建筑遗产预防性保护监测的实践与经验

曾楠

摘 要：预防性保护监测是推进文物建筑遗产向抢救性与预防性保护并重转变的重要抓手，日益得到社会各界的关注和重视。宁波市保国寺将预防性保护理念应用于工作实践，在国内较早启动了宁波保国寺北宋大殿科技保护监测体系的研发，经历了架构、更新、提升三个阶段，其实践经验与存在问题值得遗产保护管理单位参考借鉴。

关键词：建筑遗产;预防性保护;监测;实践

“十三五”期间，我国实现了对建筑遗产由注重抢救性保护向抢救性与预防性保护并重的转变。在此背景下，随着预防性保护理念的深入与技术成熟，以及世界文化遗产申报对监测工作的要求等因素的推动，建筑遗产监测已经成为各级文物保护管理单位的重要工作内容之一。宁波保国寺北宋大殿在国内较早地开展了古建实时动态科技监测体系的构建，迄今已有十二年之久，系统梳理其实践经验与存在问题，将有助于建筑遗产预防性保护监测的持续发展与参考借鉴。

1 宁波保国寺北宋大殿遗产概况

保国寺位于浙江省宁波市江北区洪塘街道灵山山岙。据清嘉庆《保国寺志》记载，保国寺始建于东汉初年，原名灵山寺，唐广明元年（880）重建并获敕今额，后历代屡有扩建修葺，现保存有唐宋以来至民国多个历史时期的建筑遗址遗存。保国寺建筑遗产的精华是建于北宋大中祥符六年（1013）的大殿，宋代建成时为单檐歇山顶，三开间厅堂式架构，平面呈罕见的纵长方形，面宽11.9米，进深13.35米。清康熙二十三年（1684）加建下檐，形成面宽七间、进深六间的重檐歇山顶。

大殿清代外檐的遮盖较好地保护了宋代架构，使其蕴含了丰富的历史信息，是我国南方地区现存最为完整的早期木构建筑，成为见证11世纪初东亚地区木构营造技艺的代表性遗存。它不仅印证了我国第一部官方建筑典籍《营造法式》记载的拼合柱、虾须拱、镊口鼓卯等做法孤例，而且反映了宋朝文化大融合、科技大发展过程中的南技北传，以及“海上丝绸之路”鼎盛背景下的建筑文化东传海外等史实，对于研究古代中国官式建筑体系的发展脉络、传统建筑文化对外交流等均具有重要意义。因此保国寺1961年被国务院公布为第一批全国重点文物保护单位，2016年被列为“海上丝绸之路·中国史迹”申报世界文化遗产点。

2 大殿保护监测体系的建构发展

基于探索古建科技保护之路的初衷，2007年保国寺保护管理机构提出改变保护手段，从“治”到“防”、从“抗灾损”到“控灾损”，联合同济大学等科研院校开始构建大殿科技保护监测系统，以便更有预见性地做好保护管理工作，这是一次真正意义上“防患于未然”的技术实践，较虎丘砖塔、应县木塔等以修缮为目的的监测更贴近预防性保护理念。该监测系统从建构发展至今大致可分为三个阶段：

2.1 架构阶段

首先是完成系统总体框架（图1）的设计，包括监测目标、指标分类、系统功能、数据处理流程等，基本贯穿指导了截至目前的整个研发过程。其次，重点利用计算机信息处理技术，对大殿的结构、环境、材质开展定期监测并数字化。其中，温湿度、风速风向等自然环境指标实现实时监测，多个点位的监测数据通过有线传输方式直接被系统获取;倾斜沉降等结构变形和材质糟朽、开裂、虫害等仍然沿用传统人工作业手段，一般以1年为周期实施监测后再手动录入数字化信息。此阶段的成效体现在国内率先实践建筑遗产预防性保护理念的引领示范作用，验证了科技监测系统的可行性和数字化传感设备的高效性，积累了大量遗产本体与环境信息数据，同时也暴露出指标监测周期不匹配、存储数据海量且冗余、相关性分析難度大、系统稳定性差等弊端。

2.2 更新阶段

在系统框架搭建完成之后，随着网络传输、传感测量、识别成像等新兴技术的迅猛发展，主要是对监测技术手段进行了更新。具体包括：传感设备性能的更新，初期采用数据有线传输方式的设备全部替代为无线传输，避免因信号通道阻塞导致数据丢失，设备灵敏度和数据稳定性大幅提升;实时监测种类的更新，新增了二氧化硫、PM2.5颗粒物等空气状态监测以分析建筑构件表面病害的来源，新增了地下地表水位、流量、流速等水文监测，以寻找大殿地基不均匀沉降的成因，特别是新增了宋构部分承重内柱的实时倾斜变形监测，以获取大殿受到外部作用时主体结构的瞬时状态变化;材质关键信息的更新，初期材质信息较为粗略，多是肉眼观测取得的定性判断，后采用阻力仪和应力波等无损微损检测技术，获得大殿内柱不同高度截面的内部断层扫描图（图2），得以准确判断其内部的糟朽损害现状，此外还鉴定得到大殿结构用材的树种配置情况等。

2.3 提升阶段

2015年以来，大殿科技保护监测系统进行了两次升级改造。一是移植现代建筑结构健康监测，先采用有限元分析建立大殿计算模型，模拟极端风荷载作用下大殿结构响应，确认需重点监测的柱梁构件部位，再引入分布式光纤光栅传感技术，在大殿核心受力的中槽及变形显著的后槽布设光纤回路，辅以物联网环境监测，建立起长期服役的大殿结构应变实时监测（图3）。二是开发专门的构件信息数据库应用软件，监测对象从建筑整体深入到构件单体，将大殿化整为零为400余组构件，以构件类型结合位置构成每组唯一的关键识别字段，配有图照模型等图形属性，按需定制登录残损变形、材质退化、生物侵袭、构件缺失以及相应的维修措施、更换记录等信息，进而为管理人员提供残损快捷定位、全方位信息提取、现状差异判断、预防举措制定、资料归档收集等监测相关操作的应用平台，而针对研究者和参观者则可提供评估研究、直观展示等规范化服务。

3 预防性保护监测的实践经验与建议

3.1 架构应基于需求，不宜拿来主义

监测系统框架设计应充分调研评估监测对象存在的安全隐患、面临的风险病害，结合建筑遗产独特的情况，确定符合保护管理需求的系统架构，可以借鉴不同种类遗产的监测体系，但不能简单套用，应基于实际抓住自身的主要问题症结，设定覆盖全面但有所关注的监测指标体系。保国寺大殿考虑增加地下水文监测，正是为了探究地基不均匀沉降的原因，从根源上解决整体结构歪闪的病害机理，避免“头痛医头”式纠偏校正却仍留有病灶。

3.2 指标应关联对应，不宜频度过高

建筑遗产病害关系复杂多样，监测指标因此要定性考虑原因、结果的相互呼应，为倾斜变形等“因变量”至少设定一个以上的“自变量”，以便研究指标间的定量回归关系，科学确定需采取措施的指标阈值，最终实现预防性保护监测的实际应用。“因变量”和“自变量”的监测周期必须相同或接近，但不要求每秒每分即产生一个监测值的频率，因为高频意味着数据海量冗余，存储分析难度也会增加，可考虑病害显著发展时短期高频与稳定状态下按需定频相结合的变频模式。

3.3 专业机构牵头组织，不宜各自为政

保国寺大殿科技监测系统在多年建构过程中，依据专业特长选取了多个科研单位合作开发，采用技术手段不尽相同，监测数据格式有较大差别且分散存储于多个终端平台，重新归整统一的工作量较大。因此，遗产管理保护单位宜在监测系统建构启动时，即选择横跨文物遗产、建筑工程以及信息技术等多学科领域的，能够及时掌握遗产保护和监测技术发展前沿趋势的专业科研机构作为牵头单位，协调合作各方，设计集成平台，统筹建设进度等。

3.4 操作应人机互动，不宜全靠仪器

遗产监测技术大多是现代建筑工程安全环境相关监测检测技术的跨界应用，理论上可行，但还处于探索验证阶段，可能存在技术不成熟、系统不稳定、安装不便捷等诸多问题。故当前预防性保护监测体系还不能完全忽略遗产管理者的作用，一方面是对监测系统的巡查保养，确保监测仪器正常运行，稳定积累人工无法得到的高精数据，另一方面用传统人工经验式巡查作为必要补充，弥补尚无法实现仪器监测的指标，亦是验证仪器数据准确与否的一把标尺。

4 结语

2019年，超强台风“利奇马”侵袭宁波，保国寺依靠大殿科技保护监测系统，重点关注风速、降雨等指标实时变化，特别是在台风登陆后凌晨降雨量骤然升高时，及时采取措施启动排水系统，组织人员清理沟渠，有效降低了山洪等地质灾害破坏、损伤古建筑群的可能性。预防性保护监测的实践成效由此可见一斑，但远未达到设想的应用目标，还需相关部门在传感传输、预警响应、决策分析、标准规范等领域继续探索研究，建立更加完善的预防性保护监测体系，为建筑遗产保护传承提供技术保障。