2024年10月16-19日,“中国文物保护技术协会第十二次学术年会”在甘肃省敦煌市成功举办。其中,由文物建筑安全检测鉴定与抗震评估专业委员会组织的不可移动文物勘察与评估分会场学术研讨于10月18日召开,来自全国各文博单位、科研院所、高校等百余人参加了会议。
分会场学术研讨为期一天,共分为五场。首先,文物建筑安全检测鉴定与抗震评估专业委员会主任委员、中冶检测研究总院有限公司、中冶检测认证有限公司副总工程师张文革做了简短的开场致辞,对与会专家学者表示了热烈的欢迎。
上午第一场学术研讨由中冶建筑研究总院有限公司副总工程师张文革、陕西省文物保护研究院研究员齐扬主持。
苏州大学建筑学院讲师王诗若首先作了《基于深度学习的建筑遗产病害检测应用研究——以苏州近代砖质建筑为例》报告。他对苏州近代砖质建筑作为历史悠久的建筑遗产,受地区气候和人为使用等多方面因素的影响,常常面临各类病害问题做了简要阐述。并研究整合三维激光扫描、倾斜摄影和深度学习模型等技术手段,提出了更为完善的病害检测应用方法。采用YOLOv8算法建立人工智能病害检测模型,以提高病害检测效率;结合三维激光扫描和倾斜摄影技术,弥补人工目视检测的局限性;提出病害数据量化分析和预防性保护理念下的实时监测流程。为苏州近代砖质建筑的保护提供了科学依据和技术支持,同时也为近代砖质建筑遗产的保护提供了新的思路和方法。
广东民间工艺博物馆研究馆员黄海妍作了《城市轨道交通建设中文物建筑安全监测及应对研究——以广州陈家祠为例》报告。她汇报了广州轨道交通建设运营中对全国重点文物保护单位陈家祠建筑安全实施的多种监测手段入手,对监测设计和相关管理进行技术和经验教训总结,以探讨我国南方城市轨道交通建设中为保障周边文物建筑安全所采取的监测手段,并提出应对或改进路线。陈家祠安全监测是城市轨道交通建设运营中文物建筑安全监测的典型案例,在地铁8号线北延段陈家祠站建设和运营期间,陈家祠的管理单位开展了长达9年的建筑安全监测,采取了沉降、倾斜、裂缝、振动、地下水监测等多种监测手段,人工监测与传感器监测并行,积累了大量数据,提出了相关技术路线,并对监测发现问题进行了研究和解决,同时不断优化技术路线,验证主要监测手段的安全阈值,总结出具有一般意义的、可推广的安全监测模式。
南京工业大学土木工程学院高级工程师刘杏杏作了《针叶材木构件微钻阻力检测技术及强度取值方法研究》报告。他提出微钻阻力检测技术是一种检测木构件强度的无损检测方法,然而现有检测技术多局限于特定树种,在古建筑木结构中的检测应用中存在限制。本文挑选了木结构建筑中常用的杉木、落叶松和花旗松三种木材作为试验材料,每个树种均制作了53个清材试样进行微钻阻力试验和力学性能试验,通过将阻力值与木材物理力学性能的回归分析,发现微钻阻力值的平均值与木材密度之间存在着极高的线性相关性,同时微钻阻力值与木材的抗弯强度及抗弯弹模也展现出显著的线性相关性。对三种树种的微钻阻力值与力学性能进行统一回归分析,发现针叶材统一的力学性能回归方程相关系数均高于单一木材,提出了针叶材统一的力学强度回归计算公式;通过对数似然检验法,确定了杉木、落叶松和花旗松抗弯强度与微钻阻力值的最优拟合分布均为对数正态分布,基于对数正态随机样本得出抗弯强度标准值的计算方法,并引入置信度水平检验木结构构件测区测点取样数,并对现行木结构现场检测方法进行验证并提出改进措施。
上午的第二场报告由中冶建筑研究总院有限公司文史建筑部部长吴婧姝、中国文物信息咨询中心总经理梁涛主持。
中冶建筑研究总院有限公司高级工程师郭婷作了《古建筑木结构斗栱加固方式有效性分析》报告。她认为斗栱在古建筑木结构中承受上部檩条传递下来的竖向荷载,通常处于偏心受荷状态,易发生沿出挑方向的歪闪和倾斜,影响结构安全性能。为此,文保工作者试图通过在斗栱下方增设擎檐柱或在斗栱上部设置拉结件等方式缓减斗栱的歪闪程度。本文以两处古建筑结构斗栱为例,分别采用数值分析和实时监测方法,评估分析上述两种加固方式的有效性。
南京工业大学与淮阴工学院联合培养研究生张朝凯作了《基于机器学习的石砌古城墙空间位移场拓展与构建》报告。他认为结构健康监测对于古建筑保护至关重要,但对于古城墙这类大型建筑物普遍存在监测数据稀缺问题。本研究对海龙屯遗址中的万安关古城墙开展了现场勘察,设计并开展了三组古城墙加载模拟实验,采用Digital image correlation (DIC)获取了实验过程中的完整位移数据,只利用其中少量监测点的数据对空间位移场进行了拓展与构建。该过程提出了一种基于少量监测数据的古城墙空间位移场拓展与构建方法,并使用完整的DIC数据进行了验证。结果表明,该方法能够在仅有少量监测数据的情况下,实现高精度的位移场数据扩展和监测数据可视化,为古城墙的结构健康监测提供了科学依据,并对类似结构的工程监测具有重要的借鉴意义。
同济大学建筑与城市规划学院历史建筑保护实验中心博士后王赫宇作了《石质雕像开裂病害的“热-力”关联性研究——以汉白玉雕像为例》报告。他认为不可移动石质雕像是文化遗产的重要组成部分,太阳辐射、温湿度等环境因素的变化改变了环境的稳定性,更容易导致文物病害的发生,威胁文物存续,病害机理的分析直接关系到保护策略评估和制定的准确性。露天环境下石质雕像的开裂多为剧烈温差导致,温差的频繁变化进一步加剧了雕像的开裂,而所形成的裂缝又促进了温差的产生,二者具有明确的相关性和耦合性。报告以上海市某汉白玉雕像的开裂病害为例,采用理论分析、现场测试和数值模拟的方法探讨剧烈温差与石材开裂力学特征的关联性,分析雕像开裂的基本成因,建立石材的“热-力”关联函数,为由温度引发的石质雕像开裂机理分析奠定理论依据。
下午的第一场报告由北京国文信文物保护有限公司所长杨强义、兰州理工大学教授崔凯主持。
故宫博物院故宫世界遗产监测部馆员王中金作了《候变化下故宫遗产的监测应对与韧性初探》报告。他提出气候变化对文化遗产的威胁日益增强,在全球变暖的大背景下,北京故宫区域内冷暖交替、旱涝急转、强风暴雨的现象明显,对保护管理造成了不少难题,通过遗产监测开展风险与脆弱性评估,有助于优化遗产地的气候适应框架,基于本体监测的重大需求,开发了故宫局地风场解析、本体结构实时监测、文物内部水分监测、建筑表面病害监测4项新技术,以提高遗产地保护管理人员风险应对的能力,将本体数据与环境数据进行协同分析,提高了对遗产微观状态的认知,初步探索了遗产自身的韧性。
兰州大学教授、博士研究生导师张景科作了《毛细水作用下兰州市白衣寺塔塔基古砖风化机理研究》报告。他提出我国的青砖古建筑种类多、分布广、数量大。然而,部分古建筑青砖面临着严重的风化问题,亟待治理与修复。本研究以兰州市白衣寺塔为例,对毛细水长期作用下的古建筑青砖劣化机理进行研究。首先对白衣寺塔赋存环境进行现有资料的整理与分析,结合进行的地球物理勘探等手段,探究场地的地层分布以及地下水径流补给排泄条件。而后依据环境数据(温度、湿度等)及现场精细化病害调查结果,在上述的基础上通过室内盐循环以及冻融循环,对青砖的劣化进行分析。最后从原位测试,赋存环境,室内试验三个方面对白衣寺塔塔基古砖的风化机理进行综合分析。
东南大学博士研究生高晓月作了《传统木廊桥风振性能研究》报告。她提出木廊桥是中国传统桥梁的一种主要类型,具有重要的历史价值、艺术价值和科学价值,由于其结构轻柔,特别容易受到风荷载的威胁。然而,现有对于传统木廊桥的研究大多着眼于其历史艺术价值和建造技术工艺等方面,鲜有对于其结构性能的研究,尤其缺乏风作用下木廊桥响应性能的深入研究。为研究中国传统木廊桥的风振性能,针对不同廊桥桥跨结构和廊屋开敞情况开展刚体模型测压风洞试验,利用MATLAB软件结合有限元分析得到其风振响应。结果表明:在大部分情况下可不考虑桥跨结构形式对廊桥屋顶风压的影响,全开敞、半开敞和全封闭三种状态下廊桥屋顶所受负风压依次递增;风荷载对三节苗和五节苗两边最外侧的斜苗影响较大,对五节苗平苗的影响较大,强风作用下传统木拱廊桥的时程计算风振系数为1.43~1.75,由此可见木拱廊桥风动力效应不容忽视。
下午的第二场报告由中冶建筑研究院总院有限公司高级工程师白晓彬、北京国文信文物保护有限公司副总经理戚军主持。
沈阳建筑大学建筑学在读研究生刘慧作了《沈阳故宫台上五宫高台砖墙营造与典型病害分析研究》报告。她提出沈阳故宫早期建筑是由努尔哈赤和皇太极两代皇帝在满清入关前兴建和使用的宫殿,是清王朝肇兴的实物见证。沈阳故宫地处严寒地区,高台砖墙受风吹日晒雨淋、冻融循环等自然因素影响,以及排水不畅和使用不当等人为因素影响,致墙体产生开裂、酥碱等病害。汇报选取高台砖墙为研究对象,分析营造作法与典型病害。结合文献和实地调查,梳理墙身、女儿墙、更道和台阶的营造作法:墙体砌筑方式、墙面艺术形式和墙体结构等。实地调查发现,高台四面墙体病害类型大致为材料劣化病害、结构病害和生物病害等,且每面墙体病害类型和程度有一定差异。在现场勘察基础上,采用多种实验方法进行检测,以2024年剔补青砖为样本,分析病害成分和微观形貌变化,及不同温湿度条件对墙体病害的影响。
机械工业勘察设计研究院高级工程师王龙作了《木结构古建筑检测保护关键技术研究》报告。为更准确地掌握古建筑木构件内部残损状况,以落叶松原木矩形截面方盘为对象,采取逆向试验的方法,探讨应力波仪在默认参数设置条件下对图像模拟的灵敏度和精确度,提出了基于神经网络的计算模型。研究表明:根据应力波图像可对木构件内部损伤位置进行分析,但对内部损伤类型、形状及尺存检测存在误差,其检测精度与实际损伤面积截面面积占比、传感器数量及损伤轮廓形状有关;利用神经网络技术建立用于判别木构件内部损伤程度的模型,不仅可以验证损伤类型,对内部损伤面积的检测也起到修正的作用。研究成果有利于木结构古建筑进行预防性保护以及将检测方法由定性转为量化分析,实现木构件内部缺陷的精确化判定,为实际工程的修缮加固方案提供有效数据支持。
陕西省建筑科学研究院有限公司特种公司总经理、总工程师边兆伟作了《交通激励作用下西安钟楼振动响应分析》报告。他认为钟楼是西安的标志性古建筑,作为国家重点保护文物,具有重要的历史文化价值。为评估地下轨道和地面交通振动对古建筑木结构的影响,本报告以西安钟楼为研究对象,综合运用现场振动测试和有限元数值模拟的方法,研究了西安钟楼高台基和主体木结构的动力特性,以及地下轨道和地面交通不同运行模式下的动力响应规律,并依据国家相关规范对其振动相应进行了评估。研究成果可为西安钟楼预防性保护提供理论依据,为类似高台基木结构保护提供参考。
下午的第三场报告由中冶建筑研究总院有限公司高级工程师郭婷、故宫博物院监测部馆员王中金主持。
扬州中国大运河博物馆 大运河文化研究部馆员朱志保作了《江苏六朝石刻保存现状调查》报告。汇报指出江苏境内的六朝石刻,多数一直露天保存,长期处于多雨的潮湿环境中,导致六朝石刻文物本体出现了开裂、脱落、溶蚀、粉化、龟裂、微生物污染等病害。尤其近三十年来,随着工业高速发展,南京及周边区域大气中的酸性物质增加,致使六朝石刻的保存状况堪忧。因此,开展六朝石刻本体及其赋存环境的现状调查,对于其保护工作尤为重要。
知洲数联(北京)科技有限公司总经理、研究总监张爽作了《故宫养心殿建筑环境CFD模拟分析研究》报告。她汇报了在故宫博物院“养心殿研究性保护项目”中,采用了计算流体力学(CFD)这一创新方法,以探明古建筑与环境的交互作用,评估建筑环境风险,支撑环境整治措施的制定。基于CFD的仿真能力和多变量控制优势,团队预设了不同的环境变量和保护管理条件,如隔绝水源、开窗通风等,获取了多维度的环境仿真数据。这不仅有助于明确建筑病害的环境成因,也为环境整治方案提供了科学依据。
湖北省古建筑保护中心勘察设计部主任,副研究馆员谢辉作了《不可移动文物真实性勘察研究路径初探——以明清襄阳城墙为例》报告。以明清襄阳城墙真实性的勘察研究工作为出发点,通过对测量技术、检测分析技术、文物病害勘察技术等技术体系的综合运用,对文物的历史沿革、发展变化、形制结构、保存状态、环境影响等内容进行全面勘察与研究分析。真实、完整地反映明清襄阳城墙的原状与现状信息。为明清襄阳城墙今后的考古调查与发掘、规划编制、保护工程设计与施工,保护措施的合理性和有效性评估、出版发行及虚拟修复等一系列文物保护行为,提供全面基础资料支持。也为相关勘察研究工作技术路线和实施路径的制定提供参考经验。
在会议的闭幕环节,中国文物保护技术协会常务理事、抗震评估专业委员会主任委员张文革对15位专家的报告进行了总结。本次学术研讨会集中展示了我国在不可移动文物领域的最新研究成果,包括勘察、监测、结构计算分析和安全评估等方面。这些成果不仅彰显了我国在文物保护技术进步方面的成就,也为未来的学术合作和技术发展奠定了坚实的基础。通过此类研讨,我们能够进一步促进知识共享,加强合作,从而推动文物保护技术的创新与发展。
供稿:吴婧姝