基于数据监测的遗产建筑砖墙湿度变化研究——以杨浦滨江工业遗产为例

Research on moisture variations in brick walls in heritage buildings based on data monitoring： A case study of Yangpu riverside industrial heritage

摘要

随着我国城市更新战略的深入推进，遗产保护需兼顾“保护优先、活化利用”的双重目标。砖石外墙作为古代与近现代遗产建筑的常见形式，其常见病害如风化、泛碱、饰面剥落等，不仅影响遗产建筑美观与价值，也需与建筑围护结构节能性能提升设计协同考虑，减少相关病害的产生。在各类病害的发生与发展中，砖石内部的湿度是关键性控制因素。本研究以上海复兴岛某工业建筑遗产为对象，综合运用现场勘察与无损微波湿度检测技术，分析其砖墙外表层湿度的时空分布规律。研究成果旨在为同类建筑遗产的饰面修复与节能设计提供科学依据，同时也为此类建筑遗产的预防性保护与适应性利用提供参考。

Abstract

With the further advancement of China's urban renewal strategy， heritage conservation needs to balance the dual goals of “protection first and adaptive utilization.” As a common form of traditional and modern heritage buildings， masonry exterior walls often suffer from typical deterioration phenomena such as weathering， efflorescence， and surface spalling， which not only affect the aesthetic appeal and value of heritage buildings but also require coordinated consideration with energy-efficient design of building envelopes to mitigate the occurrence of such damage. In the occurrence and development of various types of deterioration， the internal moisture content of masonry is a key controlling factor. This study focuses on an industrial heritage building on Fuxing Island in Shanghai， integrating field surveys and non-destructive microwave moisture detection technology to systematically analyze the spatiotemporal distribution patterns of moisture in the outer surface layer of its masonry exterior walls. The research findings aim to provide scientific basis for surface restoration and energy-efficient design of similar architectural heritages， and offer references for their preventive conservation and adaptive utilization.

Graphical abstract

关键词

遗产建筑保护 / 热湿性能 / 砖材外墙 / 湿度检测 / 预防性保护

Key words

conservation of heritage buildings / hygrothermal performance / masonry exterior walls / moisture measurement / preventive conservation

新型城镇化与城市更新战略的推进，赋予建筑遗产“保护优先、活化利用”的双重使命。据住房和城乡建设部2022年统计数据 ^［1］，我国有全国重点文物保护单位共计5058处，省级文物保护单位2.1万多处、市县级文物保护单位11.9万多处，划定历史文化街区1200余片，确定历史建筑5.75万处，且保护对象随《关于在城乡建设中加强历史文化保护传承的意见》^［2］的落实持续扩增。然而，量大面广的遗产建筑面临物理性能退化与当代功能需求的冲突，其围护结构湿害（如变色、泛碱、长霉、抹灰脱落、木材腐朽等）已成为威胁遗产价值与可持续利用的核心问题，同时，在现今仍大量使用的近现代遗产建筑中，保温系统作为遗产建筑节能改造的关键技术，其应用仍缺少在地化的建筑及其构件的热湿性能数据支撑和针对性的技术标准。

以砖为主的遗产建筑外墙，其热湿性能与其病害的产生息息相关，如建筑饰面材料的风化、变色、剥落与长霉等。此外，内保温系统的安装将会极大影响砖石外墙的干燥能力，加大湿相关病害发生的风险。德国关于内保温系统使用的实践经验表明，节能改造后建筑围护结构湿相关病害的发生与内保温系统对构造干燥能力的降低、构造原有的湿度、饰面材料过高的吸水性能、土壤上升水和漏水节点有关^［3］。

本研究以上海杨浦滨江某工业建筑遗产为研究对象，综合运用现场勘察与无损微波湿度检测技术，系统分析其砖墙湿度的时空分布规律，明确砖墙在保护修复工程中受土壤上升水与外部气候影响下的湿度状态，同时包括工程现场的常见人为干预措施，如建筑围挡安装与避潮层修复对砖墙湿度的影响，为同类建筑遗产的饰面修复与节能改造工程提供科学数据参考。

1 遗产建筑砖石外墙的保护与修复研究现状

针对砖石结构建筑遗产的保护修复，我国现有技术法规多关注其结构安全方面的工程勘察、安全性评估、维修与加固设计、施工与监测和验收等方面，同时兼顾耐久性和保护要求，其中多个行业标准对砖石材料的湿性能和耐久性提出了要求，如WW/T 0052—2014《文物建筑维修基本材料 石材》^［4］遵照“原形制、原结构、原材质、原工艺”的原则对石材选择的物理和化学性能指标进行了要求，物理性能中和湿相关的指标为水饱和弯曲强度（MPa）和吸水率（%）（如砂岩应小于10%，石灰石吸水率不应大于12%）；WW/T 0049—2014《文物建筑维修基本材料 青砖》^［5］对青砖的单块吸水率值作了不应大于18%的规定，同时经过15次冻融循环，不应出现剥落、掉角、掉棱及裂纹等缺陷增加的现象，不应出现严重泛霜情况；WW/T 0065—2015《砖石质文物吸水性能测定表面毛细吸收曲线法》^［6］对砖石文物本体材料表面吸水性能测定提出了采样检测和使用卡斯特瓶法的原位检测方法。

在上海地方标准层面上，因上海近现代砖石建筑遗产占比较大，且除了文物建筑外也有“优秀历史建筑”这一上海特有的遗产建筑类别，再利用需求高，所以现有法规对遗产建筑的再利用方面较为关注。如上海市地方标准DG/TJ08-108-2025《优秀历史建筑保护修缮技术规程》^［7］对上海市优秀历史建筑整体与构件的检测、设计、施工与验收做了详细的规定，同时在“节能设计”章节指出应在保护修缮原则下选择合适的节能技术，“按不低于原有标准、较原状有所提升的原则制订具有适应性的主动式和被动式节能改造方案”，并对部分节能做法提出建议，例如重点保护部位和特征要素不应采用外保温系统。从建筑遗产外墙保护修复层面，DG/TJ 08-2413-2023《优秀历史建筑外墙修缮技术标准》^［8］针对上海市优秀历史建筑特有的饰面类型如清水砖墙、面砖、卵石、斩假石、水刷石和石材等类型提出了外墙饰面损伤及病害检测要求，其中与砖石类材料湿度相关的检测指标包括密度和饱和吸水率，但是标准中对于检测数据的评估和其与外墙耐久性与性能提升的关系无明确说明。

从研究方面，随着我国历史建筑保护研究的深入，国内对于历史建筑砖材料的研究从早先的机械性能研究，逐渐向材料理化性质、热湿响应、病害原理、综合监测、系统性预防保护的综合性研究体系发展。高衡等^［9］对西安明城墙用砖，进行了综合检测分析，取得了物理性质、力学性能、化学与矿物组成与微观结构等一系列性能指标。石加顺等^［10］对比民国时期地上与地下青砖、红砖的力学性能、微观结构、孔隙特征及超声波传播特性，分析了材料在空间分布上劣化程度的差异。李永辉等^［［11］针对唐末五代、元末明初、20世纪70年代及现代四个时期青砖进行了吸湿曲线的测定并比较其吸湿性能差异。结果显示元末明初青砖吸湿能力最强，因其微观结构更疏松；同一年代砖体间也存在性能差异；并提出对砖构进行“湿保护”，即避免温湿度剧烈波动的理念。

在实地数据测量分析方面，范亚东等^［12］针对荆州古城墙古砖的风化病害，采用SEM、XRD、XRF等分析手段，研究其腐蚀机理与病害类型，发现盐析是主要破坏形式，并提出防水处理、定期脱盐、控制植被等修复建议。陈颖^［13］通过墙面地面水分仪对嘉峪关东闸门墙体水分含量进行监测，分析水分变化规律与病害发育关系。结果显示，墙体水分受降水、气温、蒸发等因素影响明显。汤斯等^［14］针对东南沿海12处国保单位砖构建筑，通过对紫外线强度、风速、相对湿度等微环境参数的采集与关联分析，证实在东南沿海高湿气候背景下，湿度是驱动病害发生的最根本环境因子，而紫外线与风速主要通过影响湿度的分布与蒸发，起协同或加速破坏的作用。

国外研究针对砖石墙体热湿病害的评估还包括霉菌、藻类生长风险与冻融风险，并为这些病害机制建立了基于湿度的关键预测阈值与模型。对于霉菌生长，经典的是Hukka与Viitanen发展的VTT模型，该模型明确了霉菌生长的临界相对湿度是温度的函数，并给出了数学表达式，同时指出对于敏感材料，霉菌生长的最低相对湿度为80%^［15］。Ojanen等^［16］后续扩展了该模型，将材料敏感性分类，指出中等抗性材料的临界相对湿度可提高至85%。

关于藻类生长，其湿度依赖性与霉菌不同，需要更高的表面湿度。Quagliarini等^［17］及D'Orazio^［18］的研究明确指出，藻类生长仅在砖表面存在自由水时发生，普遍将相对湿度≥98%视为其生长的“开关”阈值。Miyauchi^［19］等建立的数学模型进一步量化了湿度影响，提出表面相对湿度在90%至98%之间时，藻类生长速率与之呈线性增长关系。

在冻融损伤评估方面，研究重点从单纯的低温事件频率转向与材料内部水分含量的结合。其核心理论是Fagerlund ^［20］提出的临界饱和度概念，即材料内部水分必须达到一定饱和度时，冻融循环才会引发破坏。Mensinga等^［21］的实验研究为这一理论提供了具体参数，指出对于其所测试的加拿大历史砖，当水分填充孔隙达到25%时，冻融损伤开始发生，而加拿大现代砖的临界饱和度为87%，这些值常被用作后续模拟研究中的关键判据。这一指标比单纯依赖气温低于0 ℃的判断更为精确，因为它考虑了材料本身的蓄水能力与抗冻性。这些针对不同病害的湿度阈值与模型，为采用热湿耦合模拟进行砖石墙体耐久性预测和修复方案评估提供了不可或缺的理论基础与判断标准。

综上所述，我国现有标准和研究虽对砖石材料提出了部分材料的含水率、吸水率等静态性能指标，但由于实际工程监测数据的缺乏，这些“固定阈值”尚未与动态的环境荷载及具体的病害发生机制（如霉菌、冻融）深度关联，因此，系统性地获取我国典型气候区、典型砖石构造外墙的长期湿度原位监测数据，并分析其与气候条件与工程措施的关联，将有助于揭示墙体在实际气候驱动下的真实热湿行为与风险时段，为进一步深入剖析基于热湿行为的具体病害机制提供基础。

2 病害勘察与数据监测

2.1 研究对象——杨浦滨江工业遗产

本研究的研究对象为杨浦滨江某一工业遗产建筑，该建筑是第一批杨浦区文物保护点，于1952年建造。该建筑外立面原为清水砖墙，勒脚为水泥抹面，其后经历多次修缮，沿道路侧和南侧厂房被加高。2019年，因其所沿街道风貌整治需求，该建筑西立面一层部分进行了米白色水泥拉毛处理，这些水泥拉毛部分在本研究进行过程中依照保护修复计划已被去除，恢复了清水砖墙外饰面。图1展示了该建筑鸟瞰图、修复工程开始前的西立面水泥拉毛墙面和东立面清水砖墙墙面。

在本研究开展病害调研后、第一次现场数据检测前，该建筑即安装了脚手架与围挡以便施工，建筑围挡将建筑整体包裹，极大减少了墙面风驱雨量。该项目也对砖墙底部做了避潮层修复，具体方式为在墙体底部距地面300~500 mm高度打孔，注射憎水性（疏水）化学浆液，达到阻碍毛细水上升的效果，如图2所示。

本研究也对研究对象的外墙砖材进行了取样，并根据标准T/CECS 10203《建筑材料湿物理性质测试方法》^［22］进行了表观密度、孔隙率、饱和含湿率的检测，数据如表1所示。Fagerlund^［20］定义了材料饱和度为材料孔隙中被水填充的体积分数，根据这一定义，可根据公式（1），参考Mensinga等人^［21］研究得出的加拿大历史砖临界饱和度为25%、加拿大现代砖临界饱和度为87%，计算对应的质量含湿率分别为5.0%和17.3%^［21］，这两个值将作为本文中砖材含湿率检测结果的参考。

u=S\times \frac{n\times {\rho }_{\mathrm{w}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r}}}{{\rho }_{\mathrm{a}\mathrm{p}\mathrm{p}}}（1）

式中：S为饱和度，定义为S=\frac{V_{\mathrm{w}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r}}}{V_{\mathrm{p}\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{s}}} （水的体积/孔隙体积）；u为质量含湿率，定义为u=\frac{m_{\mathrm{w}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r}}}{m_{\mathrm{d}\mathrm{r}\mathrm{y}}}（水的质量/干材料质量）；ρ_water为水的密度，取1 000 kg/m³；ρ_app为材料的表观密度，{\rho }_{\mathrm{a}\mathrm{p}\mathrm{p}}=\frac{m_{\mathrm{d}\mathrm{r}\mathrm{y}}}{V_{\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}}}；n为孔隙率，n=\frac{V_{\mathrm{p}\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{s}}}{V_{\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}}}（孔隙体积/材料总体积）

2.2 外墙饰面病害类型与分布

本研究首先根据DG TJ08-2413-2023《优秀历史建筑外墙修缮技术标准》^［8］中对建筑查勘、现场检测与调查的相关规定，对制绳工厂外墙饰面的损伤及病害作了调查与记录，得到立面病害的具体类型与分布图。其中，因临街西立面曾因街道风貌整治原因进行过水泥拉毛处理，最开始测绘时还未恢复清水砖墙外饰面，故未将西立面初始病害统计在内，只对东、南、北立面病害进行了调查与分析。

根据对建筑立面的病害查勘，各立面病害类型主要以砖块风化、破损与砂浆勾缝缺失、生物病害以及污渍等类型为主，其中，不同立面病害面积占比不同。表2展示了该遗产建筑东、南、北三个朝向立面的各类病害分布情况，图3为以北立面为例的病害分布图。

如表 2所示，砖块风化情况东立面占比最高，为59.1%，北立面的38.2%和南立面的29.1%次之；砖块破损与砂浆勾缝缺失北立面占比最高（20.8%），而东立面（1.4%）和南立面（1.1%）都大幅减少；生物病害北立面占比最高，为14.6%，高于南立面的8.9%和东立面的7.3%。

2.3 试验面选取与湿度检测

本研究采用HF SENSOR MOIST 250B手持式微波湿度测试仪进行现场湿度检测。该仪器基于微波技术，能够对混凝土、砖体、外墙保温系统、瓷砖、砂岩、沥青路面、木材、合成材料、屋顶材料等多种建筑材料实现快速、无损的湿度检测，最大探测深度可达80 cm。在本实验中，分别采集了目标建筑四个试验面（试验面位置如图4所示）外表面以下3 cm与7 cm两个深度的含湿率数据，南立面清水砖墙厚度为23 cm， 西、北和东立面清水砖墙厚度为35 cm。其中，东立面布置了8个覆盖离地面0.3 m到2 m不同高度、4组水平相隔约0.3 m的32个测点，南立面布置了5个不同高度、7组横向相隔约0.2 m的45个测点，北立面8个不同高度、6组横向相隔0.3 m的33个测点，西立面有8个不同高度、3组横向相隔约0.25 m的24个测点，南、北立面测点包括了窗间墙与窗下墙。该设备检测为瞬时检测，对单个测点的实际检测时长约为1秒，每个测点进行3次测量取平均，算上记录与设备移动的时间，完成各朝向共134个点位检测需约1.5~2 h，各检测时间如表3所示。湿度测点具体分布如图5所示。

湿度检测共进行了10次，跨度一年，时间分别为2024年6月17日、7月4日、7月23日、9月10日、9月29日、11月15日、12月17日，2025年3月4日、4月23日和6月18日，其中由于施工期间工地设施物料阻挡，部分检测时间特定区域的测量数据有空缺。

在湿度测量期间，现场同步实施了一系列连续的工程措施。自2024年6月19日首次湿度测量后，项目于6月下旬至7月初集中进行了东、西、南立面的避潮层注浆施工，并在7月5日进行了东西立面清洗。7月上旬至中旬，在完成表面清洗后，随即展开了局部砖粉修复及东、北立面的排盐工作，并于7月15日进行了砖面与勾缝修补。在7月23日第三次湿度测量后，工程于9月进入下一阶段，主要包含内壁混凝土加固、屋架翻新，以及后续的南立面打孔、各立面的补缝与砖粉修复作业。11月进行第六次湿度测量时，记录到北立面窗台混凝土被凿除。12月第七次测量前，现场实施了南立面加装雨水管及落架工作。进入2025年，在3月4日和4月23日的第八、九次测量之间及之后，现场无新增工程记录，直至6月18日完成第十次测量。

3 检测结果分析

本部分将分析四个试验面湿度检测结果的时空分布规律，并分析朝向、施工脚手架安装、避潮层修复对墙体湿度变化的影响。

3.1 气象数据

为更好呈现外墙湿度与气候之间的关系，本研究从距目标对象最近的上海气象站（宝山站，直线距离约15 km）采集了包括温度、相对湿度、降雨在内的逐时气象数据，其中包括两个梅雨季（2024年上海6月19日入梅，7月4日出梅，梅雨期15 d^［23］；2025年上海6月7日入梅，6月29日出梅，梅雨期22 d^［24］），时间跨度为2024年6月1日到2025年6月30日，覆盖10次湿度检测时间。如图6所示，在一年的气象数据采集期内，全年的月平均温度在6~33 ℃之间，月平均相对湿度在58%~85%之间，24年和25年的梅雨季表现出连续降雨特点，25年最大降雨量接近30 mm/时。其中，2024年8月月平均温度最高，达到32 ℃，月平均相对湿度约73%，呈现高温高湿特点；2025年2月的月平均温度最低，约6 ℃，月平均相对湿度在64%左右。

3.2 湿度变化分析

本次检测共获取134个点位、10个检测时间点的有效数据2 300个。本部分分别对不同深度的检测数据概况、不同朝向试验面外饰面以内3 cm深处的整体含湿率、各试验面不同高度的含湿率进行了比较。

在本部分的分析中，每个朝向试验面都选取了不同水平位置和高度的测点，用以排除个别位置由于材料性能退化、空鼓、热桥等因素引起的湿度变化；同时也计算了各高度测点平均含湿率的标准差，标准差大表示各高度的含湿率非常分散，差异性大。

3.2.1 检测数据概况

图7展示了不同朝向试验面在外饰面以下3 cm和7 cm深处的含湿率平均值与各高度含湿率平均值标准差的全年变化，根据图7所示，全年范围内，外饰面表层（3 cm处）的平均含湿率普遍高于7 cm深处约2%，其中北立面两个深度的含湿率平均值相差可达5%，而且北立面由于受风驱雨影响较小，初始含湿率也相对较低，墙体整体较为干燥。从各高度平均含湿率标准差方面，建筑围挡拆除前，东、西两个立面各高度测点的平均值较为接近，拆除建筑围挡后，各高度含湿率平均值标准差增大，在2%到3.5%之间；而南、北立面在建筑围挡拆除前各高度含湿率平均值标准差就已达到2%左右，且墙体较深处位置（外饰面以内7 cm处）各高度平均值相差更大，南立面这一现象推测与该试验面包含部分窗下墙与窗间墙区域有关——窗间墙竖向贯通墙体，直接连通屋面；而窗下墙位于窗洞下方，受到窗台和滴水线的遮蔽，承接屋面径流的能力远弱于窗间墙，由于窗间墙位置受雨水径流影响更为显著，导致局部湿度偏高、各高度测点间的离散程度增大，使南立面整体含湿率离散度增大；同时，下泄雨水在墙脚处受避潮层（憎水化学浆液）的毛细阻断作用，向墙体内部渗透后在避潮层上部积聚，进一步加剧了该区域的局部高湿。在拆除围挡和加装落水管后，各高度含湿率离散程度变小。而北立面推测为试验面整体较为干燥，导致墙体底部受土壤上升水影响的含湿率与墙体其他部位差值更为明显（见3.2.3）。

此外，各立面在第七次（2024年12月17日）与第八次（2025年3月4日）检测时出现墙体深处的湿度接近甚至超过外饰面表层湿度的情况——北立面在第六次（2024年11月15日）也出现这个情况，原因推测为清水砖墙在这些时间节点进行了内侧的混凝土浇筑，极大增加了墙体内侧的湿度。

3.2.2 朝向与脚手架围挡对含湿率的影响

本部分以试验面外饰面以内3 cm的含湿率为例，讨论朝向对含湿率的影响。图8呈现了四个朝向试验面平均含湿率与室外空气相对湿度的一年变化情况。如图8所示，梅雨季（2024年6~7月、2025年6月）的连续降雨与高湿导致墙体含湿率明显升高。而且墙体含湿率呈现季节性特征：夏季高温高湿时含湿率较高，冬季低温低湿时含湿率相对较低。同时，北立面的含湿率水平明显低于其他三个立面，在2025年初拆除脚手架围挡前，其他三个朝向试验面的平均含湿率并无明显差异；拆除脚手架围挡后，试验面平均含湿率水平南立面>西立面>东立面>北立面，这一变化表明：建筑围挡有效阻挡了墙面所受风驱雨量，使得各朝向含湿率差异变小；同时，拆除围挡后，受风驱雨影响最大的为检测期结束时含湿率较一年前增幅最大的南立面。

3.2.3 墙体不同高度含湿率分析

进一步以外饰面以内3 cm深处为例，分析墙体不同高度的湿度差异时发现，除东立面外，各立面含湿率分布整体呈低处测点湿度高于高处测点的特征，本部分首先分析四个试验面中最高位置、中间位置和避潮层作用高度（300~500 mm）——各试验面墙脚以上第二行位置各水平检测点以及试验面整体的平均含湿率，其次分析第一次和最后一次检测时各试验面不同高度的含水率变化。

东立面试验面距外饰面3 cm处含湿率整体变化较大（图9），首次检测时，三个高度平均含湿率在13.5%~15%之间，在2024年梅雨季最高接近17%，在避潮层注浆完成后的两个月间下降至约初始水平，2025年初拆除建筑围挡并加装落水管后，东立面各高度的湿度继续大幅下降，一年后最低位置水平测点平均值由一年前的15%下降至了12%（位置7测点序列），略高于其他高度含湿率。

西立面试验面距外饰面3 cm处初始含湿率整体较高（图10），拆除脚手架之前，整体维持在16%左右，变化幅度较小。2025年初拆除脚手架后，最高位置1和中间位置4测点的平均湿度都大幅下降，最后一次检测时分别降至12.5%和11%，但是，西立面接近墙体底部位置7测点的平均含湿率一直保持在较高水平，最后一次检测时约为16.5%，避潮层修复的效果仍需进一步分析。

南立面试验面距外饰面3 cm处初始含湿率整体较低（图11），在10%到12%之间，在一年的施工监测过程中，湿度整体呈现上升回落再上升的趋势，且含湿率在墙体最高和避潮层作用高度位置最大，中间位置较低，最后一次检测时各高度的含湿率都高于一年前检测时，在14.5%和15.8%之间，而且避潮层作用高度位置上部的含湿率最高，从约11.2%上升至约15.8%。

北立面试验面距外饰面3 cm处初始含湿率和南立面相近（图12），在9.5%~12.5%之间，一年的监测期内波动较大，整体先降低后回升，各高度含湿率变化趋势一致，不同高度差异明显。试验面平均含湿率从一年前的10%上升至一年后接近12%，其中接近地面位置的含湿率一直保持最高，且从初始的约12%上升至了14%。

从以上图表不难看出，从墙体的平均含湿率上，只有西立面和东立面试验面的平均含湿率在一年后呈现下降趋势，分别从14.5%下降到约12%（东）、从接近16%下降到约12.5%（西），南立面和北立面试验面的平均含湿率分别增加了4%和2%。此外，除了东立面试验面和南立面试验面靠近地面位置测点的平均含湿率接近其他位置外，西立面和北立面试验面靠近地面位置的含湿率明显高于其他位置以及试验面整体含湿率，此外，在冬季气温会低于0 ℃的12、1和2月份，研究对象的西立面底部外饰面以内3 cm处的湿度在12月检测时可达到16%，接近以加拿大现代砖87%临界饱和度为参考计算的砖材含湿率17.3%，而且清水砖墙接近外饰面的含湿率极可能更高，所以推测西立面底部有较大风险会发生冻胀破坏。

图13展示了各朝向试验面不同高度测点平均含湿率的一年前后变化，据图13所示，四个朝向试验面最低点高度的平均含湿率除东立面外，都明显低于图9到图12中所示的第7/4列测点含湿率，表明避潮层确实起到了一定防止地下水上升的效果，但是在避潮层以上测点出现了含湿率的明显升高（西、北和南试验面），此现象原因推测为雨水进入墙体后向墙体下部流动，但又因避潮层的毛细水隔绝作用淤积在避潮层上部，导致此区域湿度上升。

3.3 湿度与外饰面病害关联分析

本研究的检测结果揭示了目标建筑砖墙湿度在时空维度上的动态变化特征，而湿度作为砖石材料劣化的核心驱动因子，其分布规律与病害类型及发育程度之间存在密切关联。以下结合既有病害机制理论，对本研究观测到的病害与湿度数据进行分析。

3.3.1 湿度与风化、泛碱

砖材的风化与泛碱通常涉及可溶盐的溶解—迁移—结晶循环，而液态水的存在是这一过程的前提条件。本研究中，东立面风化面积占比高达59.1%（表2），显著高于南、北立面。监测数据显示，在施工围挡拆除前，东立面外饰面以内3 cm处的平均含湿率长期维持在14%~16%之间（图8），处于较高水平。持续的高湿环境为盐分提供了充足的溶剂，并支持盐溶液在砖体孔隙中的频繁迁移；当表面蒸发加快时，盐分在近表层过饱和结晶，产生的结晶压力导致砖材逐层剥落，这解释了其风化病害为何最为严重。相比之下，北立面整体较为干燥（平均含湿率低于其他立面，图8），盐分迁移活动受限，故风化占比相对较低（38.2%），但底部区域因毛细水上升导致局部湿度较高（图12），该区域仍可见泛碱现象（图3）。

3.3.2 湿度与生物病害

藻类、苔藓等生物病害的发生需要表面自由水或极高的表面湿度。北立面生物病害占比最高，达14.6%，且其湿度分布呈现出明显的“上干下湿”特征（图12：底部测点含湿率持续高于上部）。结合现场观察，北立面因背阴且受风驱雨影响较小，墙面长期处于湿润状态的区域主要集中在墙脚附近，该处雨水溅射、地表积水蒸发及毛细水上升共同提供了生物生长所需的水分。此外，北立面破损与砂浆勾缝缺失占比高达20.8%，砂浆缺失导致砖缝成为水分滞留的微环境，进一步促进了生物滋生。南立面生物病害占比8.9%，其含湿率在监测期末升至14.5%~15.8%（图11），为未来生物病害的发展埋下隐患。

3.3.3 湿度与冻融风险

冻融破坏是温带季风气候区砖墙冬季面临的主要风险之一，根据Fagerlund^［20］的临界饱和度理论，材料内部水分需达到一定饱和度时，冻融循环才会引发损伤。本研究以Mensinga等提出的现代砖临界饱和度87%换算得到质量含湿率17.3% ^［21］，作为风险参考阈值。监测显示，西立面底部（第7行）在2024年12月的含湿率达到16%（图10），已逼近该阈值；考虑到该处为清水砖墙外饰面，表层（0～3 cm）实际含湿率可能更高，且冬季夜间气温可降至0 ℃以下（图6），具备冻融循环的温度条件。若在此区域加装内保温系统，内保温系统的绝热性能会使得原始砖墙内侧温度低于改造前，同时由于内保温系统阻碍墙体水分向室内侧干燥，将极大增加砖材外饰面以内高湿区冻胀剥落的风险。西立面底部在检测期末已达到较高含湿率（16.5%），此湿度在建筑投入使用后极可能继续升高，故该区域应为保护修缮的重点关注部位。

4 结论与展望

本研究针对位于夏热冬冷气候区的上海市杨浦滨江一栋工业遗产建筑，开展了清水砖墙的病害勘察和为期一年的清水砖外墙湿度检测工作，在遗产建筑保护修复工程中清水砖墙的病害与湿度状况、湿度检测评估方法和未来保护修复工程的技术管理方面得出以下结论：

首先，清水砖墙的病害面积占比最大的类型为风化、破损、生物病害和污渍。此外，墙体外侧含湿率呈现内侧低、靠近外饰面高的特点，表明墙体外侧湿度主要受外部气候（风驱雨）影响；监测期间各朝向墙体外饰面以内3 cm的含湿率平均值在10%到16%之间，外墙修复工程结束后特定朝向的平均含湿率会呈现2%和4%的升高，推测墙体内部混凝土浇筑、内保温材料的安装和外饰面憎水措施对砖墙的含湿率产生了影响。同时，墙体湿度呈现明显的季节性波动，梅雨季连续高湿天气是导致墙体湿度骤升的主要原因，夏季墙体整体含湿率高于冬季；并且墙体湿度受施工措施影响显著：施工围挡能有效降低风驱雨影响，均衡各立面湿度差异。此外，避潮层修复需结合良好的外饰面憎水处理措施，否则极可能导致避潮层区域上部清水砖墙的含水率升高，伴随此区域冻胀破坏风险。未来可结合热湿耦合模拟对影响墙体湿度分布的以上各项工程措施进行定量化研究与深入分析。

从砖墙湿度的检测与评估方法角度，本研究在建筑的各个朝向选取了试验面，在不同高度和水平位置布置了多个测点。研究表明，评估墙体避潮层修复效果可首先评估墙体底部含湿率的前后变化，如缺少避潮层修复前的湿度检测数据，则可选取外饰面以内3 cm/7 cm、墙体20 cm到200 cm高度的4到7组相隔均匀的水平测点进行含湿率的检测与比较，判断墙体底部是否有明显的毛细水阻断效果，未来可对避潮层的上升水阻断效果与外饰面憎水效果进行协同研究，避免避潮层上部的冻胀破坏风险；此外，未来可在冬季增加外饰面以内更浅深度的含湿率检测，用以评估砖材冻融风险。在缺失本地砖材耐久性数据情况下，本研究推荐安全阈值为冬季外饰面砖材含湿率不大于17.3%，未来可进行本地典型砖材临界饱和度的检测，进一步明确夏热冬冷地区砖材的湿度控制指标。在研究方法上，受限于现场条件，本次监测采用手持式微波无损检测技术，其有效探测深度主要集中在墙体表层（3 cm与7 cm）。对于厚度达35 cm的砖墙，该布点方案虽未能全面表征墙体核心区的湿度梯度分布，但考虑到砖石外墙的典型病害（如泛碱、剥落、风化等）主要发生于表层区域，3 cm与7 cm深度的监测数据已足以反映病害活跃层的湿度状态及其动态变化。因此，本研究所获数据对于评估表层湿害风险具有实践指导意义。此外，本次监测未能实现连续数据采集，对湿度瞬态响应揭示有限。未来将尝试增加连续时段的温湿度监测与工况情况记录，结合墙体热湿耦合性能模拟，为墙体病害的风险预警与长效管理提供技术支撑。

本研究监测所得的墙体含湿率数据，也为探讨遗产建筑节能改造与湿病害风险的协同控制提供了重要线索。在现行保护修缮原则下，优秀历史建筑等重点保护部位通常不允许采用外保温系统，内保温成为唯一可行的节能改造路径。然而，内保温系统的增设将显著削弱墙体的向外干燥能力，可能导致湿分在墙体内部积聚，进而诱发或加剧冻融、泛碱、生物病害等湿相关劣化过程。本研究中，各朝向墙体外饰面以内3 cm处的年均含湿率在10%~16%之间，若直接加装内保温而未采取配套的防潮措施，墙体含湿率可能进一步升高，形成“保温层增设—干燥能力下降—墙体湿度升高—热工性能衰减—病害风险加剧”的负向循环。尤其值得关注的是，西立面底部在冬季检测中达到16%的含湿率，已接近以文献临界饱和度换算的17.3%冻融风险阈值。在此状态下加装内保温，采暖季节冻融破坏风险将显著上升。

因此，在遗产建筑内保温改造设计中，必须将墙体实测湿度数据作为关键输入，并结合热湿耦合模拟评估不同保温方案的长期热湿性能。同时，应配套采取协同控制措施以降低湿害风险，例如外饰面憎水处理、优化避潮层设计（避免毛细水上升与内保温形成叠加效应）、改善墙脚排水与通风条件、采用湿缓冲能力的保温材料平衡保温与排湿需求。本研究所揭示的湿度时空分布规律及其与施工措施的响应关系，可为上述协同措施的设计与优化提供有效数据支撑。

此外，本文在初步评估西立面底部冬季冻融风险时，引用了Mensinga等^［21］针对加拿大现代砖提出的87%临界饱和度（换算质量含湿率17.3%）作为参考阈值。需要说明的是，不同地区、不同年代的砖材因原料配方、烧制工艺及风化程度的差异，其临界饱和度可能存在显著不同。本文引用该值在于借助既有研究成果为监测数据提供一个可供参照的风险量级，在后续研究中，将针对上海本地建筑所使用砖材开展系统的临界饱和度、冻融循环耐受性及孔隙结构特征等实验测定，建立适用于上海地区近现代遗产砖材的本土化风险阈值参数。

2025年10月，国家文物局发布关于加强文物建筑修缮工程全流程管理的通知^［2］，在加强工程前期管理、加强实施过程管理、加强竣工验收和资质管理、推动建立技术监督体系和加大工作保障力度五个方面都表明了对现场勘察、材料检验检测和工程质量与效果的重视，强调“应加强科技支撑，深化文化建筑材质特性、病害形成机理及发展预测方法”，本研究的研究路径、数据处理和评估方法都可为遗产建筑修缮工程的全流程管理、尤其是质量管理提供技术上的参考与支持，有助于形成“设计—施工—检测—评估”的闭环管理。

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基金资助

国家自然科学基金项目(52508029)

国家自然科学基金项目(52378033)

国家自然科学基金项目(52338004)

十四五重点研发计划课题(2023YFC3805505)

“上海市白玉兰人才项目浦江计划”(23PJ1413900)

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司揭榜挂帅项目(2023J-JB01)