石窟类古建筑材料保护研究

2019-01-11王珺王海

中国建材科技 2019年1期

王珺王海

（甘肃林业职业技术学院，甘肃天水 741020）

1 引言

环境质量发生变化，使得文物古迹遭受不同程度的损害。外部的区域性因素以及人类活动所产生的地方性污染，都使古建筑文物遭受侵蚀的速度明显加快[1]。本文讨论的研究对象，石窟类古建筑结构及其特殊材质受环境污染影响更直接，受损更容易，而且，损失对麦积山石窟的文物而言是不可逆的。因此，做好环境质量变化监测，严控环境事件的发生，已经成为麦积山石窟作为世界文化遗产保护和传承、开发和利用中一个刻不容缓的重要的研究项目[2]。

近些年，物联网技术为我国的环境监测技术提供了发展机遇，对于实现多空间、跨地域的环境实时智能监测、智能上传、智能处理、智能发布的自动化环境监测具有重大意义，有效地提高我国环境监测能力。研究人员利用大量的环境信息传感器组建分布式无线传感网，对河流、海洋、大气环境进行实时监测，为环境评估和管理提供了依据。但是，基于物联网技术在文化遗产环境质量监测方面的研究还处于探索阶段，研究成果还比较单一[3]。

2 国内外研究的现状和趋势

基于物联网的新工具和新技术的出现能够大大增强环境信息获取的能力，促使环保工作者提炼出对环境的更高水平的认识。国内外多个环保物联网研究项目的研究人员利用大量的环境信息传感器组建分布式无线传感网，传感网络能够快速分布到河流、海洋、大气的物理环境中进行各种环境指标的感应，探测环境中物理、化学和生物变化的方式，提供实时的环境监测数据流，实时采集的信息通过无线传感网的自主跳传及长距离有线或无线传输，到达控制管理中心，通过统一的应用平台实现对信息的存储、处理和分析应用，实现对环境信息的统计分析、模拟预测、影响评价和可视化表达。

近期的国内外在相关领域的主要研究项目：基于物联网的河流水环境管理，以纽约的哈德森河（Hudson River）为对象的“河流流域及河口观测网络”（River and Estuary Observation Network， REON）项目，美国贝肯研究所与 IBM 公司合作，实现整条河流水环境情况的可视化管理。基于物联网的大气环境管理，哈佛大学与美国 BBN 公司合作的CitySense 项目，借助路灯提供电能，实现自动化采集城市的空气环境信息[4]。

3 石窟类古建筑材料保护的要点

3.1 现状及问题评估

对于石窟类古建筑的材料保护工作，建筑材料的现状确定是首要任务，需要分析构成建筑的主要材料类型和性质，进一步明确其受损情况及受损原理，进而确定针对性的监测及保护项目。我国主要的石窟类建筑大多是木制、泥质及石质材料构成，其中岩体风化、渗水、木结构损害、材料脱落等问题非常突出。除了自然环境的影响，现代人类活动产生的污染物侵蚀是造成破坏的主要破坏因素。

3.2 保护项目划定

调查评估结果为保护项目的划定提供了依据和指导。在确定了建筑材料的构成后，根据价值评估、利用性评估和风险评估的综合考虑，将确定监测及保护系统的具体监测项目。石窟类古建筑的监测项目主要有，第一类，温度监测、湿度监测；第二类，主要气体污染物监测（包括：一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等）；第三类，渗水、坍塌情况监测。

3.3 系统构建

根据划定后的具体监测项目，监测系统选择定制电化学传感器组，然后根据节点位置以及数量确定布设方案。传感器集成模块的体积非常小，在布设和工作过程中对古建的结构和外观均不会造成过多的影响。监测系统选用的Browser/Server 模式，操作简洁，文物保护工作者不需要专业的培训即可应用[5]。

4 监测系统应用价值

本项目利用的物联网技术，以感知、传输和分析处理信息为主要特征，通过在麦积山主要文物保护区域，及周边景区建立物联网的环境风险管理系统，利用物联网的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络系统，为古建筑的环境监测尤其是环境敏感型材料的环境监测提供有效的技术手段。实现对大气相对湿度、紫外线辐射强度、大气温度、建筑材料所处环境温度、光照度、降雨量、土壤水分含量、浮尘、大气二氧化碳浓度、风速、风向等参数的实时监测控制，并将监测到的数据进行深度挖掘和整理，根据历史记录构建参考数据库。同时，通过全面感知石窟建筑及周边区域的污染源和环境的细微变化信息，物联网可以实现对各种污染隐患的准确识别和及时预警，为特殊材料防护工作的预警保护提供技术支持，为有效地制定保护措施提供科学依据。从而进一步将古建筑文物保护从应急响应和事后处理的应对式管理，转变为以事故防范为主的全过程风险管理，有效降低环境污染事故带来的不可逆损失。