作为城市文化的重要载体，历史建筑承载着城市记忆，传承着城市文脉。而水磨石因其具有色彩多样、构图精美的特点，在历史建筑材料中占有重要地位，如何精确、快速获取水磨石配比信息，是保证历史建筑修缮工程中水磨石饰面原真性修复的关键。目前，水磨石配比信息获取主要有两种方式，一是采用人眼观察、手工测绘与人工评价方法，开展水磨石组分获取、粒径测量、小样制作、效果比对等多重工序，需要长达数十天的多次重复试配校核，且存在着骨料粒径测量不精确、试配过程费时费力、小样制作标准因人而异等问题；二是利用实验室扫描电镜分析方法，切割提取现场水磨石原样，实现水磨石组分分析与粒径精密测量，但从历史建筑保护角度出发，由于分析用的样品取样过程对保护建筑相关装饰层具有破坏性，因此此方法的使用具有局限性。针对上述问题，上海建工四建集团自主研制了行业内首款水磨石配比信息智能分析仪，并已于2021年9月3日正式完成产品测试，面向工程一线投入使用。其中，本产品所涉及的工业外观设计、电路系统设计、光学系统设计以及智能分析算法全部由四建集团自主研发完成。本产品属于便携式现场检测类仪器，基于计算机视觉、机器学习算法、光学原理与3D打印技术，融合科学修缮与绿色建造理念，旨在实现可移动式水磨石配比无损快速分析与复原效果评价。![]()
产品参数
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产品设计
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产品组成部件
为了实现水磨石骨料粒径快速测量与配比精准计算，研发人员自主研发了一种轻量级快速聚类与连通域测量算法（K-LAMCE算法），并将其内置基于安卓框架开发的配比分析APP，建立了多尺度特征融合的标准数字图像测量尺。K-LAMCE算法基于多维欧几里得空间几何原理与mini-batch理论，利用图像形态学方法与数字信号处理技术，将传统K-means聚类算法进行了优化加速，降低了聚类质心距离的计算成本，实现了图像噪声分层去除，并将连通域最小近似外接椭圆的长轴尺寸代替最大两点间距离作为骨料粒径，以减少多层循环计算引起的时间损失。经大量测试，K-LAMCE算法与传统算法的运行结果具有强相关正态分布关系，而K-LAMCE算法单次运行仅需5秒，效率可提高72倍以上。为适应工地作业环境，控制研发成本，同时保证加工精度，研发人员采用了强度高、韧性好的工业级树脂材料以及下沉式立体光固化成型法三维打印技术（SLA-3D打印技术）完成了产品加工，并搭建了由稳定光源、隔/透/反光板与高清拍摄镜头组成的图像采集系统，形成了可模拟固定参数自然光照的拍摄环境。此外，研发人员严格控制产品尺寸、重量及续航时间，保证防水、防尘等级均满足现场使用要求，并配置便携工具箱，让水磨石复原施工更便捷、更快速、更精确。![]()
SLA-3D打印过程
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工业级便携手提箱
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产品实物展示
本产品操作流程精简，使用门槛极低，仅需将设备放置于待测水磨石面上，打开操控屏、APP与光源，采集水磨石图像，依次进行成分分离与骨料粒径计算，便可自动生成水磨石配比信息分析报告，直接指导现场工人试配水磨石小样。用户可将报告（PDF格式）保存至设备端，在APP首页中的历史测试项目中查询历史生成报告，也可发送至指定邮箱进行查看。产品操作流程
需要特别注意的是，本产品在使用前应将待测水磨石面擦拭洁净，去除浮灰、污渍与水渍，以减少数字图像处理过程中的噪声干扰；对于不同面积的待测水磨石面，为保证配比信息分析结果的可靠性，建议以200mm为基本单位进行多次测量后取平均值。此外，本产品还可作为水磨石复原效果数字化评价设备，对按照分析报告试配的水磨石小样进行二次检测，与分析报告中的相关水磨石配比信息进行比对，及时调整试配工艺与材料。 为了充分保证产品测试结果的可靠性，研发人员搜集了市场中常见的不同配比、不同水泥颜色、不同骨料颜色、不同骨料粒径范围的水磨石石材作为测试样本，使用本产品对其进行配比信息自动分析，并对全部粒径范围与配比计算结果进行了比较。结果表明，粒径范围准确率为100%，配比计算结果最大误差小于5%，满足实际施工生产使用要求。与传统方法相比，本产品主要具有两大特点。其一，建立了水磨石骨料粒径数字化测量及配比信息智能化分析流程，仅需1分钟，便自动生成包含水磨石图像样本、骨料与水泥颜色、骨料粒径范围、不同骨料配比与骨料与水泥配比等详细信息的水磨石复原修缮工艺交底书，可直接用于指导现场工人试配水磨石小样，无需以往花费数十天的多次重复试配比对，显著节省了工期、人工与材料成本；其二，形成了水磨石配比效果数字化评价标准，可对水磨石试配小样进行二次检测，评价其复原效果，改善了传统繁琐、低效的人工试配分析方法，替代了目前仅依靠人眼视觉的主观评价体系。本产品是首款融合人工智能算法和检测装备的智能设备，首次将人工智能技术与传统修缮工艺、材料进行深度融合、创新，并直接指导历史建筑修缮施工生产一线，为历史建筑的科学修缮、精细修缮与绿色修缮提供技术支撑。![]()
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