文章來(lai)源：中(zhong)國(guo)航天科技集團公(gong)司 發布時間：2016-11-17
故(gu)宮博物院是我國最大的古文(wen)物和古建筑(zhu)博物館，歷(li)史(shi)悠久，具(ju)有極(ji)高的文(wen)物保護價值。由于年代久遠(yuan)，部分(fen)古建筑(zhu)出現(xian)了傾斜、開裂等問(wen)題。專家(jia)迫切希望尋找一種對古建筑(zhu)的健康狀況進行(xing)無損、快速(su)、有效和可靠的診斷分(fen)析手段，以便提前(qian)對古建筑(zhu)進行(xing)診斷，及時發現(xian)并積極(ji)采(cai)取(qu)預防措施進行(xing)保護和修復。
就(jiu)在近日，一種利(li)用光纖傳(chuan)感(gan)技(ji)(ji)術對故宮(gong)古建筑進行監測(ce)的手段被評審組專(zhuan)家一致看好，并被評定為“技(ji)(ji)術方(fang)(fang)案(an)合(he)理(li)、監測(ce)效果良好”。該項(xiang)目方(fang)(fang)案(an)正是(shi)利(li)用航天技(ji)(ji)術，由中國航天科技(ji)(ji)集團(tuan)公司九(jiu)(jiu)院(yuan)物聯網研究院(yuan)組織、九(jiu)(jiu)院(yuan)13所(suo)負責項(xiang)目技(ji)(ji)術方(fang)(fang)案(an)和工程實(shi)施的。
誰來為(wei)故宮做“健康體檢”
由于古建(jian)筑的特殊性，傳統的人(ren)工巡檢(jian)方式和電(dian)傳感(gan)器手段都不能很好滿足文物保護的要求。
傳(chuan)統(tong)的文物(wu)保(bao)護主(zhu)要是(shi)通過定期人工巡檢(jian)、目測古建(jian)筑(zhu)健康狀(zhuang)況的方式開展的，目前(qian)通常采用電阻應變(bian)片等電傳(chuan)感器(qi)對大(da)(da)型建(jian)筑(zhu)物(wu)的傾斜、變(bian)形和裂縫進行檢(jian)測。故宮博物(wu)院(yuan)的古建(jian)筑(zhu)大(da)(da)多是(shi)木材和磚石(shi)混合結構，如果采用電傳(chuan)感器(qi)就會不可(ke)避(bi)免地引入弱(ruo)電信(xin)號，存在火災隱患，這是(shi)古文物(wu)保(bao)護工作中(zhong)的大(da)(da)忌。
光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)傳感(gan)(gan)技術是(shi)利用光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)作為敏感(gan)(gan)元件，來感(gan)(gan)知被測(ce)物(wu)體(ti)的形變(bian)和溫變(bian)的手段。作為建(jian)筑(zhu)物(wu)結構健康監(jian)(jian)(jian)測(ce)的新型監(jian)(jian)(jian)測(ce)設(she)備之一(yi)，光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)傳感(gan)(gan)器具(ju)有體(ti)積小、精度(du)高(gao)、感(gan)(gan)知端“無源(yuan)”、非介入式監(jian)(jian)(jian)測(ce)、無需(xu)現(xian)場通電和本(ben)征安全等(deng)特(te)點，可在易燃、易爆的環境中工作。
13所是(shi)國家科技(ji)(ji)部(bu)先進光(guang)(guang)電(dian)(dian)子技(ji)(ji)術示范型國際科技(ji)(ji)合作(zuo)(zuo)基(ji)地(di)、集團公(gong)司宇航光(guang)(guang)電(dian)(dian)子器件(jian)可靠性檢(jian)測與(yu)失效分析中心和北(bei)京市光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)傳(chuan)感系(xi)統工程技(ji)(ji)術研究中心。該所在光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)傳(chuan)感技(ji)(ji)術研發(fa)與(yu)應用方面，在國內擁有較(jiao)為雄(xiong)厚(hou)的(de)實力(li)(li)，研發(fa)的(de)系(xi)列(lie)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)傳(chuan)感器產(chan)品不僅(jin)在航天(tian)型號上得到(dao)了應用，而且還在智能電(dian)(dian)力(li)(li)、石油化工、安全生產(chan)和橋梁(liang)等(deng)多個民用領(ling)域發(fa)揮了積極的(de)作(zuo)(zuo)用。
在該項目(mu)啟動之(zhi)前，13所已承(cheng)擔并完成了(le)(le)用光纖傳感(gan)技(ji)術對(dui)桂林南洲大橋健(jian)康狀(zhuang)況進(jin)(jin)行(xing)在線監測的(de)(de)(de)任(ren)務，并取得了(le)(le)較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)效果。不同的(de)(de)(de)是(shi)，這次(ci)的(de)(de)(de)用戶是(shi)故(gu)宮博(bo)物院，監測的(de)(de)(de)對(dui)象是(shi)古建(jian)(jian)筑(zhu)。文(wen)(wen)物專家要求對(dui)古建(jian)(jian)筑(zhu)進(jin)(jin)行(xing)健(jian)康監測時一定要做到對(dui)文(wen)(wen)物的(de)(de)(de)保護，因此對(dui)文(wen)(wen)物的(de)(de)(de)無損監測就成為本項目(mu)的(de)(de)(de)重(zhong)中之(zhi)重(zhong)。
13所通過與故宮(gong)博物(wu)院反復多次的研(yan)究討(tao)論，最(zui)終(zhong)確定了光纖(xian)傳(chuan)感技術監測(ce)古建筑結構的方(fang)案和細節。
“變形量小，故宮狀況相對穩(wen)定”
13所(suo)自項(xiang)目啟動時就成立了“平(ping)安故宮”項(xiang)目團(tuan)隊。項(xiang)目團(tuan)隊團(tuan)結協作(zuo)、攻(gong)堅克(ke)難，先后完(wan)成了產品研發、工(gong)程實(shi)施(shi)、數(shu)據(ju)采(cai)集和診(zhen)斷分析工(gong)作(zuo)，在利(li)用(yong)先進傳感技術保護古建筑(zhu)方面(mian)取得了突出的研究(jiu)成果。
在項(xiang)目研制(zhi)過(guo)程中(zhong)，13所技術(shu)人員多(duo)(duo)次(ci)赴故宮現場勘察(cha)，積(ji)極請教古(gu)文物保(bao)護專(zhuan)家，突破了(le)“傳感器無損傷安裝工(gong)藝(yi)”“古(gu)建筑應變變形光纖監(jian)測(ce)技術(shu)”等關鍵技術(shu)。經過(guo)一(yi)年多(duo)(duo)艱(jian)苦(ku)不懈的努力(li)，項(xiang)目團(tuan)隊順利完成了(le)技術(shu)方案(an)設計(ji)、古(gu)建筑工(gong)程實施及(ji)數據采集(ji)監(jian)測(ce)和分(fen)析(xi)工(gong)作。
光纖傳感技術的采(cai)用(yong)，實現了古建筑結構(gou)形(xing)(xing)變和(he)裂縫的高精度(du)測(ce)量(liang)，精度(du)達到微米級。該項(xiang)目觀測(ce)到古建筑結構(gou)在外界影響下(xia)發生微小形(xing)(xing)變情況。通(tong)過理論分(fen)析表明，在觀測(ce)期(qi)間古建筑變形(xing)(xing)量(liang)較小，處(chu)于(yu)相對穩定(ding)狀態。
由(you)于采(cai)用(yong)先(xian)進的光纖傳感技術(shu)，實現(xian)了(le)對(dui)古建(jian)(jian)筑結構(gou)健(jian)康的實時在線監(jian)(jian)測(ce)，相比人工(gong)目測(ce)巡(xun)檢，有效地提高了(le)工(gong)作效率；同(tong)時，通過(guo)在較(jiao)長時間內對(dui)古建(jian)(jian)筑結構(gou)監(jian)(jian)測(ce)的數據(ju)進行(xing)采(cai)集并分(fen)析，提高了(le)對(dui)古建(jian)(jian)筑健(jian)康診斷(duan)的科(ke)學性和(he)準確性。
該項工作得(de)到(dao)了故(gu)(gu)宮(gong)(gong)博物院“平安故(gu)(gu)宮(gong)(gong)”基金的支持，相關研(yan)(yan)究成果也得(de)到(dao)了故(gu)(gu)宮(gong)(gong)文物專(zhuan)家的肯(ken)定，故(gu)(gu)宮(gong)(gong)文物專(zhuan)家表示，希望雙(shuang)方繼續合(he)作，將這種研(yan)(yan)究工作深(shen)入推進下去(qu)，為(wei)故(gu)(gu)宮(gong)(gong)文物保護(hu)提供先進的健康診斷手段。
項目的(de)(de)實施是(shi)故宮博(bo)物院(yuan)首次(ci)將先進的(de)(de)光(guang)(guang)纖(xian)傳感技術引入(ru)古建(jian)筑健(jian)康監測(ce)和(he)(he)保護領域(yu)的(de)(de)一次(ci)探索，同(tong)時為我(wo)國古建(jian)筑結(jie)構健(jian)康在線監測(ce)網絡(luo)的(de)(de)建(jian)設工作提(ti)供了(le)一種新的(de)(de)有(you)效的(de)(de)監測(ce)手(shou)段，有(you)力地拓展了(le)九院(yuan)物聯網產業和(he)(he)13所(suo)光(guang)(guang)纖(xian)傳感技術的(de)(de)應用(yong)領域(yu)，為光(guang)(guang)纖(xian)產品(pin)的(de)(de)后續推廣提(ti)供了(le)寶貴經驗。