo)

表3 《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》關(guān)鍵指標(biāo)

1)我國工程防水標(biāo)準(zhǔn)主要基于經(jīng)驗(yàn)對(duì)措施進(jìn)行規(guī)定,沒有區(qū)分防水等級(jí)的目標(biāo)和結(jié)果屬性,其原因可能在于工程防水是材料與工程結(jié)合的學(xué)科,影響因素多,理論依據(jù)不足。

2)在目標(biāo)層面,標(biāo)準(zhǔn)基本以應(yīng)用場(chǎng)景直接確定防水等級(jí),影響因素考慮不足;防水失效后果直接按照建筑類別劃分,需進(jìn)一步考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的影響;耐久性需有具體目標(biāo)要求,滲漏量可結(jié)合經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際需求進(jìn)行規(guī)定。

3)在結(jié)果層面,防水等級(jí)對(duì)應(yīng)的措施需有可量化分級(jí)的依據(jù),僅以防水層數(shù)為依據(jù)可能會(huì)導(dǎo)致不合理的情況,由供應(yīng)商等提供或擔(dān)?？赡芨线m。

3.2 國外可參照標(biāo)準(zhǔn)

國外工程防水較少采用防水等級(jí)的概念,一般采用分類的方法規(guī)定[26]。

奧地利《屋面工程技術(shù)規(guī)范》根據(jù)使用年限與失效后果,將防水系統(tǒng)分成3個(gè)級(jí)別,對(duì)每一級(jí)別防水卷材的最低厚度進(jìn)行規(guī)定[1,7]。按照工程防水關(guān)鍵指標(biāo)體系分析:屋面使用年限和失效后果屬于應(yīng)用場(chǎng)景范疇,考慮到奧地利地域范圍不大,氣候特征單一,在確定預(yù)期防水等級(jí)后,基于經(jīng)驗(yàn)確定防水等級(jí),規(guī)定防水材料厚度。

歐盟EAD屋面技術(shù)認(rèn)證文件針對(duì)防水系統(tǒng),屬于結(jié)果而非目標(biāo),與應(yīng)用場(chǎng)景相關(guān)的規(guī)定為設(shè)計(jì)使用年限,分成5年,10年和25年,影響因素的分級(jí)也源于應(yīng)用場(chǎng)景[20],如表1所示。

相對(duì)而言,國外防水標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)影響因素的分級(jí)規(guī)定更細(xì),認(rèn)證文件規(guī)定方法與要求,結(jié)果層面一般由系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)。

4 結(jié)語

1)工程防水指標(biāo)體系涵蓋防水系統(tǒng)、應(yīng)用場(chǎng)景和影響因素,功能指標(biāo)具有目標(biāo)和結(jié)果屬性,防水等級(jí)是體現(xiàn)可靠度的工程指標(biāo),聯(lián)系目標(biāo)與結(jié)果的評(píng)判方式是防水有效性,其實(shí)質(zhì)為防水可靠度,可采用防水失效概率進(jìn)行劃分。

2)防水有效性的表征指標(biāo)包含耐久性與滲漏量,需依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景與影響因素制定目標(biāo),結(jié)合影響因素驗(yàn)證防水系統(tǒng)的實(shí)際性能。

3)依據(jù)工程防水指標(biāo)體系,可完善工程防水等級(jí)、耐久性、滲漏量等指標(biāo)的設(shè)置和規(guī)定。

采用可靠度對(duì)防水關(guān)鍵指標(biāo)體系進(jìn)行關(guān)聯(lián)雖科學(xué),但目前量化分析研究很少,我國工程類型、防水類別、氣候區(qū)劃多樣,需開展更細(xì)致的研究,以完善理論體系。