文章來源：中國(guo)航天科技集團公(gong)司 發(fa)布時間：2016-11-17
故宮博物(wu)(wu)院(yuan)是我(wo)國最大的(de)(de)古(gu)文(wen)(wen)物(wu)(wu)和古(gu)建筑(zhu)博物(wu)(wu)館，歷(li)史悠久，具(ju)有極高的(de)(de)文(wen)(wen)物(wu)(wu)保(bao)護價值。由于年代久遠，部(bu)分古(gu)建筑(zhu)出現了(le)傾斜、開裂等(deng)問題。專(zhuan)家(jia)迫(po)切希望尋(xun)找(zhao)一種對古(gu)建筑(zhu)的(de)(de)健(jian)康狀況進(jin)(jin)行(xing)(xing)無損、快(kuai)速、有效和可靠的(de)(de)診(zhen)斷(duan)分析手段，以便提前(qian)對古(gu)建筑(zhu)進(jin)(jin)行(xing)(xing)診(zhen)斷(duan)，及(ji)時(shi)發現并積極采取預防措(cuo)施進(jin)(jin)行(xing)(xing)保(bao)護和修復。
就在近日(ri)，一(yi)(yi)種(zhong)利用光纖(xian)傳感技(ji)術對故宮古建筑(zhu)進行監(jian)測的手段被評審組專家(jia)一(yi)(yi)致看好，并被評定(ding)為(wei)“技(ji)術方案合理(li)、監(jian)測效果良好”。該項(xiang)目方案正是利用航天(tian)技(ji)術，由中國航天(tian)科(ke)技(ji)集團公(gong)司(si)九院(yuan)物(wu)聯網(wang)研(yan)究院(yuan)組織、九院(yuan)13所負責項(xiang)目技(ji)術方案和工程實施的。
誰來為故宮做“健康體檢”
由(you)于古建(jian)筑(zhu)的特殊(shu)性(xing)，傳統(tong)的人工(gong)巡檢方式和電(dian)傳感器(qi)手(shou)段都不(bu)能很(hen)好(hao)滿(man)足文物(wu)保護的要求。
傳統的文物(wu)保護主要是通(tong)過定期(qi)人工(gong)巡檢(jian)、目測古建(jian)筑(zhu)(zhu)健(jian)康(kang)狀況的方式開展的，目前(qian)通(tong)常采用(yong)電阻應變(bian)片等(deng)電傳感器(qi)對大型(xing)建(jian)筑(zhu)(zhu)物(wu)的傾斜、變(bian)形和裂縫進行檢(jian)測。故宮博物(wu)院的古建(jian)筑(zhu)(zhu)大多是木(mu)材和磚(zhuan)石混(hun)合結構，如果采用(yong)電傳感器(qi)就會不可避(bi)免(mian)地引入弱電信號(hao)，存在火(huo)災隱患，這是古文物(wu)保護工(gong)作中的大忌。
光纖(xian)(xian)光柵(zha)傳感(gan)技(ji)術是(shi)利用光纖(xian)(xian)光柵(zha)作(zuo)為敏(min)感(gan)元件，來感(gan)知被測(ce)物體的(de)形變(bian)和溫變(bian)的(de)手(shou)段(duan)。作(zuo)為建筑物結構健康監(jian)測(ce)的(de)新型(xing)監(jian)測(ce)設備之一，光纖(xian)(xian)光柵(zha)傳感(gan)器(qi)具有體積小、精(jing)度高、感(gan)知端“無源”、非介入式(shi)監(jian)測(ce)、無需現(xian)場(chang)通(tong)電和本征(zheng)安全等特點，可在易燃、易爆的(de)環(huan)境中工(gong)作(zuo)。
13所是國家科(ke)技部先進光(guang)電(dian)子技術示范型(xing)國際(ji)科(ke)技合作基地、集團公司宇航光(guang)電(dian)子器件可靠性檢(jian)測與(yu)失效分析中心和北京市光(guang)纖(xian)傳(chuan)感系統(tong)工程(cheng)技術研究(jiu)中心。該所在光(guang)纖(xian)傳(chuan)感技術研發(fa)與(yu)應用(yong)方(fang)面，在國內擁有較為雄厚的實力(li)，研發(fa)的系列(lie)光(guang)纖(xian)傳(chuan)感器產品不僅在航天型(xing)號上(shang)得(de)到了(le)應用(yong)，而且(qie)還在智能電(dian)力(li)、石油化(hua)工、安全生產和橋梁等(deng)多個民用(yong)領域發(fa)揮了(le)積極的作用(yong)。
在該(gai)項(xiang)目啟動之前(qian)，13所(suo)已承擔(dan)并完成(cheng)(cheng)了用光纖傳感技術對(dui)(dui)桂林南洲大(da)橋健(jian)康狀況進行(xing)在線監測的(de)(de)任務，并取得了較好(hao)的(de)(de)效果。不同的(de)(de)是(shi)，這次(ci)的(de)(de)用戶是(shi)故(gu)宮博物(wu)院，監測的(de)(de)對(dui)(dui)象是(shi)古(gu)(gu)建筑。文物(wu)專家(jia)要求對(dui)(dui)古(gu)(gu)建筑進行(xing)健(jian)康監測時一定要做(zuo)到對(dui)(dui)文物(wu)的(de)(de)保護(hu)，因此對(dui)(dui)文物(wu)的(de)(de)無損(sun)監測就(jiu)成(cheng)(cheng)為本(ben)項(xiang)目的(de)(de)重中之重。
13所通過與故(gu)宮博(bo)物(wu)院反復多次的(de)研(yan)究(jiu)討(tao)論，最終(zhong)確定了光纖(xian)傳感(gan)技術監測古建筑結構(gou)的(de)方案和(he)細節(jie)。
“變形量小，故宮狀(zhuang)況相對穩定”
13所自項目啟動(dong)時(shi)就成立了“平安(an)故宮”項目團隊。項目團隊團結協作(zuo)、攻(gong)堅克(ke)難(nan)，先后完(wan)成了產品研發、工程實施、數據采集和(he)診(zhen)斷分(fen)析工作(zuo)，在利(li)用先進(jin)傳(chuan)感(gan)技術保護古建(jian)筑方面取得了突出的(de)研究成果(guo)。
在項(xiang)(xiang)目研制(zhi)過程(cheng)中，13所技(ji)術人員多次赴故宮現場(chang)勘察，積極請教古文物保護專家，突破(po)了“傳(chuan)感器無損傷安裝(zhuang)工(gong)藝”“古建筑應變變形(xing)光纖監測技(ji)術”等關鍵技(ji)術。經過一(yi)年多艱苦(ku)不懈的努力(li)，項(xiang)(xiang)目團隊順(shun)利(li)完成(cheng)了技(ji)術方(fang)案設計、古建筑工(gong)程(cheng)實施(shi)及數據采集(ji)監測和分析工(gong)作。
光纖傳感(gan)技術的(de)采用，實(shi)現(xian)了古建(jian)筑結(jie)構形變(bian)和裂縫的(de)高精度測量，精度達到(dao)微米級。該項目觀測到(dao)古建(jian)筑結(jie)構在外界影響下發生微小形變(bian)情況。通過理(li)論分(fen)析表明(ming)，在觀測期間古建(jian)筑變(bian)形量較小，處(chu)于相對穩定(ding)狀態。
由于(yu)采(cai)用先進的(de)光纖傳(chuan)感(gan)技術，實(shi)(shi)現了(le)對古(gu)建筑結構健康的(de)實(shi)(shi)時在線監(jian)測，相比人工(gong)(gong)目測巡(xun)檢，有效(xiao)地(di)提(ti)高了(le)工(gong)(gong)作效(xiao)率；同(tong)時，通過在較(jiao)長(chang)時間內對古(gu)建筑結構監(jian)測的(de)數據進行采(cai)集并(bing)分析，提(ti)高了(le)對古(gu)建筑健康診斷(duan)的(de)科(ke)學性和準確性。
該項工作得(de)到(dao)了(le)(le)故宮(gong)博物(wu)院“平(ping)安故宮(gong)”基金的支持，相關研究(jiu)(jiu)成果也得(de)到(dao)了(le)(le)故宮(gong)文物(wu)專(zhuan)家的肯定，故宮(gong)文物(wu)專(zhuan)家表示，希望雙(shuang)方繼(ji)續(xu)合作，將這種研究(jiu)(jiu)工作深(shen)入推(tui)進(jin)(jin)下去(qu)，為故宮(gong)文物(wu)保護提(ti)供先進(jin)(jin)的健康診斷手段。
項目的實施是故宮博物(wu)院(yuan)首次將先(xian)進的光纖傳感技(ji)術引入古(gu)建筑(zhu)健(jian)康(kang)監測(ce)(ce)和(he)保護領(ling)域的一次探(tan)索，同時為我國古(gu)建筑(zhu)結構健(jian)康(kang)在線監測(ce)(ce)網絡的建設(she)工作提供了(le)一種(zhong)新的有(you)效的監測(ce)(ce)手段，有(you)力地拓展了(le)九院(yuan)物(wu)聯(lian)網產業和(he)13所光纖傳感技(ji)術的應用領(ling)域，為光纖產品(pin)的后續推(tui)廣(guang)提供了(le)寶貴經驗。