曾楠

摘 要：預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)是推進(jìn)文物建筑遺產(chǎn)向搶救性與預(yù)防性保護(hù)并重轉(zhuǎn)變的重要抓手，日益得到社會(huì)各界的關(guān)注和重視。寧波市保國(guó)寺將預(yù)防性保護(hù)理念應(yīng)用于工作實(shí)踐，在國(guó)內(nèi)較早啟動(dòng)了寧波保國(guó)寺北宋大殿科技保護(hù)監(jiān)測(cè)體系的研發(fā)，經(jīng)歷了架構(gòu)、更新、提升三個(gè)階段，其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與存在問題值得遺產(chǎn)保護(hù)管理單位參考借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑遺產(chǎn);預(yù)防性保護(hù);監(jiān)測(cè);實(shí)踐

“十三五”期間，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑遺產(chǎn)由注重?fù)尵刃员Ｗo(hù)向搶救性與預(yù)防性保護(hù)并重的轉(zhuǎn)變。在此背景下，隨著預(yù)防性保護(hù)理念的深入與技術(shù)成熟，以及世界文化遺產(chǎn)申報(bào)對(duì)監(jiān)測(cè)工作的要求等因素的推動(dòng)，建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為各級(jí)文物保護(hù)管理單位的重要工作內(nèi)容之一。寧波保國(guó)寺北宋大殿在國(guó)內(nèi)較早地開展了古建實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)科技監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建，迄今已有十二年之久，系統(tǒng)梳理其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與存在問題，將有助于建筑遺產(chǎn)預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)的持續(xù)發(fā)展與參考借鑒。

1 寧波保國(guó)寺北宋大殿遺產(chǎn)概況

保國(guó)寺位于浙江省寧波市江北區(qū)洪塘街道靈山山岙。據(jù)清嘉慶《保國(guó)寺志》記載，保國(guó)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(kuò)建修葺，現(xiàn)保存有唐宋以來至民國(guó)多個(gè)歷史時(shí)期的建筑遺址遺存。保國(guó)寺建筑遺產(chǎn)的精華是建于北宋大中祥符六年（1013）的大殿，宋代建成時(shí)為單檐歇山頂，三開間廳堂式架構(gòu)，平面呈罕見的縱長(zhǎng)方形，面寬11.9米，進(jìn)深13.35米。清康熙二十三年（1684）加建下檐，形成面寬七間、進(jìn)深六間的重檐歇山頂。

大殿清代外檐的遮蓋較好地保護(hù)了宋代架構(gòu)，使其蘊(yùn)含了豐富的歷史信息，是我國(guó)南方地區(qū)現(xiàn)存最為完整的早期木構(gòu)建筑，成為見證11世紀(jì)初東亞地區(qū)木構(gòu)營(yíng)造技藝的代表性遺存。它不僅印證了我國(guó)第一部官方建筑典籍《營(yíng)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(shí)，對(duì)于研究古代中國(guó)官式建筑體系的發(fā)展脈絡(luò)、傳統(tǒng)建筑文化對(duì)外交流等均具有重要意義。因此保國(guó)寺1961年被國(guó)務(wù)院公布為第一批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，2016年被列為“海上絲綢之路·中國(guó)史跡”申報(bào)世界文化遺產(chǎn)點(diǎn)。

2 大殿保護(hù)監(jiān)測(cè)體系的建構(gòu)發(fā)展

基于探索古建科技保護(hù)之路的初衷，2007年保國(guó)寺保護(hù)管理機(jī)構(gòu)提出改變保護(hù)手段，從“治”到“防”、從“抗災(zāi)損”到“控災(zāi)損”，聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)等科研院校開始構(gòu)建大殿科技保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便更有預(yù)見性地做好保護(hù)管理工作，這是一次真正意義上“防患于未然”的技術(shù)實(shí)踐，較虎丘磚塔、應(yīng)縣木塔等以修繕為目的的監(jiān)測(cè)更貼近預(yù)防性保護(hù)理念。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從建構(gòu)發(fā)展至今大致可分為三個(gè)階段：

2.1 架構(gòu)階段

首先是完成系統(tǒng)總體框架（圖1）的設(shè)計(jì)，包括監(jiān)測(cè)目標(biāo)、指標(biāo)分類、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理流程等，基本貫穿指導(dǎo)了截至目前的整個(gè)研發(fā)過程。其次，重點(diǎn)利用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，對(duì)大殿的結(jié)構(gòu)、環(huán)境、材質(zhì)開展定期監(jiān)測(cè)并數(shù)字化。其中，溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向等自然環(huán)境指標(biāo)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，多個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過有線傳輸方式直接被系統(tǒng)獲取;傾斜沉降等結(jié)構(gòu)變形和材質(zhì)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(shí)施監(jiān)測(cè)后再手動(dòng)錄入數(shù)字化信息。此階段的成效體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)率先實(shí)踐建筑遺產(chǎn)預(yù)防性保護(hù)理念的引領(lǐng)示范作用，驗(yàn)證了科技監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性和數(shù)字化傳感設(shè)備的高效性，積累了大量遺產(chǎn)本體與環(huán)境信息數(shù)據(jù)，同時(shí)也暴露出指標(biāo)監(jiān)測(cè)周期不匹配、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)海量且冗余、相關(guān)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(wǎng)絡(luò)傳輸、傳感測(cè)量、識(shí)別成像等新興技術(shù)的迅猛發(fā)展，主要是對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段進(jìn)行了更新。具體包括：傳感設(shè)備性能的更新，初期采用數(shù)據(jù)有線傳輸方式的設(shè)備全部替代為無線傳輸，避免因信號(hào)通道阻塞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，設(shè)備靈敏度和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性大幅提升;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)以分析建筑構(gòu)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(cè)，以尋找大殿地基不均勻沉降的成因，特別是新增了宋構(gòu)部分承重內(nèi)柱的實(shí)時(shí)傾斜變形監(jiān)測(cè)，以獲取大殿受到外部作用時(shí)主體結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)狀態(tài)變化;材質(zhì)關(guān)鍵信息的更新，初期材質(zhì)信息較為粗略，多是肉眼觀測(cè)取得的定性判斷，后采用阻力儀和應(yīng)力波等無損微損檢測(cè)技術(shù)，獲得大殿內(nèi)柱不同高度截面的內(nèi)部斷層掃描圖（圖2），得以準(zhǔn)確判斷其內(nèi)部的糟朽損害現(xiàn)狀，此外還鑒定得到大殿結(jié)構(gòu)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(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了兩次升級(jí)改造。一是移植現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，先采用有限元分析建立大殿計(jì)算模型，模擬極端風(fēng)荷載作用下大殿結(jié)構(gòu)響應(yīng)，確認(rèn)需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的柱梁構(gòu)件部位，再引入分布式光纖光柵傳感技術(shù)，在大殿核心受力的中槽及變形顯著的后槽布設(shè)光纖回路，輔以物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)，建立起長(zhǎng)期服役的大殿結(jié)構(gòu)應(yīng)變實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（圖3）。二是開發(fā)專門的構(gòu)件信息數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用軟件，監(jiān)測(cè)對(duì)象從建筑整體深入到構(gòu)件單體，將大殿化整為零為400余組構(gòu)件，以構(gòu)件類型結(jié)合位置構(gòu)成每組唯一的關(guān)鍵識(shí)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(zhì)退化、生物侵襲、構(gòu)件缺失以及相應(yīng)的維修措施、更換記錄等信息，進(jìn)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(yù)防舉措制定、資料歸檔收集等監(jiān)測(cè)相關(guān)操作的應(yīng)用平臺(tái)，而針對(duì)研究者和參觀者則可提供評(píng)估研究、直觀展示等規(guī)范化服務(wù)。

3 預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與建議

3.1 架構(gòu)應(yīng)基于需求，不宜拿來主義

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)應(yīng)充分調(diào)研評(píng)估監(jiān)測(cè)對(duì)象存在的安全隱患、面臨的風(fēng)險(xiǎn)病害，結(jié)合建筑遺產(chǎn)獨(dú)特的情況，確定符合保護(hù)管理需求的系統(tǒng)架構(gòu)，可以借鑒不同種類遺產(chǎn)的監(jiān)測(cè)體系，但不能簡(jiǎn)單套用，應(yīng)基于實(shí)際抓住自身的主要問題癥結(jié)，設(shè)定覆蓋全面但有所關(guān)注的監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系。保國(guó)寺大殿考慮增加地下水文監(jiān)測(cè)，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(jié)構(gòu)歪閃的病害機(jī)理，避免“頭痛醫(yī)頭”式糾偏校正卻仍留有病灶。

3.2 指標(biāo)應(yīng)關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)，不宜頻度過高

建筑遺產(chǎn)病害關(guān)系復(fù)雜多樣，監(jiān)測(cè)指標(biāo)因此要定性考慮原因、結(jié)果的相互呼應(yīng)，為傾斜變形等“因變量”至少設(shè)定一個(gè)以上的“自變量”，以便研究指標(biāo)間的定量回歸關(guān)系，科學(xué)確定需采取措施的指標(biāo)閾值，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用。“因變量”和“自變量”的監(jiān)測(cè)周期必須相同或接近，但不要求每秒每分即產(chǎn)生一個(gè)監(jiān)測(cè)值的頻率，因?yàn)楦哳l意味著數(shù)據(jù)海量冗余，存儲(chǔ)分析難度也會(huì)增加，可考慮病害顯著發(fā)展時(shí)短期高頻與穩(wěn)定狀態(tài)下按需定頻相結(jié)合的變頻模式。

3.3 專業(yè)機(jī)構(gòu)牽頭組織，不宜各自為政

保國(guó)寺大殿科技監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在多年建構(gòu)過程中，依據(jù)專業(yè)特長(zhǎng)選取了多個(gè)科研單位合作開發(fā)，采用技術(shù)手段不盡相同，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)格式有較大差別且分散存儲(chǔ)于多個(gè)終端平臺(tái)，重新歸整統(tǒng)一的工作量較大。因此，遺產(chǎn)管理保護(hù)單位宜在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建構(gòu)啟動(dòng)時(shí)，即選擇橫跨文物遺產(chǎn)、建筑工程以及信息技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的，能夠及時(shí)掌握遺產(chǎn)保護(hù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展前沿趨勢(shì)的專業(yè)科研機(jī)構(gòu)作為牽頭單位，協(xié)調(diào)合作各方，設(shè)計(jì)集成平臺(tái)，統(tǒng)籌建設(shè)進(jìn)度等。

3.4 操作應(yīng)人機(jī)互動(dòng)，不宜全靠?jī)x器

遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)大多是現(xiàn)代建筑工程安全環(huán)境相關(guān)監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)的跨界應(yīng)用，理論上可行，但還處于探索驗(yàn)證階段，可能存在技術(shù)不成熟、系統(tǒng)不穩(wěn)定、安裝不便捷等諸多問題。故當(dāng)前預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)體系還不能完全忽略遺產(chǎn)管理者的作用，一方面是對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的巡查保養(yǎng)，確保監(jiān)測(cè)儀器正常運(yùn)行，穩(wěn)定積累人工無法得到的高精數(shù)據(jù)，另一方面用傳統(tǒng)人工經(jīng)驗(yàn)式巡查作為必要補(bǔ)充，彌補(bǔ)尚無法實(shí)現(xiàn)儀器監(jiān)測(cè)的指標(biāo)，亦是驗(yàn)證儀器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否的一把標(biāo)尺。

4 結(jié)語(yǔ)

2019年，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”侵襲寧波，保國(guó)寺依靠大殿科技保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)速、降雨等指標(biāo)實(shí)時(shí)變化，特別是在臺(tái)風(fēng)登陸后凌晨降雨量驟然升高時(shí)，及時(shí)采取措施啟動(dòng)排水系統(tǒng)，組織人員清理溝渠，有效降低了山洪等地質(zhì)災(zāi)害破壞、損傷古建筑群的可能性。預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)的實(shí)踐成效由此可見一斑，但遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)想的應(yīng)用目標(biāo)，還需相關(guān)部門在傳感傳輸、預(yù)警響應(yīng)、決策分析、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等領(lǐng)域繼續(xù)探索研究，建立更加完善的預(yù)防性保護(hù)監(jiān)測(cè)體系，為建筑遺產(chǎn)保護(hù)傳承提供技術(shù)保障。