文章來源：中國航天科(ke)技集團(tuan)公(gong)司(si) 發布時間：2016-11-17
故宮(gong)博物(wu)院是我國最大(da)的(de)古(gu)文物(wu)和古(gu)建筑(zhu)博物(wu)館，歷史悠久(jiu)，具(ju)有極高(gao)的(de)文物(wu)保護(hu)價(jia)值。由(you)于年代久(jiu)遠，部分古(gu)建筑(zhu)出現了傾斜(xie)、開裂等問題。專家迫切希望尋找一種對古(gu)建筑(zhu)的(de)健康狀況進(jin)行(xing)(xing)無損、快速、有效和可靠(kao)的(de)診斷分析手段，以便提前(qian)對古(gu)建筑(zhu)進(jin)行(xing)(xing)診斷，及時發(fa)現并(bing)積極采(cai)取預防措施進(jin)行(xing)(xing)保護(hu)和修復。
就在近日，一種(zhong)利用光纖傳感(gan)技(ji)術對故宮(gong)古建筑進行監測(ce)(ce)的(de)手段被評(ping)(ping)審(shen)組專家一致(zhi)看好，并被評(ping)(ping)定(ding)為“技(ji)術方案(an)合理、監測(ce)(ce)效果(guo)良好”。該項(xiang)目(mu)方案(an)正(zheng)是(shi)利用航(hang)天技(ji)術，由中國航(hang)天科技(ji)集(ji)團公司九院(yuan)物聯(lian)網(wang)研(yan)究院(yuan)組織、九院(yuan)13所(suo)負責項(xiang)目(mu)技(ji)術方案(an)和(he)工程(cheng)實施的(de)。
誰來為(wei)故(gu)宮做(zuo)“健康體檢”
由于古建(jian)筑的(de)特殊(shu)性，傳統的(de)人工巡檢方式和電傳感器手(shou)段都不能(neng)很好滿足文物(wu)保護的(de)要求。
傳統的(de)文物(wu)保護主(zhu)要是通過定期人工(gong)(gong)巡(xun)檢、目測(ce)古建(jian)(jian)筑(zhu)健康狀況的(de)方式開展的(de)，目前通常采(cai)用(yong)電(dian)(dian)阻(zu)應變(bian)片等(deng)電(dian)(dian)傳感器對大型建(jian)(jian)筑(zhu)物(wu)的(de)傾斜、變(bian)形和(he)裂(lie)縫進(jin)行檢測(ce)。故宮博物(wu)院的(de)古建(jian)(jian)筑(zhu)大多是木材和(he)磚石混合結構，如果(guo)采(cai)用(yong)電(dian)(dian)傳感器就會不可避(bi)免地引入弱電(dian)(dian)信號，存在火(huo)災隱患，這是古文物(wu)保護工(gong)(gong)作中(zhong)的(de)大忌。
光纖(xian)(xian)光柵(zha)(zha)傳感技術是利用光纖(xian)(xian)光柵(zha)(zha)作為敏感元件，來感知被測(ce)物體的形變和(he)溫變的手(shou)段。作為建筑(zhu)物結構健康監測(ce)的新(xin)型監測(ce)設備之一，光纖(xian)(xian)光柵(zha)(zha)傳感器具(ju)有體積小、精度高、感知端“無源(yuan)”、非介入式監測(ce)、無需現場通電(dian)和(he)本征安全(quan)等(deng)特點，可(ke)在易燃、易爆的環境(jing)中工作。
13所是國(guo)家科技部先進光(guang)(guang)電子技術示范型國(guo)際科技合(he)作(zuo)基地、集團公(gong)司宇航(hang)(hang)光(guang)(guang)電子器件可靠性檢(jian)測(ce)與(yu)失效分析中(zhong)心和北(bei)京(jing)市(shi)光(guang)(guang)纖傳感(gan)系統(tong)工程技術研究(jiu)中(zhong)心。該(gai)所在光(guang)(guang)纖傳感(gan)技術研發(fa)與(yu)應(ying)用(yong)方面，在國(guo)內(nei)擁(yong)有較為雄(xiong)厚的(de)實力，研發(fa)的(de)系列光(guang)(guang)纖傳感(gan)器產品不僅在航(hang)(hang)天型號(hao)上得到了(le)應(ying)用(yong)，而(er)且還在智能電力、石油化工、安全生產和橋梁等多個民用(yong)領域(yu)發(fa)揮了(le)積(ji)極(ji)的(de)作(zuo)用(yong)。
在該項(xiang)目啟動(dong)之前(qian)，13所已承擔并完成(cheng)了用(yong)光纖傳感技術對(dui)桂林南洲大橋健康(kang)狀(zhuang)況進行在線監測(ce)的(de)任務(wu)，并取得了較好的(de)效(xiao)果。不(bu)同的(de)是，這次的(de)用(yong)戶是故宮博物院，監測(ce)的(de)對(dui)象(xiang)是古(gu)建筑。文物專(zhuan)家要(yao)求對(dui)古(gu)建筑進行健康(kang)監測(ce)時一定要(yao)做到對(dui)文物的(de)保(bao)護，因(yin)此(ci)對(dui)文物的(de)無損監測(ce)就成(cheng)為本(ben)項(xiang)目的(de)重中之重。
13所通(tong)過與(yu)故宮(gong)博(bo)物院反復多(duo)次的研究討論，最終確定了光纖傳(chuan)感技(ji)術監測古建筑結構(gou)的方案和細節。
“變(bian)形量小(xiao)，故宮狀況相對穩定”
13所自項目(mu)啟動時就成(cheng)立了(le)“平安故宮”項目(mu)團(tuan)隊(dui)。項目(mu)團(tuan)隊(dui)團(tuan)結協作、攻堅克(ke)難(nan)，先(xian)后完成(cheng)了(le)產(chan)品研(yan)發、工(gong)程實施、數據采集(ji)和診斷分析工(gong)作，在利(li)用先(xian)進傳感技術保護古建筑方面取得了(le)突出(chu)的研(yan)究(jiu)成(cheng)果。
在項目(mu)(mu)研制過程(cheng)中，13所技(ji)(ji)術人員多(duo)次赴故宮(gong)現場勘察，積極請(qing)教古文物保護專家(jia)，突(tu)破了“傳感(gan)器(qi)無(wu)損(sun)傷安裝工(gong)(gong)藝(yi)”“古建(jian)筑應變(bian)(bian)變(bian)(bian)形光纖監測(ce)技(ji)(ji)術”等關(guan)鍵技(ji)(ji)術。經過一年多(duo)艱苦不懈的努力(li)，項目(mu)(mu)團隊順利完(wan)成了技(ji)(ji)術方案(an)設計、古建(jian)筑工(gong)(gong)程(cheng)實施及(ji)數據采(cai)集監測(ce)和分析(xi)工(gong)(gong)作。
光纖傳感技(ji)術的(de)采(cai)用，實現了古(gu)建筑結構形變和裂縫的(de)高精度測量，精度達到微米級(ji)。該(gai)項目(mu)觀測到古(gu)建筑結構在外界影響下發生微小形變情況。通(tong)過理(li)論分析表明，在觀測期間古(gu)建筑變形量較小，處(chu)于相(xiang)對穩定狀態。
由于采用先進的(de)(de)光纖傳感技(ji)術(shu)，實現了(le)對古(gu)建筑(zhu)結構健康的(de)(de)實時(shi)(shi)在線(xian)監測(ce)，相比人(ren)工目測(ce)巡檢，有效地提高(gao)了(le)工作(zuo)效率(lv)；同時(shi)(shi)，通過在較(jiao)長時(shi)(shi)間內(nei)對古(gu)建筑(zhu)結構監測(ce)的(de)(de)數據進行采集并分析，提高(gao)了(le)對古(gu)建筑(zhu)健康診斷(duan)的(de)(de)科學性和準確性。
該項工作得到(dao)了(le)故(gu)(gu)宮(gong)博物院“平安故(gu)(gu)宮(gong)”基金的支(zhi)持，相關研究(jiu)成果也(ye)得到(dao)了(le)故(gu)(gu)宮(gong)文(wen)物專家的肯定，故(gu)(gu)宮(gong)文(wen)物專家表示，希望雙方(fang)繼續合作，將(jiang)這種(zhong)研究(jiu)工作深(shen)入推(tui)進下(xia)去，為故(gu)(gu)宮(gong)文(wen)物保護(hu)提(ti)供先(xian)進的健康診斷手段(duan)。
項目的(de)(de)(de)實施是故(gu)宮博物院(yuan)首次(ci)將先(xian)進的(de)(de)(de)光纖(xian)傳感技術引入古(gu)建(jian)筑(zhu)健(jian)康(kang)監(jian)測(ce)和保(bao)護領域的(de)(de)(de)一(yi)次(ci)探索，同時為(wei)(wei)我國古(gu)建(jian)筑(zhu)結構健(jian)康(kang)在線監(jian)測(ce)網絡的(de)(de)(de)建(jian)設工作提供(gong)了一(yi)種新的(de)(de)(de)有效的(de)(de)(de)監(jian)測(ce)手段，有力地拓(tuo)展了九院(yuan)物聯網產(chan)業和13所光纖(xian)傳感技術的(de)(de)(de)應用領域，為(wei)(wei)光纖(xian)產(chan)品的(de)(de)(de)后續推(tui)廣提供(gong)了寶(bao)貴經驗。