博物馆光敏感展品年曝光量智能化保护方法初探

伍林芳 王明锁 张志东

（山西博物院）

博物馆是文物保护、收藏、研究、展示和宣传教育机构，更是展示、传承古今中外文明的重要载体。文物极易因环境因素受损，需对文物所处的环境温度、湿度、空气质量及光辐射进行严格把控。对于室内温度、湿度、空气质量均可通过建设文物保存环境监测平台、环境调控系统和专有装置等专业技术措施进行调节控制，减小文物受损程度，但对光辐射的把控还处于刚刚起步阶段。博物馆文物展陈照明一方面要满足视觉环境和艺术效果，给观众创造良好的视觉环境；另一方面要避免光辐射对文物展品造成损害。展陈照明效果与文物展品保护形成了鲜明的矛盾。博物馆储藏的大量文物，如何科学地避免光辐射成为博物馆必须直面的一大问题。

一、为减少光辐射对文物展品的损伤，博物馆展陈照明采取的保护措施

博物馆的展品可以分为两大主要保护类别:矿物质或无机物材料(石头、金属和玻璃等)，有机物材料包括植物类有机物(纸张、纸草、木材、自然纺织品、多种颜料和染料)和动物类有机物(骨、象牙、皮毛，也包括一些颜料和染料)。总体说来，无机物材料对光轻度敏感或不敏感，有机物材料对光中度敏感或高度敏感，因此通常将有机物材料质地的展品分为光特别敏感展品和敏感展品，不受光辐射影响的矿物质或无机物材料质地的展品划为不敏感展品[1]。为减少光辐射对展品的损伤，按展品类型限定照射到展品上的可见光数量，对展品实施分级保护，主要的限制参数包括照度值和年曝光量(照度×时间)。GB/T23863-2009《博物馆照明设计规范》中对展品的照度值(表一)和年曝光量(表二)进行了明确规定。

表二 陈列室展品年曝光量限制值

表一 陈列室展品照度标准值

博物馆展陈照明应严格遵循相应照度标准值，但实际照度水平低于国家规范要求的标准值并不意味着对文物展品破坏的停止，而只是减缓[2]，博物馆展陈照明照度标准值的制定只是在满足视觉环境和艺术效果的前提下规定了展品能够承受的最大损坏程度，往往还要借助对文物展品年曝光量的控制与调节来保护展品，避免其长时间暴露在光照环境下，防止光对文物展品的材料、色彩、质地等造成不可恢复的破坏。光特别敏感展品的年曝光量应小于等于50000lx·h/a，按照每天正常展出时间8小时计，在不采取减少曝光量措施的情况下，其每年仅能展出125天，如果年展出时间超过这个期限，为达到展品保护要求，GB/T23863-2009《博物馆照明设计规范》9.2.2条建议的照明控制方式为：对光敏感的展品，宜设置相应传感器,自动控制开、关照明电源。目前采用人体探测感应技术，观众靠近展品时灯光开启，参观完毕离开后灯光自动熄灭。采用这种方式可有效减少展品的年曝光量，却同时为展品的曝光时间的统计带来了难题，只能依据照度和大概的照射时间进行估算。另外由于一些特殊的原因，为使观众能够清楚地欣赏光敏感展品，其照度值需根据实际需求进行一些调整，这样更应统计好展品的曝光量，及时采取相应的保护措施。

二、展品年曝光量智能化保护方法

山西博物院晋国霸业展厅的侯马盟书、民族熔炉展厅的漆器、佛风遗韵展厅的隋人写经卷及水陆画、翰墨丹青展厅的书画等光敏感展品的照明控制方式由不同的设计施工单位完成，采用不同的产品和控制系统，但感应控制器的控制原理基本相同，输出的控制信号可分为有源信号与无源信号，经市场产品调研，感应控制方式也同样为这两种方式。故我们以不同感应控制措施的应用为立足点，开展不同感应开关开闭时间的统计研究，通过硬件设置、数据采集及软件编程实现曝光量的实时统计分析，研究思路框图如图一，并据此研发了曝光量记录分析仪（专利号：ZL 2014 2 0234176.9，发明人：伍林芳、王明锁、张志东）。

图一 研究思路框图

曝光量记录分析仪主要由以下元器件组成：SD2405时钟模块、SPX117M3.3电源模块、ATmega64数据处理模块、FM26数据掉电备份模块、CH376接口模块和CAN通信模块，其中SPX117M3.3电源模块连出有电源插头，CH376接口模块的读卡接口卡在数据主机壳体上并插有SD卡，CAN通信模块连有 ATmegal6传感器控制模块，ATmegal6传感器控制模块连出若干照度传感器。

曝光量记录分析仪可以针对不同的感应开关，实时检测需保护展品每日的照射次数、每次的照射时间及每日的累计照射时间和曝光量，并可通过上位机调取某段时间内展品的总曝光量，通过统计数据分析观众流量、对展品的关注度、光源的选择及安装位置的合理性、人体感应控制装置的运行状态及稳定性等，为展品的展示时间、展示方案与保护提供最直接更可靠的参考数据。

三、年曝光量数字化保护方法的实际测试结果展示与分析

展品的照度值测量方式依据国家标准规范GB/T5700-2008《照明测量方法》，按展品不同的布展情况采用四角布点法或中心布点法[3]进行测量。

图三（2） 2019年12月1日累计亮灯时长

（一）翰墨丹青第15号展柜西半部

1.展柜立面实测照度值依据GB/T5700-2008《照明测量方法》四角布点法（图二）。

图二 四角布点法

2.四角布点法的平均照度按式（1）计算：

式中：

Eav——平均照度，单位为勒克斯（lx）；

M——纵向网格数；

N——横向网格数；

Eθ——测量区域四个角处的测点照度，单位为勒克斯（lx）；

Eο——除Eθ外，四条外边上的测点照度，单位为勒克斯（lx）；

E——四条外边以内的测点照度，单位为勒克斯（lx）；

15号展柜西半部平均照度值为:Eav=126.83 lx

3.2019年12月1日（星期日）开闭灯时段及累计亮灯时长（曝光量）统计（图三）。

从图三统计中可看出展品被照亮129次，累计亮灯时间17073秒（4小时44分33秒），累计曝光量602.30lx·h。

4.2019年12月3日（星期二）开闭灯时段及累计亮灯时长（曝光量）统计（图四）。

从图四统计中可看出展品被照亮93次，累计亮灯时间8456秒（2小时20分56秒），累计曝光量298.31lx·h。通过图三和图四的对比可观察到星期日的观众流量明显比星期二要多。

（二）佛风遗韵2-8龛隋人写经卷

1.写经卷平面实测照度值依据GB/T5700-2008《照明测量方法》中心布点法（图五）。

图五 中心布点法

2.中心布点法的平均照度按式（2）计算：

式中：

Eav——平均照度，单位为勒克斯（lx）；

M——纵向测点数；

N——横向测点数；

Ei——在第i个测点上的照度，单位为勒克斯（lx）；

图四（1） 2019年12月3日开闭灯时段

图四（2） 2019年12月3日累计亮灯时长

写经卷平均照度值为:Eav=336.11 lx

3.2019年12月10日（星期二）开闭灯时段及累计亮灯时长（曝光量）统计（图六)。

从图六统计中可看出展品被照亮60次，累计亮灯时间1524秒（0小时25分24秒），累计曝光量142.29lx·h。从表三可看出此展品在上午10点55分57秒至下午16点间无观众参观，同时通过照度测量值可发现其光源选择需改进，应选择大角度小功率光源。

表三 2019年12月10日开闭灯时段及累计亮灯时长（曝光量)统计表

4.2019年12月11日（星期三）开闭灯时段及累计亮灯时长（曝光量）统计（图七）。

从图七统计中可看出展品被照亮12次，累计亮灯时间25455秒（7小时4分15秒），累计曝光量2376.58lx·h。从表四可看出人体感应控制装置在上午10点06分41秒时发生故障，使展品一直处于照射状态。

从上述案例看出，曝光量记录分析仪可对文物展品每天的点亮次数及累计亮灯时间、累计曝光量进行实时准确统计，实现了光敏感展品曝光量的实时量化，通过统计数据还可发现照明灯具、控制设备出现问题的时间、处理问题的时间，从而不断提高管理效率。

曝光量记录分析仪的记录数据不仅具有上述作用，还可为博物馆其他业务人员提供相应的数据指引。一是为后续展览的策划及内容和形式设计提供参考依据。比如通过检测数据的横向比对，在整个展厅的参观流线上某个展品的亮灯次数多、亮灯时间长，说明观众对这个展品比较有兴趣，是关注的重点，否则相反，那么策展人员就可进行相关方面的分析，是展品的历史价值高、其背后具有精彩的故事内容，还是展示形式、摆放位置、灯光照射等原因引起观众的关注。若再要进行更细致更进一步的分析，可结合展厅监控录像，了解在此展点观众群的特点，从观众的性别、年龄等构成情况及交流、记录、拍照等综合行为上进行深入的分析判断，为后期的展览提供借鉴。二是文物科技保护人员可对文物展品照度及曝光量检测数据进行长期的数据积累，对同时期展品材质、颜料等物理、化学的变化情况与光照的关联性进行横向比较分析，通过这种深层次的数据挖掘利用，为文物展品的光照保护研究及采取相对应的保护措施提供更加详实可靠的数据支撑。

图六（1） 2019年12月10日开闭灯时段

图六（2） 2019年12月10日累计亮灯时长

图七（1） 2019年12月11日开闭灯时段

图七（2） 2019年12月11日累计亮灯时长

四、结 语

曝光量记录分析仪应用于博物馆所有光敏感展品保护中，实现了光敏感展品曝光量的实时量化及统计，使博物馆照明设计规范——〔7.2对于光敏感展品或藏品其年曝光量限值为50000 lx·h/a（光特别敏感展品）360000 lx·h/a（光敏感展品）〕[4]内容具有更准确的操作性，为展品的展示与保护提供更丰富的数据支撑，对光敏感展品的保护更是起到数据指引，以做到精益求精。

曝光量记录分析仪在使用过程中也发现了一些不足，如内存容量偏小，需每星期拷贝检测数据存入电脑；在测量精度上由于光源的光衰变化，照度值存在偏差，使曝光量统计存在一定的误差。随着现代化技术的发展，今后可利用物联网，对记录仪进行改进：或扩大内存容量，加装液晶显示屏可现场显示统计数据；或加大照度值采集频率，减少偏差；加装无线传输功能，通过上位机来实时统计显示等，并与其他的智能设备进行数据共享。

[1]北京照明学会照明设计专业委员会编：《照明设计手册》，中国电力出版社， 2006年。

[2]索经令、倪翀：《临时展览中光辐射对藏品的损坏及应对措施》，《首都博物馆论丛》 ，2017年。

[3]GB/T5700-2008《照明测量方法》。

[4]GB/T23863-2009《博物馆照明设计规范》。