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摘 要:對(duì)于工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的各種形式的煙囪進(jìn)行普查檢測(cè)鑒定,針對(duì)初步檢測(cè)損傷嚴(yán)重進(jìn)行進(jìn)一步的重點(diǎn)詳查,必要時(shí)可抽樣破損檢測(cè)對(duì)非破損進(jìn)行復(fù)核,通過(guò)對(duì)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的實(shí)驗(yàn)及分析,明確煙囪各部位的受損程度,為專項(xiàng)整治提供科學(xué)依據(jù),以便于適時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。
關(guān)鍵詞:工業(yè)煙囪 檢測(cè)技術(shù)
1 前言
在重工業(yè)冶煉工廠里,多數(shù)煙囪使用三、四十年后,會(huì)出現(xiàn)開裂、老化破壞等現(xiàn)象。但因煙囪服役年限過(guò)長(zhǎng),原始地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)圖紙多半都已殘缺不全或完全遺失。如想恢復(fù)它的使用就得考慮如何進(jìn)行煙囪的檢查和技術(shù)鑒定。因此,對(duì)這些老煙囪進(jìn)行檢查鑒定是十分必要的,它關(guān)系到煙囪治理方案的選擇和加固設(shè)計(jì)依據(jù)是否充分合理。
為此,對(duì)于此類煙囪,要根據(jù)其建造年代、筒身尺寸、基礎(chǔ)尺寸、外壁損失情況、碳化深度、最低混凝土強(qiáng)度(部位),傾斜、地質(zhì)情況(地下水)、內(nèi)襯腐蝕程度、排放介質(zhì)和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)差異,以及在全廠中的比重和所需工期的長(zhǎng)短、資金籌備等情況,進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),擬定加固設(shè)計(jì)方案。在本文也是針對(duì)以上幾個(gè)方面淺談煙囪的檢測(cè)技術(shù),首先要對(duì)煙囪的原始地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行調(diào)查以及現(xiàn)場(chǎng)使用情況的調(diào)研;其次,要對(duì)煙囪的表觀質(zhì)量、傾斜變形、混凝土強(qiáng)度等進(jìn)行檢測(cè)鑒定。
2 檢測(cè)內(nèi)容
目前,多數(shù)工業(yè)煙囪主要為混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的形式,混凝土煙囪損壞的表現(xiàn)形式為筒壁表面剝落、裂縫、露筋等,鋼結(jié)構(gòu)煙囪損壞表現(xiàn)形式為燒損、變形、銹蝕等,本方案按以上兩種類別進(jìn)行分類編制。具體檢測(cè)流程圖如下:
3 煙囪綜合檢測(cè)
無(wú)論對(duì)于混凝土煙囪還是鋼煙囪而言,現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查研究與非破損檢測(cè)都是采集設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)的
主要途徑,現(xiàn)將二者的技術(shù)參數(shù)列于下表做以對(duì)比:
表1 混凝土煙囪和鋼煙囪的檢測(cè)技術(shù)參數(shù)對(duì)比如下
序號(hào) 混凝土煙囪 鋼煙囪
1 結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè) 外觀缺陷 蜂窩、露筋、孔洞、
夾渣、疏松、連接部位缺陷等 構(gòu)件損傷檢測(cè) 鋼材的涂裝與銹蝕
內(nèi)部缺陷 二次澆筑形成的施工縫與加固修補(bǔ)結(jié)合面的質(zhì)量等 構(gòu)(桿)件
變形 彎曲變形及凹凸變形、鼓包等
構(gòu)件裂縫 裂縫表面特征及深度 裂縫 必要時(shí)用滲透法復(fù)測(cè)
筒壁內(nèi)外側(cè)的碳化深度 鉆芯后酚酞滴定法 連接變形
及損傷
保護(hù)層厚度 鋼筋探測(cè)法
鋼筋銹蝕 鋼筋銹蝕儀測(cè)得
2 力學(xué)性能檢測(cè) 混凝土強(qiáng)度 鉆芯取樣法 力學(xué)性能檢測(cè) 抗拉強(qiáng)度
鋼筋強(qiáng)度 里氏硬度法 伸長(zhǎng)率
冷彎
沖擊功
3 煙囪排放物介質(zhì)成份
4 使用的風(fēng)荷載
5 基礎(chǔ)的傾斜
6 煙囪的垂直度
7 煙囪的振幅
8 地震參數(shù)
9 場(chǎng)地及使用環(huán)境類別
10 日照產(chǎn)生煙囪陽(yáng)面和陰面的溫度差
11 冬季最低溫度
12 期望繼續(xù)使用年限
3.1 混凝土煙囪檢測(cè)
3.1.1 表觀質(zhì)量檢測(cè)
針對(duì)寶鋼廠區(qū)30多個(gè)煙囪普查的現(xiàn)狀,擬采用高清晰的天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)煙囪的表觀質(zhì)量,如:筒壁表面剝落、腐蝕、裂縫、孔洞、露筋、鋼筋銹蝕等外觀缺陷,并用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行圖像記錄,針對(duì)外觀損壞部位嚴(yán)重的再進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)測(cè)。
此系列望遠(yuǎn)鏡為專業(yè)級(jí)折射式望遠(yuǎn)鏡,主要用于高精度的觀測(cè)。其主鏡筒由數(shù)字控制的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),在設(shè)定的位置,極軸望遠(yuǎn)鏡可做±1°微調(diào)。立柱上裝有電控箱及控制手柄,預(yù)留的不同接口可與其它設(shè)備如計(jì)算機(jī)跟蹤系統(tǒng)、CCD攝像機(jī)、圖像處理系統(tǒng)、光柵光譜儀等聯(lián)接。 主要配置為:主鏡目鏡(31.7mm) PL40,長(zhǎng)出瞳、大視場(chǎng)能保證使用者長(zhǎng)時(shí)間觀察的舒適性,雙軸電動(dòng)跟蹤,帶手控器,方便操作。精度技術(shù)參數(shù)為:N=3,Δm=0.3 達(dá)到瑞利極限,極度銳利,能夠滿足200m以內(nèi)觀測(cè)到1mm以內(nèi)裂縫的要求。
3.1.2 溫度場(chǎng)測(cè)量
對(duì)于工業(yè)煙囪而言,耐材的缺損對(duì)煙囪的影響很大,長(zhǎng)期的局部缺損會(huì)對(duì)內(nèi)壁混凝土產(chǎn)生較大的強(qiáng)度影響,原則上可以通過(guò)溫度的差異來(lái)定位內(nèi)襯的密封性。另外,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫記錄繪制煙囪在不同的氣象、時(shí)段條件下,煙囪的溫度變化曲線,可根據(jù)溫度變化綜合分析煙囪損壞原因。
在寶鋼廠區(qū)里,各煙囪內(nèi)部煙氣溫度不等,同一煙囪在不同的生產(chǎn)條件下,煙囪內(nèi)部溫度也不同,因此,煙囪內(nèi)襯受溫度影響較大,在各種使用情況下,對(duì)其進(jìn)行溫度場(chǎng)觀測(cè)是十分必要的。
本方案測(cè)溫欲采用NEC系列紅外熱像儀,此紅外熱像儀經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已經(jīng)發(fā)展成為非常輕便的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備。由于煙囪現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試往往產(chǎn)生的溫度場(chǎng)差異不大和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜等因素,這就要求熱像儀必須具備320×240像素、分辨率小于0.1℃、空間分辨率小、具備紅外圖像和可見光圖像合成功能等。因此,本次選用TH7700SP型號(hào)熱像儀,此紅外熱成像技術(shù)能夠進(jìn)行非接觸式的、高分辨率的溫度成像,能夠生成高質(zhì)量的圖像,可提供測(cè)量目標(biāo)的眾多信息,測(cè)溫范圍為-20℃~800℃(可延伸到1500℃),溫度分辨率可達(dá)到0.03℃,可用于檢查煙囪外壁的剝落、空鼓、孔洞、裂縫等,測(cè)量精度可達(dá)到200m外觀測(cè),溫度誤差在1℃以內(nèi)。
在進(jìn)行溫度觀測(cè)時(shí),應(yīng)考慮周邊環(huán)境對(duì)溫度場(chǎng)的影響,可用風(fēng)速氣象測(cè)量?jī)x進(jìn)行周邊環(huán)境記錄,測(cè)量范圍為:即時(shí)風(fēng)速、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度、風(fēng)能密度、溫度(℃、℉)、風(fēng)寒指標(biāo)、風(fēng)熱指數(shù)、大氣壓、干濕球溫度、空氣密度等指標(biāo)。
通過(guò)對(duì)煙囪工作狀態(tài)下溫度場(chǎng)分布圖的繪制,當(dāng)發(fā)現(xiàn)采用普通混凝土結(jié)構(gòu)部位溫度高于100℃的情況要對(duì)混凝土加強(qiáng)檢查,當(dāng)局部溫度大于300℃時(shí)可判斷影響普通混凝土的使用安全。必要時(shí)鉆取芯樣,判斷是否為保溫層損壞等情況,評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的整體安全性能。
3.1.3 變形檢測(cè)
(1)基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)
在煙囪四周均勻布設(shè)6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),通過(guò)對(duì)地基基礎(chǔ)的沉降觀測(cè)可及時(shí)掌握沉降大小及其變化規(guī)律,每點(diǎn)反復(fù)測(cè)量3次,取其平均值作為監(jiān)測(cè)初始值。以后每月測(cè)量一次,精度要求不應(yīng)低于±0.1㎜,檢測(cè)6個(gè)月為一個(gè)周期,再將每次的監(jiān)測(cè)值與原始的設(shè)計(jì)值比較,及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),繪制變化曲線,分析變化速率和變化累計(jì)值,對(duì)基礎(chǔ)沉降原因做出分析判斷。此項(xiàng)檢測(cè)可做為一項(xiàng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,以便監(jiān)控?zé)焽枳冃?,在超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范要求時(shí),可采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理。
(2)煙囪垂直度檢測(cè)
因煙囪屬園臺(tái)形構(gòu)筑物,所以對(duì)煙囪進(jìn)行垂直度測(cè)量時(shí)至少要在正交的兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量步驟和方法:
①先將經(jīng)緯儀調(diào)平后,用十字絲瞄準(zhǔn)煙囪上想測(cè)量其有沒有偏的筒壁上最左側(cè)的某點(diǎn),鎖定垂直角度,將水平角度歸零,轉(zhuǎn)動(dòng)水平角,使十字比對(duì)準(zhǔn)煙囪同一標(biāo)高上筒壁上最右側(cè)的點(diǎn),讀出并記下水平角度。
②取其角度的一半(即分中),轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭使水平角度為一半時(shí),鎖定水平角度,松開垂直角度,將鏡頭下移對(duì)準(zhǔn)煙囪根部,用紅鉛筆劃上記號(hào),找出中軸線2。
③再在煙囪下部取點(diǎn),重復(fù)1、2步,分中劃線,找出中軸線1,兩線如重合,證明煙囪沒偏。兩線間的距離即為煙囪的偏移誤差(△L)。
④同理,再取大致垂直剛才的角度,重復(fù)1~3步,即可知道煙囪某段有沒有偏。
圖1 煙囪垂直度檢測(cè)示意圖
(3)煙囪振幅監(jiān)測(cè)
煙囪在風(fēng)荷載的作用下,煙囪頂部受風(fēng)荷載作用而擺動(dòng),可在煙囪頂部縱橫方向上安裝兩臺(tái)棱鏡,棱鏡在安裝過(guò)程中,考慮到受風(fēng)、雨等自然影響,可預(yù)先在煙囪頂部鉆兩個(gè)Φ30㎜的孔洞,將棱鏡的支架放入孔洞內(nèi),再用灌漿料將支架固定住。在地面上選擇好的視角安裝徠卡TCA2003全自動(dòng)全站儀(測(cè)量機(jī)器人)利用動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)監(jiān)測(cè)程序,采樣頻率3Hz, 采樣精度1mm,可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)高精度自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作目標(biāo),科學(xué)直觀地實(shí)時(shí)反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形情況。
利用此種聯(lián)機(jī)監(jiān)測(cè)軟件及獨(dú)特的ATR技術(shù),測(cè)量精度高,可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)空間點(diǎn)的三維監(jiān)測(cè),其望遠(yuǎn)鏡不需要人工聚焦或精確照準(zhǔn)目標(biāo),測(cè)量的速度將會(huì)得到非常明顯的增加,其精度不會(huì)依賴于觀測(cè)員的水平,基本上保持常數(shù)。而且,通過(guò)對(duì)控制點(diǎn)的控制和定期復(fù)測(cè),保證了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。其次,通過(guò)軟件的控制和數(shù)據(jù)分析,利用實(shí)時(shí)差分改正技術(shù),最大化地消除了外界氣象條件等引起的誤差,達(dá)到高精度實(shí)時(shí)顯現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形趨勢(shì)。
3.1.4 筒壁混凝土力學(xué)性能檢測(cè)
對(duì)于表觀質(zhì)量損壞嚴(yán)重的煙囪,其混凝土材料強(qiáng)度宜采用回彈法非破損的方式進(jìn)行檢測(cè),若檢測(cè)條件與相應(yīng)測(cè)強(qiáng)曲線的適用條件有較大差異時(shí),應(yīng)鉆取混凝土芯樣進(jìn)行修正。在鉆芯時(shí),鉆芯位置應(yīng)同時(shí)避開鋼筋及牛腿,用鋼筋探測(cè)儀確定煙囪筒壁布筋情況,另外,需鉆具有代表性的芯樣,如取有貫穿裂縫的芯樣等。在進(jìn)行芯樣抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)之前,筒壁的內(nèi)外碳化深度可以利用鉆穿的芯樣進(jìn)行測(cè)試。
3.1.5 其它性能檢測(cè)
(1)鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè):在對(duì)表觀質(zhì)量損壞嚴(yán)重的煙囪進(jìn)行復(fù)測(cè)時(shí),可利用PS200Ferroscan鋼筋掃描儀對(duì)鋼筋的分布、直徑、保護(hù)層厚度進(jìn)行探測(cè)。
(2)鋼筋銹蝕檢測(cè):可利用鋼筋銹蝕儀對(duì)鋼筋的銹蝕程度進(jìn)行檢測(cè)。
(3)鋼筋強(qiáng)度檢測(cè):為檢測(cè)混凝土中鋼筋的強(qiáng)度,此時(shí)可以采用表面硬度法近似推斷鋼筋的強(qiáng)度,其方法主要是根據(jù)金屬材料的極限強(qiáng)度地與其硬度存在一定的相關(guān)性的原理建立起來(lái)的一種非破損檢測(cè)方法。在試件處理時(shí),用便攜式切割機(jī)小心切割混凝土并撬開鋼筋保護(hù)層,長(zhǎng)約100mm,再用便攜式角向磨光機(jī)將鋼筋表面打磨平整并拋光,盡量避免使被測(cè)鋼筋受到強(qiáng)烈振動(dòng),同時(shí)使鋼筋的裸露截面小于三分之一,以使混凝土對(duì)鋼筋仍保持足夠的約束力。進(jìn)行里氏硬度測(cè)量時(shí),沿鋼筋中軸線,用里氏硬度計(jì)測(cè)量鋼筋的里氏硬度值,取五次測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值為試件的試驗(yàn)結(jié)果,注意使兩測(cè)點(diǎn)的間距≥3mm。
(4)煙氣排放物成份調(diào)查:對(duì)各煙囪排放物的介質(zhì)成份進(jìn)行調(diào)查,可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢的排放物記錄手冊(cè)中查找。首先調(diào)查其生產(chǎn)工藝,對(duì)煙氣中SO2濃度的進(jìn)行測(cè)量,判斷現(xiàn)有構(gòu)造的防腐蝕能力;通過(guò)整體檢查后,對(duì)有懷疑的部位鉆取芯,檢查各構(gòu)造層材料的性能,腐蝕情況,砌筑體的密實(shí)程度,尤其砌塊縫隙膠泥的飽和程度,并進(jìn)行安全性能評(píng)估。當(dāng)煙氣溫度低于150℃時(shí),內(nèi)襯材料腐蝕與煙氣中含有的SO2濃度有關(guān),并且和生產(chǎn)工藝也密切相關(guān)。
當(dāng)煙氣中SO2含量大于1000ppm(燃煤含硫量大于1.5%)時(shí),煙氣屬于中等以上腐蝕,內(nèi)襯應(yīng)使用耐酸砌塊和耐酸混凝土膠泥;
當(dāng)煙氣中SO2含量大于500ppm(燃煤含硫量大于0.75%)小于1000ppm時(shí),煙氣屬于中等以下腐蝕,內(nèi)襯應(yīng)使用耐酸陶土磚、漂珠陶土磚、粘土耐火磚及漂珠輕質(zhì)耐火磚和耐酸膠泥砌筑;
(5)環(huán)境類別調(diào)查:在對(duì)煙囪評(píng)定必須對(duì)其結(jié)構(gòu)使用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和檢測(cè),調(diào)查內(nèi)容主要為該區(qū)域的氣象條件和建筑物周邊的工作環(huán)境兩個(gè)層次。包括日照產(chǎn)生的煙囪陽(yáng)面與陰面的溫度差及冬季最低溫度,這兩個(gè)溫度指標(biāo)均可通過(guò)生產(chǎn)單位的記錄手冊(cè)中查得,或者按照所在地區(qū)的氣象部門的歷史資料進(jìn)行取值,由其歷年來(lái)的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)。
3.2 鋼煙囪檢測(cè)
3.2.1 表觀質(zhì)量檢測(cè)
用觀測(cè)混凝土煙囪的方法對(duì)鋼煙囪進(jìn)行檢測(cè),鋼煙囪表觀損傷包括:鋼材涂裝與銹蝕、構(gòu)(桿)件變形、裂縫、鼓包、連接的變形及損傷等。鋼煙囪的溫度場(chǎng)檢測(cè)、溫度場(chǎng)檢測(cè)方法同混凝土煙囪檢測(cè)。
3.2.2 結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)
在表觀質(zhì)量檢查時(shí),應(yīng)重點(diǎn)檢查牛腿、焊縫、節(jié)點(diǎn)處的裂縫情況,當(dāng)有懷疑時(shí),用滲透法重點(diǎn)復(fù)查。對(duì)于焊接連接,應(yīng)檢查連接板變形損傷、銹蝕損傷、焊縫開裂損傷等;對(duì)于螺栓(鉚釘)連接,應(yīng)檢查連接板滑移變形、螺栓松動(dòng)斷裂和脫落;對(duì)于高強(qiáng)螺栓連接,還應(yīng)檢查螺栓終擰標(biāo)志。螺栓松動(dòng)斷裂可采用錘擊的方法檢查;對(duì)于高強(qiáng)螺栓連接,可以采用放松—重新緊固法評(píng)估螺栓拉力水平,必要時(shí),可以進(jìn)行再生螺栓檢驗(yàn)。
3.2.3 其它性能檢測(cè)
鋼煙囪的煙氣排放物介質(zhì)成份及環(huán)境類別調(diào)查方法同混凝土煙囪檢測(cè)方法,如有需要,在不危及結(jié)構(gòu)安全和正常使用的條件下,可以采用微破損法進(jìn)行檢測(cè),即在已有結(jié)構(gòu)構(gòu)件上切取試樣,應(yīng)保證所取試樣具有代表性,所切取試樣的原始自然狀態(tài)避免受到擾動(dòng),防止塑性變形、硬化等作用改變其性能。
4 煙囪綜合評(píng)定分析
4.1 評(píng)定要點(diǎn)
(1)在使用歷史上出現(xiàn)下列問(wèn)題時(shí),應(yīng)重點(diǎn)復(fù)測(cè):
a、煙氣性質(zhì)發(fā)生變化、溫度和排放速度不符合設(shè)計(jì)要求;
b、煙囪爆炸、積灰中出現(xiàn)雜物;
c、積灰潮濕;
d、煙囪附近進(jìn)行爆破、打樁等產(chǎn)生振動(dòng)沖擊的作業(yè);
e、煙氣的二次燃燒。
(2)地基基礎(chǔ)應(yīng)著重檢查侵水沉陷、腐蝕和燒損情況,當(dāng)有地下煙道時(shí)尚應(yīng)檢查基礎(chǔ)及筒身根部的溫度、開裂及蝕損。
(3)筒身和內(nèi)襯(包括隔熱層)應(yīng)首先根據(jù)使用歷史調(diào)查和檢查結(jié)果,對(duì)其完好程度和工作性能做出判斷,再?zèng)Q定是否對(duì)其重點(diǎn)復(fù)測(cè)。
(4)囪帽應(yīng)著重檢查疏松破損情況。
(5)附屬設(shè)施(包括爬梯、避雷接地設(shè)施、航空標(biāo)志及各種平臺(tái))應(yīng)著重檢查錨固、連接變形和銹蝕情況。
4.2 評(píng)定結(jié)論
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)煙囪設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)采集資料,采用文字、照片等方法記錄煙囪和主要構(gòu)件的損壞部位、范圍和程度。其結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能的檢測(cè)項(xiàng)目,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算的需要確定,必要時(shí)應(yīng)根據(jù)煙囪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立驗(yàn)算模型,按其結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能和使用荷載的實(shí)際狀況,根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。依據(jù)驗(yàn)算的結(jié)果,分析煙囪損壞的原因,綜合判斷煙囪結(jié)構(gòu)損壞狀況,確定危險(xiǎn)程度。
一般來(lái)講,煙囪筒身(包括鋼煙囪的塔架)項(xiàng)目的鑒定包括承載能力、裂縫和傾斜3個(gè)子項(xiàng),在日常檢測(cè)工程中,通常以各子項(xiàng)的最低級(jí)確定該項(xiàng)目的評(píng)定等級(jí)。煙囪的內(nèi)襯的損壞程度也是影響煙囪的正常使用的重要部分,因此,煙囪的單元的可靠性評(píng)定等級(jí)宜以地基基礎(chǔ)、筒身、內(nèi)襯3個(gè)項(xiàng)目評(píng)定等級(jí)中最低級(jí)為該單元的評(píng)定等級(jí)。綜合以上評(píng)定結(jié)果,在評(píng)估報(bào)告中應(yīng)依次給出各煙囪相關(guān)檢查鑒定結(jié)論、處理建議或解決方案。