建筑遺產預防性保護監(jiān)測的實踐與經驗

曾楠

摘 要：預防性保護監(jiān)測是推進文物建筑遺產向搶救性與預防性保護并重轉變的重要抓手，日益得到社會各界的關注和重視。寧波市保國寺將預防性保護理念應用于工作實踐，在國內較早啟動了寧波保國寺北宋大殿科技保護監(jiān)測體系的研發(fā)，經歷了架構、更新、提升三個階段，其實踐經驗與存在問題值得遺產保護管理單位參考借鑒。

關鍵詞：建筑遺產;預防性保護;監(jiān)測;實踐

“十三五”期間，我國實現(xiàn)了對建筑遺產由注重搶救性保護向搶救性與預防性保護并重的轉變。在此背景下，隨著預防性保護理念的深入與技術成熟，以及世界文化遺產申報對監(jiān)測工作的要求等因素的推動，建筑遺產監(jiān)測已經成為各級文物保護管理單位的重要工作內容之一。寧波保國寺北宋大殿在國內較早地開展了古建實時動態(tài)科技監(jiān)測體系的構建，迄今已有十二年之久，系統(tǒng)梳理其實踐經驗與存在問題，將有助于建筑遺產預防性保護監(jiān)測的持續(xù)發(fā)展與參考借鑒。

1 寧波保國寺北宋大殿遺產概況

保國寺位于浙江省寧波市江北區(qū)洪塘街道靈山山岙。據清嘉慶《保國寺志》記載，保國寺始建于東漢初年，原名靈山寺，唐廣明元年（880）重建并獲敕今額，后歷代屢有擴建修葺，現(xiàn)保存有唐宋以來至民國多個歷史時期的建筑遺址遺存。保國寺建筑遺產的精華是建于北宋大中祥符六年（1013）的大殿，宋代建成時為單檐歇山頂，三開間廳堂式架構，平面呈罕見的縱長方形，面寬11.9米，進深13.35米。清康熙二十三年（1684）加建下檐，形成面寬七間、進深六間的重檐歇山頂。

大殿清代外檐的遮蓋較好地保護了宋代架構，使其蘊含了豐富的歷史信息，是我國南方地區(qū)現(xiàn)存最為完整的早期木構建筑，成為見證11世紀初東亞地區(qū)木構營造技藝的代表性遺存。它不僅印證了我國第一部官方建筑典籍《營造法式》記載的拼合柱、蝦須拱、鑷口鼓卯等做法孤例，而且反映了宋朝文化大融合、科技大發(fā)展過程中的南技北傳，以及“海上絲綢之路”鼎盛背景下的建筑文化東傳海外等史實，對于研究古代中國官式建筑體系的發(fā)展脈絡、傳統(tǒng)建筑文化對外交流等均具有重要意義。因此保國寺1961年被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位，2016年被列為“海上絲綢之路·中國史跡”申報世界文化遺產點。

2 大殿保護監(jiān)測體系的建構發(fā)展

基于探索古建科技保護之路的初衷，2007年保國寺保護管理機構提出改變保護手段，從“治”到“防”、從“抗災損”到“控災損”，聯(lián)合同濟大學等科研院校開始構建大殿科技保護監(jiān)測系統(tǒng)，以便更有預見性地做好保護管理工作，這是一次真正意義上“防患于未然”的技術實踐，較虎丘磚塔、應縣木塔等以修繕為目的的監(jiān)測更貼近預防性保護理念。該監(jiān)測系統(tǒng)從建構發(fā)展至今大致可分為三個階段：

2.1 架構階段

首先是完成系統(tǒng)總體框架（圖1）的設計，包括監(jiān)測目標、指標分類、系統(tǒng)功能、數據處理流程等，基本貫穿指導了截至目前的整個研發(fā)過程。其次，重點利用計算機信息處理技術，對大殿的結構、環(huán)境、材質開展定期監(jiān)測并數字化。其中，溫濕度、風速風向等自然環(huán)境指標實現(xiàn)實時監(jiān)測，多個點位的監(jiān)測數據通過有線傳輸方式直接被系統(tǒng)獲取;傾斜沉降等結構變形和材質糟朽、開裂、蟲害等仍然沿用傳統(tǒng)人工作業(yè)手段，一般以1年為周期實施監(jiān)測后再手動錄入數字化信息。此階段的成效體現(xiàn)在國內率先實踐建筑遺產預防性保護理念的引領示范作用，驗證了科技監(jiān)測系統(tǒng)的可行性和數字化傳感設備的高效性，積累了大量遺產本體與環(huán)境信息數據，同時也暴露出指標監(jiān)測周期不匹配、存儲數據海量且冗余、相關性分析難度大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等弊端。

2.2 更新階段

在系統(tǒng)框架搭建完成之后，隨著網絡傳輸、傳感測量、識別成像等新興技術的迅猛發(fā)展，主要是對監(jiān)測技術手段進行了更新。具體包括：傳感設備性能的更新，初期采用數據有線傳輸方式的設備全部替代為無線傳輸，避免因信號通道阻塞導致數據丟失，設備靈敏度和數據穩(wěn)定性大幅提升;實時監(jiān)測種類的更新，新增了二氧化硫、PM2.5顆粒物等空氣狀態(tài)監(jiān)測以分析建筑構件表面病害的來源，新增了地下地表水位、流量、流速等水文監(jiān)測，以尋找大殿地基不均勻沉降的成因，特別是新增了宋構部分承重內柱的實時傾斜變形監(jiān)測，以獲取大殿受到外部作用時主體結構的瞬時狀態(tài)變化;材質關鍵信息的更新，初期材質信息較為粗略，多是肉眼觀測取得的定性判斷，后采用阻力儀和應力波等無損微損檢測技術，獲得大殿內柱不同高度截面的內部斷層掃描圖（圖2），得以準確判斷其內部的糟朽損害現(xiàn)狀，此外還鑒定得到大殿結構用材的樹種配置情況等。

2.3 提升階段

2015年以來，大殿科技保護監(jiān)測系統(tǒng)進行了兩次升級改造。一是移植現(xiàn)代建筑結構健康監(jiān)測，先采用有限元分析建立大殿計算模型，模擬極端風荷載作用下大殿結構響應，確認需重點監(jiān)測的柱梁構件部位，再引入分布式光纖光柵傳感技術，在大殿核心受力的中槽及變形顯著的后槽布設光纖回路，輔以物聯(lián)網環(huán)境監(jiān)測，建立起長期服役的大殿結構應變實時監(jiān)測（圖3）。二是開發(fā)專門的構件信息數據庫應用軟件，監(jiān)測對象從建筑整體深入到構件單體，將大殿化整為零為400余組構件，以構件類型結合位置構成每組唯一的關鍵識別字段，配有圖照模型等圖形屬性，按需定制登錄殘損變形、材質退化、生物侵襲、構件缺失以及相應的維修措施、更換記錄等信息，進而為管理人員提供殘損快捷定位、全方位信息提取、現(xiàn)狀差異判斷、預防舉措制定、資料歸檔收集等監(jiān)測相關操作的應用平臺，而針對研究者和參觀者則可提供評估研究、直觀展示等規(guī)范化服務。

3 預防性保護監(jiān)測的實踐經驗與建議

3.1 架構應基于需求，不宜拿來主義

監(jiān)測系統(tǒng)框架設計應充分調研評估監(jiān)測對象存在的安全隱患、面臨的風險病害，結合建筑遺產獨特的情況，確定符合保護管理需求的系統(tǒng)架構，可以借鑒不同種類遺產的監(jiān)測體系，但不能簡單套用，應基于實際抓住自身的主要問題癥結，設定覆蓋全面但有所關注的監(jiān)測指標體系。保國寺大殿考慮增加地下水文監(jiān)測，正是為了探究地基不均勻沉降的原因，從根源上解決整體結構歪閃的病害機理，避免“頭痛醫(yī)頭”式糾偏校正卻仍留有病灶。

3.2 指標應關聯(lián)對應，不宜頻度過高

建筑遺產病害關系復雜多樣，監(jiān)測指標因此要定性考慮原因、結果的相互呼應，為傾斜變形等“因變量”至少設定一個以上的“自變量”，以便研究指標間的定量回歸關系，科學確定需采取措施的指標閾值，最終實現(xiàn)預防性保護監(jiān)測的實際應用?！耙蜃兞俊焙汀白宰兞俊钡谋O(jiān)測周期必須相同或接近，但不要求每秒每分即產生一個監(jiān)測值的頻率，因為高頻意味著數據海量冗余，存儲分析難度也會增加，可考慮病害顯著發(fā)展時短期高頻與穩(wěn)定狀態(tài)下按需定頻相結合的變頻模式。

3.3 專業(yè)機構牽頭組織，不宜各自為政

保國寺大殿科技監(jiān)測系統(tǒng)在多年建構過程中，依據專業(yè)特長選取了多個科研單位合作開發(fā)，采用技術手段不盡相同，監(jiān)測數據格式有較大差別且分散存儲于多個終端平臺，重新歸整統(tǒng)一的工作量較大。因此，遺產管理保護單位宜在監(jiān)測系統(tǒng)建構啟動時，即選擇橫跨文物遺產、建筑工程以及信息技術等多學科領域的，能夠及時掌握遺產保護和監(jiān)測技術發(fā)展前沿趨勢的專業(yè)科研機構作為牽頭單位，協(xié)調合作各方，設計集成平臺，統(tǒng)籌建設進度等。

3.4 操作應人機互動，不宜全靠儀器

遺產監(jiān)測技術大多是現(xiàn)代建筑工程安全環(huán)境相關監(jiān)測檢測技術的跨界應用，理論上可行，但還處于探索驗證階段，可能存在技術不成熟、系統(tǒng)不穩(wěn)定、安裝不便捷等諸多問題。故當前預防性保護監(jiān)測體系還不能完全忽略遺產管理者的作用，一方面是對監(jiān)測系統(tǒng)的巡查保養(yǎng)，確保監(jiān)測儀器正常運行，穩(wěn)定積累人工無法得到的高精數據，另一方面用傳統(tǒng)人工經驗式巡查作為必要補充，彌補尚無法實現(xiàn)儀器監(jiān)測的指標，亦是驗證儀器數據準確與否的一把標尺。

4 結語

2019年，超強臺風“利奇馬”侵襲寧波，保國寺依靠大殿科技保護監(jiān)測系統(tǒng)，重點關注風速、降雨等指標實時變化，特別是在臺風登陸后凌晨降雨量驟然升高時，及時采取措施啟動排水系統(tǒng)，組織人員清理溝渠，有效降低了山洪等地質災害破壞、損傷古建筑群的可能性。預防性保護監(jiān)測的實踐成效由此可見一斑，但遠未達到設想的應用目標，還需相關部門在傳感傳輸、預警響應、決策分析、標準規(guī)范等領域繼續(xù)探索研究，建立更加完善的預防性保護監(jiān)測體系，為建筑遺產保護傳承提供技術保障。