文章來源：中國航天科技(ji)集(ji)團公司 發布時間：2016-11-17
故宮博物(wu)院是我國最大的(de)古文(wen)物(wu)和(he)古建(jian)筑(zhu)博物(wu)館(guan)，歷史悠(you)久(jiu)，具有極(ji)高(gao)的(de)文(wen)物(wu)保護(hu)價值(zhi)。由于年代久(jiu)遠(yuan)，部分(fen)古建(jian)筑(zhu)出(chu)現了傾斜(xie)、開裂等問(wen)題。專家迫切(qie)希望(wang)尋找一(yi)種對古建(jian)筑(zhu)的(de)健康狀(zhuang)況(kuang)進(jin)(jin)行無損、快速、有效和(he)可靠(kao)的(de)診斷分(fen)析手(shou)段(duan)，以便提前對古建(jian)筑(zhu)進(jin)(jin)行診斷，及時(shi)發現并積極(ji)采取(qu)預防措施進(jin)(jin)行保護(hu)和(he)修(xiu)復。
就在近日，一(yi)種利用光纖傳感技(ji)術對故(gu)宮古(gu)建筑進行監(jian)測(ce)的手段被評審組專(zhuan)家(jia)一(yi)致看好，并被評定為“技(ji)術方案(an)(an)合理、監(jian)測(ce)效果良好”。該項(xiang)目方案(an)(an)正是(shi)利用航天技(ji)術，由中國航天科技(ji)集(ji)團公司九院物聯(lian)網研(yan)究院組織、九院13所負責項(xiang)目技(ji)術方案(an)(an)和(he)工程實施的。
誰來(lai)為故(gu)宮做“健康體檢”
由(you)于古建筑的(de)特殊性(xing)，傳統的(de)人(ren)工巡檢方式和電(dian)傳感器手段都不能很(hen)好滿足文物保護的(de)要求。
傳統的(de)文物(wu)保護主(zhu)要(yao)是通過定期人(ren)工巡檢、目測古建(jian)筑健康狀(zhuang)況的(de)方式開展的(de)，目前通常采用電(dian)阻應變(bian)片等電(dian)傳感器對(dui)大(da)型建(jian)筑物(wu)的(de)傾(qing)斜、變(bian)形(xing)和裂(lie)縫進行檢測。故(gu)宮博物(wu)院的(de)古建(jian)筑大(da)多是木材和磚石混合結(jie)構(gou)，如(ru)果采用電(dian)傳感器就會(hui)不可避免地(di)引入弱(ruo)電(dian)信(xin)號(hao)，存(cun)在火災隱患，這(zhe)是古文物(wu)保護工作中的(de)大(da)忌(ji)。
光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)傳感(gan)技術(shu)是(shi)利(li)用光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)作為(wei)(wei)敏感(gan)元件，來感(gan)知被測物(wu)體的(de)形變和溫變的(de)手(shou)段。作為(wei)(wei)建筑(zhu)物(wu)結(jie)構健康(kang)監(jian)測的(de)新型監(jian)測設備之一，光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)傳感(gan)器具有體積小、精(jing)度高(gao)、感(gan)知端“無源”、非(fei)介(jie)入式(shi)監(jian)測、無需現場通電(dian)和本征安(an)全等特點，可在易燃、易爆的(de)環境中工作。
13所是國(guo)家科(ke)技部先進光(guang)(guang)電(dian)子技術示范型國(guo)際科(ke)技合(he)作基地(di)、集團公司宇(yu)航光(guang)(guang)電(dian)子器件可靠性檢測與失(shi)效(xiao)分析中心和北京市光(guang)(guang)纖傳感系(xi)統工(gong)程技術研(yan)(yan)究中心。該所在(zai)(zai)光(guang)(guang)纖傳感技術研(yan)(yan)發(fa)與應(ying)用方面，在(zai)(zai)國(guo)內擁有(you)較為雄厚的(de)(de)實力，研(yan)(yan)發(fa)的(de)(de)系(xi)列光(guang)(guang)纖傳感器產(chan)品不僅在(zai)(zai)航天型號上得到了應(ying)用，而且還在(zai)(zai)智能電(dian)力、石油化工(gong)、安全(quan)生產(chan)和橋(qiao)梁等多個民用領域(yu)發(fa)揮了積(ji)極的(de)(de)作用。
在(zai)該項目啟(qi)動(dong)之(zhi)前，13所已承擔并(bing)完成了用(yong)(yong)光纖傳感技術對(dui)桂(gui)林(lin)南洲大橋健康(kang)狀況進行(xing)(xing)在(zai)線監(jian)(jian)測的(de)(de)任務，并(bing)取得了較好的(de)(de)效(xiao)果。不同的(de)(de)是(shi)，這(zhe)次(ci)的(de)(de)用(yong)(yong)戶是(shi)故宮博物(wu)院(yuan)，監(jian)(jian)測的(de)(de)對(dui)象是(shi)古建筑(zhu)。文物(wu)專家(jia)要求(qiu)對(dui)古建筑(zhu)進行(xing)(xing)健康(kang)監(jian)(jian)測時(shi)一(yi)定要做(zuo)到對(dui)文物(wu)的(de)(de)保(bao)護，因此對(dui)文物(wu)的(de)(de)無損監(jian)(jian)測就成為本項目的(de)(de)重(zhong)(zhong)中之(zhi)重(zhong)(zhong)。
13所通過與(yu)故宮(gong)博(bo)物院反(fan)復多(duo)次的研究討論，最(zui)終確定了光纖(xian)傳感技術監測古建筑(zhu)結(jie)構的方案和細節。
“變形量小，故宮狀況相對(dui)穩定”
13所自項(xiang)目(mu)啟動時就成立(li)了(le)“平安故宮”項(xiang)目(mu)團隊(dui)。項(xiang)目(mu)團隊(dui)團結協作(zuo)、攻(gong)堅克難，先后完(wan)成了(le)產品研發、工(gong)程實施、數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)和(he)診(zhen)斷分析工(gong)作(zuo)，在利用先進(jin)傳感(gan)技術保護古建(jian)筑方面取得了(le)突出的研究成果。
在項目(mu)研制過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，13所技(ji)(ji)(ji)術人(ren)員多(duo)次赴(fu)故宮現場勘(kan)察(cha)，積(ji)極請教古文(wen)物(wu)保護專家，突破了(le)(le)“傳(chuan)感器無損傷安裝工(gong)藝”“古建筑應變變形光纖監測技(ji)(ji)(ji)術”等(deng)關鍵(jian)技(ji)(ji)(ji)術。經(jing)過(guo)(guo)一年(nian)多(duo)艱(jian)苦(ku)不懈的努(nu)力(li)，項目(mu)團隊(dui)順利完成了(le)(le)技(ji)(ji)(ji)術方案設計、古建筑工(gong)程(cheng)實(shi)施(shi)及數據采(cai)集監測和(he)分析(xi)工(gong)作。
光(guang)纖傳感技術的采用，實(shi)現了古建筑結(jie)構(gou)形(xing)(xing)變(bian)和(he)裂(lie)縫的高精度測(ce)(ce)量(liang)，精度達(da)到微米級。該項目觀(guan)測(ce)(ce)到古建筑結(jie)構(gou)在外(wai)界影響下發生微小形(xing)(xing)變(bian)情(qing)況。通過理論分(fen)析表明，在觀(guan)測(ce)(ce)期(qi)間(jian)古建筑變(bian)形(xing)(xing)量(liang)較(jiao)小，處(chu)于相對(dui)穩定狀態。
由于采(cai)用(yong)先進的(de)光纖傳感技術，實現(xian)了對古建筑結(jie)構健(jian)康的(de)實時(shi)在線(xian)監測，相(xiang)比人工(gong)目測巡檢，有(you)效地提(ti)高(gao)了工(gong)作效率；同時(shi)，通過在較長時(shi)間內(nei)對古建筑結(jie)構監測的(de)數據進行采(cai)集(ji)并分析，提(ti)高(gao)了對古建筑健(jian)康診斷的(de)科(ke)學(xue)性(xing)和準確性(xing)。
該項工作(zuo)得到(dao)了(le)故(gu)宮博物院“平安(an)故(gu)宮”基金的支持，相關研(yan)(yan)究成果(guo)也得到(dao)了(le)故(gu)宮文(wen)物專(zhuan)家的肯定，故(gu)宮文(wen)物專(zhuan)家表示，希望(wang)雙方(fang)繼(ji)續合作(zuo)，將(jiang)這(zhe)種研(yan)(yan)究工作(zuo)深入推進下(xia)去，為(wei)故(gu)宮文(wen)物保(bao)護(hu)提供(gong)先(xian)進的健康診斷手段。
項目(mu)的(de)實施是故宮博物院首次將先進的(de)光(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)感技(ji)(ji)術引入(ru)古(gu)建筑(zhu)健康監(jian)測和保護領(ling)域(yu)(yu)的(de)一(yi)次探索(suo)，同時為我(wo)國(guo)古(gu)建筑(zhu)結構健康在(zai)線(xian)監(jian)測網絡的(de)建設工(gong)作提供了(le)(le)一(yi)種新的(de)有效(xiao)的(de)監(jian)測手段，有力(li)地拓展了(le)(le)九院物聯網產業和13所光(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)感技(ji)(ji)術的(de)應(ying)用領(ling)域(yu)(yu)，為光(guang)(guang)纖(xian)產品(pin)的(de)后續推廣提供了(le)(le)寶(bao)貴經驗。