齊飛 陳瑞達 沈健 賈子恒

收稿日期：2023-03-29

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.027

摘? 要：為提高防雷工作的信息化水平和應對突發(fā)事件的能力，故宮于2014年建設防雷監(jiān)測系統(tǒng)。隨著防雷管理工作的深入開展，發(fā)現現有防雷監(jiān)測系統(tǒng)功能單一，無法對防雷管理工作進行更有效的支撐。為此，設計開發(fā)防雷檢測移動端應用，以手持終端系統(tǒng)、無線傳輸的方式，采用GIS地圖作為展現載體，全面管理各類防雷設施，輔助防雷裝置安全檢測人員實時記錄現場數據，實現檢測成果現場采集和電子化填報。自2021年開始采用該系統(tǒng)開展雷檢工作，實現了防雷工作的精細化管理，進而對文物建筑起到了預防性保護的效果。

關鍵詞：文物建筑；防雷管理；信息化管理；移動應用

中圖分類號：TP311? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）22-0123-05

Renovation and Upgrade Construction of Lightning Protection Information Management System for the Palace Museum Heritage Buildings

QI Fei1， CHEN Ruida2， SHEN Jian2， JIA Ziheng2

（1.The Palace Museum， Beijing? 100009， China;

2.China Ordnance Industry Survey and Geotechnical Institute Co.， Ltd.， Beijing? 100053， China）

Abstract： To improve the information level of lightning protection work and the ability to respond to emergencies， the Palace Museum built a lightning protection monitoring system in 2014. With the in-depth development of lightning protection management work， it is found that the function of existing lightning protection monitoring system is single and it is unable to provide more effective support for lightning protection management work. To this end， the lightning protection detection mobile application is designed and developed. It takes the way of handheld terminal system and wireless transmission， uses GIS as a display carrier， manages various types of lightning protection facilities comprehensively， and assists the safety detection personnel of lightning protection devices to record the field data in real time， so as to achieve the test results on-site collection and electronic filling. This system has been used to carry out lightning inspection work since 2021， which has achieved the refinement management of lightning protection work， and then played the effect of preventive protection on heritage buildings.

Keywords： heritage building; lightning protection; information management; mobile application

0? 引? 言

雷電災害作為“聯合國國家減災十年”公布的10種最嚴重的自然災害之一，對生產生活的破壞性是非常巨大的[1]。防雷作為公共安全的重要部分，包括防雷工程設計、施工、驗收、維護和管理等工作，這些工作流程緊密，紙質記錄繁多，記錄、傳遞、查詢、統(tǒng)計不便捷，無法滿足規(guī)范管理的要求。

隨著信息技術的發(fā)展，我國的防雷減災部門也開始建設適合自身使用的防雷業(yè)務管理系統(tǒng)，其中我國多個地區(qū)結合自身防雷管理業(yè)務特點建成了省級、市級的防雷綜合業(yè)務管理系統(tǒng)，系統(tǒng)實現了防雷業(yè)務的規(guī)范化、檢測報告的高效化、內部流程簡單化[2-7]。

目前雖然針對古建筑構件雷擊破壞規(guī)律和雷擊破壞機理已有不少研究[8]，對于雷擊起火的影響因素和破壞方式也有較多探索[9]，古建筑防雷新技術方法和裝置也有很多新進展[10]，但是，如何實現通過系統(tǒng)管理平臺實現古建筑防雷的規(guī)范化、精細化管理目前還有待開展研究[11]。故宮作為世界上現存規(guī)模最大、保存最為完整的木質結構古建筑群，歷史上也多次遭受雷電災害的破壞[12]。作為故宮博物院“世遺監(jiān)測”的重要組成部分[13]，故宮于2014年建立了防雷監(jiān)測系統(tǒng)，并于2018年進行升級改造，形成了集防雷監(jiān)測管理、防雷檢測管理、防雷設施管理、防雷工程與文檔管理于一體的故宮防雷管理平臺，平臺至今運行穩(wěn)定。但隨著防雷設施檢測業(yè)務的開展，對系統(tǒng)又有了新的業(yè)務需求。

1? 故宮防雷管理現狀

自20世紀50年代起，故宮就聘請防雷專家設計方案并組織施工，經過多年的努力，已在故宮主要高大建筑的屋脊上架設避雷針或敷設避雷帶、網，并制作了相應的引下線和接地系統(tǒng)。但是受當時科技手段的制約，故宮的防雷措施是不完善的，需要加強整改。為了更加適應故宮古建筑群防雷的特殊要求，我們采用了高效避雷針，并于1990年在奉先殿推廣安裝高效避雷針。然后先后完成了皇極殿建筑群和奉先殿的防雷改造工程，太和殿、保和殿的接地改造，東西六宮的防雷工程以及乾清宮、保和西廡的防雷工程等。至2000年，故宮大部分建筑都安裝了防雷裝置，這些裝置經過時間的考驗及定期觀察運行情況，證明了防雷設施的保護效果良好，起到了防雷的作用，達到了預期效果[14]。

除防雷設施的硬件建設外，故宮還開展了防雷工作的制度化探索。1991年制定了《北京故宮博物院建筑物防雷規(guī)程》，在此規(guī)程中按照故宮防火設防等級與防雷要求，制訂了故宮建筑物防雷的總體規(guī)劃、防雷設計守則及維護管理辦法。故宮還建立了防雷裝置實行定期檢測制度（1993年國家文物局避雷裝置安全檢測站設立在故宮古建部），在每年雨季來臨之前同相關部門合作，對防雷裝置進行檢查，排除安全隱患。近年來，故宮古建筑中又陸續(xù)地大量引入照明、通信、報警、監(jiān)控以及計算機網絡系統(tǒng)。2009年，故宮邀請了具有避雷裝置安全檢測甲級資質的單位依據最新的國家和行業(yè)的規(guī)范要求，檢測了院內防雷裝置現狀，并對現有防雷設施進行整改。在整改工作中，總結出了規(guī)范防雷項目的工作流程（標準）。

為提高防雷工作的信息化水平和應對突發(fā)事件的能力，2014年故宮開展并完成了文物建筑防雷監(jiān)測系統(tǒng)的外業(yè)設備安裝、數據勘測、平臺的設計開發(fā)工作。系統(tǒng)具有記錄、存儲、分析、管理避雷針和避雷帶接閃時間、強度、次數的功能，在雷擊事件發(fā)生時提供迅速準確的報警服務。2018年又對系統(tǒng)進行升級改造工作，增加了防雷檢測、防雷工程、防雷文檔管理模塊，防雷監(jiān)測系統(tǒng)升級向綜合性防雷管理系統(tǒng)進行了初步探索。

隨著防雷工作的進一步提升，防雷管理業(yè)務的深入，發(fā)現系統(tǒng)現有的防雷檢測模塊，僅對引下線檢測點的雷檢計劃、雷檢數據進行了管理，但是故宮雷檢工作實際上還涉及空調外機及室內控制開關、配電箱等電氣設備，需要將其納入統(tǒng)一管理，形成完整的防雷檢測工作管理模塊；另一方面，目前系統(tǒng)是通過雷檢表格與雷檢圖下載的方式為實際雷檢工作提供紙質數據基礎，數據采集后還需進行表格內容的上傳，缺少與現場檢測工作相結合的技術手段。為滿足上述在實際工作中遇到的對系統(tǒng)的新功能需求，提升防雷管理工作的工作效率，故宮于2020開始對防雷管理系統(tǒng)進行升級改造工作。

2? 故宮防雷管理系統(tǒng)設計

2.1? 總體架構

故宮防雷管理系統(tǒng)經過升級改造后，平臺總體架構終端總體上可分為移動應用端和網頁應用端。移動端基于Android平臺構建，采用主流移動端地圖引擎，部署在手持平板終端。網頁端基于B/S架構統(tǒng)一部署在故宮博物院的服務器中，通過內部網絡即可實現全院計算機共同訪問防雷管理系統(tǒng)。移動端APP可通過域名和端口連接故宮防雷管理平臺服務器，下載緩存地圖數據、防雷設施屬性數據以及雷檢數據到SQLite數據庫中，當雷檢工作結束后通過無線內網上傳到服務器中實現桌面端和移動端的數據同步。數據通信嚴格遵循網絡安全的相關規(guī)定，實現巡檢數據安全傳輸。系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

2.2? 技術架構

本系統(tǒng)采用面向服務的架構進行開發(fā)，數據庫平臺采用PostgreSQL，空間數據庫引擎采用PostGIS，基于商業(yè)地理信息服務引擎環(huán)境實現各類WebGIS空間服務。電腦端和移動端利用前端技術調用數據服務和地圖服務，以實現數據查詢、統(tǒng)計及處理等功能。本項目采用的開發(fā)框架使得基礎運用或二次開發(fā)不再受開發(fā)環(huán)境和操作系統(tǒng)等的限制，減少了客戶端和服務器之間的交互次數和網絡往返次數，降低了編組開銷，解決了性能問題，同時也考慮了技術平臺的無關性，便于服務的實現、升級和維護，有利于系統(tǒng)功能的擴展和后期維護，提高了系統(tǒng)的運行效率，確保系統(tǒng)的開放性、規(guī)范性和科學性[15]。

在數據層通過對基礎勘測成果、防雷設施勘測成果以及防雷檢測成果資料進行歸檔整理，形成了集防雷設施數據、歷年檢測數據、防雷工程數據、歷史文檔數據于一體的防雷信息管理數據庫，實現防雷管理數據的持久化。應用層和服務層通過RESTful API接口提供防雷業(yè)務服務邏輯操作，實現防雷管理業(yè)務流程。展現層分為移動端和網頁端，移動端服務于現場防雷設施檢測工作使用，網頁端滿足用戶對防雷管理數據的管理、統(tǒng)計和分析。如圖2所示。

3? 故宮防雷管理系統(tǒng)實現與應用

3.1? 故宮防雷管理系統(tǒng)移動端

故宮防雷設施移動檢測系統(tǒng)以手持終端系統(tǒng)、無線傳輸的方式，采用GIS地圖全面管理故宮的各項防雷設施，輔助故宮防雷裝置安全檢測工作人員利用終端設備實時記錄現場原始數據，實現檢測成果的現場采集和電子化填報。系統(tǒng)的功能框架如圖3所示。

3.1.1? 雷檢地圖管理

基于GIS“一張圖”的形式管理全院的各類防雷檢測設施，可以直接在地圖上查找目標設施的位置，同時可以在地圖上控制雷檢對象（電源、配電、安防、消防、中控、區(qū)域機房、網絡、空調、金屬護欄、消防泵房、監(jiān)測設備、熱力、引下線、獨立避雷針、防雷設施）顯示與隱藏，避免各類設施層疊覆蓋顯示。

3.1.2? 雷檢設施管理

在防雷設施巡檢過程中，如果發(fā)現有尚未納入管理的防雷設施或者某些防雷設施的屬性信息發(fā)生變動，可通過該功能模塊在地圖上添加、編輯以及修改雷檢對象的地理位置以及屬性信息。

3.1.3? 雷檢地圖標注

可通過該功能模塊在地圖上標注點、線、面以及設置圖斑的顯示樣式（顏色、透明度以及大?。?/p>

3.1.4? 雷檢成果記錄

對巡檢數據項進行分析抽象，設計數據錄入模板，實現現場工作過程中實時、便捷、快速、準確地錄入巡檢記錄。如圖4所示。

工作人員將現場檢測的原始數據直接錄入系統(tǒng)之中，當原始數據被錄入后，會自動按照防雷設施的類型自動判定數據是否符合國家標準和行業(yè)規(guī)范要求，生成設施防雷效果是否合格的結果。

3.1.5? 雷檢成果統(tǒng)計

可以在雷檢地圖上直接分區(qū)域查看未開始、未全完成的防雷檢測進度；查看已完成檢測的區(qū)域的合格情況，方便后續(xù)進行防雷施工設計。也可以以列表的形式查詢年度、所屬區(qū)域各類防雷的防雷檢測進度情況。

3.1.6? 雷檢工單管理

對防雷檢測結果復雜的情況，可以創(chuàng)建工單，使用文字和圖像記錄當前防雷檢測對象的現狀，便于后期進行針對性的處理和解決。如圖5所示。

3.1.7? 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要是對本系統(tǒng)的數據進行管理，包括復制雷檢數據，雷檢數據庫備份，雷檢數據庫還原，將移動終端中的防雷檢測數據提交到服務器，從服務器中更新當前移動終端中的數據，以及服務器端的地址設置。

通過無線傳輸將現場防雷檢測數據一鍵同步到服務器中，避免了二次歸檔的重復操作。同時可通過服務器，分發(fā)到各移動終端，方便多名檢測人員同時工作。

3.2? 故宮防雷管理系統(tǒng)網頁端

受限于移動巡查設備的屏幕大小和操作方式，在工作人員進行數據分析、管理人員進行工作分配時，存在一定的困難。因此，在此基礎上升級改造了網頁端的故宮防雷管理系統(tǒng)。網頁端如圖6所示。

在進行防雷設施檢測之后，可以通過移動終端將雷檢數據一鍵同步到服務器中，實現網頁端和移動端共享數據。

網頁端可以查詢雷檢對象（電源、配電、安防、消防、中控、區(qū)域機房、網絡、空調、金屬護欄、消防泵房、監(jiān)測設備、熱力、引下線、獨立避雷針、防雷設施）信息，以及狀態(tài)（未開始、不合格、合格以及不能檢測）；查看雷檢數據狀態(tài)數量統(tǒng)計以及雷檢數據完成率、不合格率統(tǒng)計；可以查看防雷設施數量統(tǒng)計、避雷帶覆蓋范圍統(tǒng)計以及安裝年份統(tǒng)計。

并且，網頁端在防雷檢測的基礎上還有防雷監(jiān)測管理、防雷工程管理、防雷文檔管理等模塊，極大地方便了工作人員開展防雷監(jiān)測、檢測等工作。

4? 結? 論

故宮于2021年開始使用故宮防雷信息管理系統(tǒng)，開展防雷設施巡查檢測工作?；贕IS的雷檢地圖極大地方便了工作人員查找防雷設施，并實現了現場防雷檢測數據的電子化填報，同時可以一鍵上傳雷檢數據，減少了紙張的浪費，省去了二次歸檔的時間，顯著提高了檢測人員的工作效率。檢測人員不僅可以隨時隨地查詢防雷設施的位置和屬性信息，并記錄防雷檢測數據，同時有助于工作人員查漏補缺，將之前遺漏的防雷設施也納入管理中來。實現了防雷工作的精細化管理，進而對文物建筑起到預防性保護的效果。

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作者簡介：齊飛（1979—），女，漢族，北京人，高級工程師，本科，研究方向：古建筑保護與管理。