于其飛　趙慶雙

摘要：古建筑是中華五千年建筑文明的結(jié)晶，是重要的文化遺產(chǎn)，擁有著巨大的研究價值和精神意義，而對于古建筑的在線監(jiān)測保護就顯得尤為重要。目前我國對與古建筑的在線監(jiān)測技術(shù)研究尚處于起步階段，在此背景之下，該文提出目前古建筑檢測的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，對三維信息采集技術(shù)、病害微損檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動報警技術(shù)、DH5965在線監(jiān)測系統(tǒng)做出了闡釋說明。

關(guān)鍵詞：價值；遺產(chǎn)保護；受損；在線監(jiān)測

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）14-0189-02

1概述

中國是歷史悠久的文明古國，建筑是中國文明發(fā)展的見證，從山洞、茅草房到土坯房、木結(jié)構(gòu)的房舍再到現(xiàn)在的摩天大樓。建筑的面貌以及構(gòu)造、功能都隨著時代的發(fā)展而日新月異，但作為擁有5000多年歷史的文明古國，前人的一些高超的建造技藝仍然是后人無法超越的。茅草房、土坯房等由于其耐久性較差，現(xiàn)存的遺跡已經(jīng)寥寥無幾，而凝聚古人智慧的擁有優(yōu)秀耐久性的木結(jié)構(gòu)古建筑就承載起了華夏建筑文明，保護古建筑也隨之成為大家迫切關(guān)注的事情。古建筑的卯榫結(jié)構(gòu)既穩(wěn)定堅固又具有任性，這建筑技藝就是現(xiàn)代也只能是望其項背，但是木質(zhì)的建筑結(jié)構(gòu)再怎么結(jié)實也經(jīng)受不住風(fēng)吹日曬，建筑有了損壞如果還不能及時補救后果則不堪設(shè)想，古建筑在線監(jiān)測技術(shù)尤為重要。

檢測技術(shù)從以前傳統(tǒng)的目視、敲擊到現(xiàn)在較為先進的儀器檢測，隨著科技的發(fā)展檢測的技術(shù)也是多種多樣。我國的在線監(jiān)測技術(shù)起步較晚，國外的建筑工作者早在20世紀(jì)60年代便開始用應(yīng)力波進行實地的檢測。到2000年我國才自主研發(fā)出第一臺應(yīng)力波時間測定儀。我國超聲波檢測方法的研究始于20世紀(jì)80年代，目前與古建筑檢測有關(guān)的研究成果為數(shù)不多，相關(guān)在線監(jiān)測的技術(shù)應(yīng)用也是最近幾年才開始的，所以此課題值得開拓的研究空間還是很多的。

2古建筑的主要結(jié)構(gòu)形式及受損的主要原因

2.1古建筑的主要結(jié)構(gòu)形式

從洞穴、草棚到房舍、樓閣、高塔，隨著人類文明的進步，基于滿足人們遮風(fēng)擋雨生存需求的居住場所也隨著人類的發(fā)展而發(fā)展，變得五彩斑斕豐富而又多彩！而中華大地上現(xiàn)存的這些古建筑也就成了承載我國建筑歷史與偉大智慧的重要文化遺產(chǎn)，是古建使用及其維護全過程古文化的最大集裝載體！我國幅員遼闊，人文地理環(huán)境復(fù)雜，古建筑的做法難免會因地域而呈現(xiàn)出差異性，如果忽略少數(shù)特別做法（如木楞疊摞井干式構(gòu)造等），則主要分為兩類：一是北方地區(qū)使用較多的抬梁式作法，二是多用于南方地區(qū)的穿斗式作法。前者較后者的作法更為成熟，克服了一些穿斗式的缺點，在使用上也更為廣泛。

眾所眾知，古建筑的建筑材料使用最多的就是木材，柱和梁這兩個主要的受力構(gòu)架皆為木材所制。墻有土墻（夯土或土坯）、磚墻、石墻、木墻、編條夾泥墻等。地基處理的方法也是多種多樣，有換土法、密實加固法、灰土擠密樁法等，地基基礎(chǔ)的做法有夯土基礎(chǔ)、灰土基礎(chǔ)、砌筑基礎(chǔ)、筏型基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等，部分已經(jīng)和現(xiàn)代基礎(chǔ)作法十分類似。

2.2古建筑受損的主要原因

2.2.1人為因素

房地產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，土地地貌被人為改變，古建筑也受到牽連。旅游業(yè)的發(fā)展對于古建筑的損壞更是不可小覷，巨大的人流量對建筑物的負(fù)荷可想而知，加之一些人的保護意識淡薄，古建筑的受損成了家常便飯。另外，城市規(guī)劃使得城市的社會人文環(huán)境遭到一定的影響，經(jīng)歷了歲月的變遷，城市形成了較為復(fù)雜的社會人文環(huán)境，這對于城市的發(fā)展是十分有意義的，古建筑與現(xiàn)代事物的相互融合與碰撞呈現(xiàn)出別樣的意味，但這些意味也正在伴隨著舊城區(qū)的改造而慢慢消失。

2.2.2自然因素

風(fēng)吹日曬、雨打潮濕、外力破壞等因素會造成油漆地仗龜裂、破損、剝落；潮濕的環(huán)境會導(dǎo)致木構(gòu)架的木柱柱根糟朽、柱身劈裂折斷、檁條彎垂腐朽、枋子彎垂缺失、木構(gòu)架傾斜拔榫等情況；地基承載力變化、地下水影響、樹根生長、地下管線、外力破壞等因素會導(dǎo)致古建筑基礎(chǔ)沉降和破碎。經(jīng)歷長時間的日曬風(fēng)吹以及雨淋、地震、溫差的變化加之沙塵的侵蝕、風(fēng)化，這種種的影響因素會造成建筑結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，外部構(gòu)件的氧化、污染、腐爛，裝飾構(gòu)件褪色、脫落等。大自然的侵蝕是我們文化遺產(chǎn)保護事業(yè)上不得不考慮也是必須要面對的挑戰(zhàn)。

3古建筑在線監(jiān)測技術(shù)的探索

3.1以DH5965在線監(jiān)測系統(tǒng)為例

目前此項檢測技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，并且開始面向市場。本項目監(jiān)測的參數(shù)有：結(jié)構(gòu)裂縫，沉降，位移，溫度和風(fēng)向風(fēng)速。監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析軟件組成。DH5965在線監(jiān)測系統(tǒng)將被測信號采集后，將數(shù)據(jù)光纖傳輸至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器保存數(shù)據(jù)，通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸，所有能夠連接互聯(lián)網(wǎng)的用戶均可遠(yuǎn)程觀測、處理數(shù)據(jù)。

裂縫監(jiān)測選用DH1205電阻式表面應(yīng)變計。DH1205電阻式表面應(yīng)變計廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、鐵路、交通、水電、大壩等工程領(lǐng)域的各種鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變測量，測量安裝點的線性變形（應(yīng)變）與應(yīng)力。該傳感器具有輸出靈敏度極高、線性好、穩(wěn)定性好、構(gòu)造簡單、安裝使用方便等優(yōu)點。

沉降監(jiān)測選用HCA528T傾角傳感器。HCA528T是一款高精度雙軸傾角傳感器，輸出采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電器接口4～20mA，可長距離傳輸達2000米。

位移監(jiān)測選用2D001磁電式速度傳感器，用該傳感器選擇速度檔測量，可將得到的值做積分，得到動位移；選擇加速度檔可測量建筑的振動。它主要用于地面和結(jié)構(gòu)物的脈動測量，一般結(jié)構(gòu)物的工業(yè)振動測量，高柔結(jié)構(gòu)物的超低頻大幅度測量和微弱振動測量。

溫度監(jiān)測選用JCJ100TW溫度傳感器。JCJ100TW簡易式溫度傳感器（又稱溫度探頭）采用不銹鋼金屬外殼封裝，內(nèi)部填充絕緣導(dǎo)熱材料密封而成。它具有體積小巧、反應(yīng)靈敏、種類豐富、防水抗震等特點，可廣泛用于環(huán)境溫度、氣體溫度、液體溫度、物體表面溫度、冷凍冷藏溫度等各種類型的溫度測量。

3.2三維信息采集技術(shù)

三維激光、攝影、光柵采集與成型技術(shù)構(gòu)成三維信息采集技術(shù)。

三維激光采集技術(shù)：是利用激光束的高精度測距原理獲取對象的幾何形體空間信息。測技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可進行從小結(jié)構(gòu)到大型建筑的精確掃描，范圍可以達到0.2m至2000m，精度可以達到0.02mm。

攝影采集技術(shù)是在原有攝影測量技術(shù)基礎(chǔ)上與計算機技術(shù)相結(jié)合的幾何測量成型技術(shù)。對古建筑的直觀外形、色彩、材質(zhì)等信息進行直觀的采集和檢測，可進行三維激光采集技術(shù)無法檢測的建筑物裝飾破壞以及建筑外表真實信息的采集，信息的原真度高，但信息的采集對環(huán)境的光條件有一定的要求。

光柵采集與成型技術(shù)是利用光柵與計算機算法結(jié)合形成的幾何形體采集成型技術(shù)。其主要的測量對象僅限于結(jié)構(gòu)尺寸較小的建筑結(jié)構(gòu)，有一定的使用約束。

3.3病害微損檢測技術(shù)的應(yīng)用

針對古建筑的損害監(jiān)測以往的舊方法是采取人工敲擊、目測、手算、簡單實驗、聽聲判斷的方法，只有經(jīng)驗、資質(zhì)頗深的老師傅得出的結(jié)果才具有信服力。對于微損檢測常用的方法是使用應(yīng)力波儀和微鉆阻力儀共同進行檢測，此方法可以較為準(zhǔn)確檢測木結(jié)構(gòu)的病害，還可得出檢測構(gòu)件的彈性模量、抗彎抗剪強度等力學(xué)數(shù)據(jù)。而對于磚石結(jié)構(gòu)則可以運用Tersis儀、斷層超聲成像儀、地質(zhì)雷達等進行其病害的檢測。

而與其對應(yīng)的無損檢測在3.1部分已經(jīng)給出闡述，即通過整合計算機技術(shù)、信息傳輸、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、GIS技術(shù)、多終端信息共享處理技術(shù)建立起的病害無損在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3.4互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)，作為一個新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，被我國政府關(guān)注是從2008年開始的。在一個物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)中，人們將目標(biāo)事物與網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)對目標(biāo)事物實時狀態(tài)的掌握，方便人們對其的管理與控制。檢測過程的各個環(huán)節(jié)通過云平臺與人們手中的手機APP、計算機等媒介實現(xiàn)信息的及時傳輸與共享，以針對建筑的狀況及時作出補救措施。運用手機APP或電腦多終端遠(yuǎn)程控制監(jiān)測古建筑的實時狀態(tài)，極大地提高了數(shù)據(jù)處理的便捷性、使得信息的傳遞更加快捷、及時，滿足管理研究人員的信息獲取需要。

3.5古建筑損壞自動報警系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）有時又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)能夠為古建筑損壞報警系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化、空間化、網(wǎng)絡(luò)化的實用工具。在GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上建立古建筑的實時監(jiān)測報警系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將系統(tǒng)服務(wù)器與移動客戶端相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與管理。

古建筑損壞自動報警系統(tǒng)主要由古建筑損壞檢測系統(tǒng)和古建筑檢測損壞預(yù)警系統(tǒng)組成，對雨量、水位等氣候影響因素進行實時監(jiān)測，再通過信息傳輸共享平臺進行傳輸，實現(xiàn)實時監(jiān)測信息的共享。氣候條件是古建筑損壞的主要影響因素，如

2.2.2所述，潮濕的環(huán)境會使建筑的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)生龜裂、剝落，使木柱腐朽、劈折等情況，所以建立古建筑周邊水情監(jiān)測站是十分有意義的。

4古建筑在線監(jiān)測技術(shù)的分析對比

三維幾何信息采集技術(shù)對于古建筑的在線監(jiān)測有一定的用武之地，但由于其對于大尺寸或是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，三維信息的采集不夠準(zhǔn)確，其主要還是應(yīng)用于建筑物的修繕工作。病害微損檢測技術(shù)已較為成熟，但其設(shè)備較為龐大，會對建筑造成一定的損傷，也無法做到實時監(jiān)控。相比較之下，運用計算機技術(shù)、信息傳遞平臺技術(shù)、傳感技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等手段建立起來的可持續(xù)采集信息的在線監(jiān)測技術(shù)才是最佳選擇。在線監(jiān)測可將自動報警系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無損，微損技術(shù)、信息采集等各項技術(shù)融為一身，去其糟粕，取其精華，建立愈來愈完善的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

5結(jié)束語

古建筑是中華文明的燦爛瑰寶，是重要的文化遺產(chǎn)，保護古建筑是我們義不容辭的責(zé)任。作為中華兒女，利用所學(xué)知識去研究保護古建筑的技術(shù)方法是值得我付出行動與汗水的事。古建筑在線監(jiān)測值得學(xué)者們?nèi)パ芯?、去思考，相信不久的將來中國的古建筑會永遠(yuǎn)屹立。