石窟類古建筑材料保護研究

王珺 王海

（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

1 引言

環境質量發生變化，使得文物古跡遭受不同程度的損害。外部的區域性因素以及人類活動所產生的地方性污染，都使古建筑文物遭受侵蝕的速度明顯加快[1]。本文討論的研究對象，石窟類古建筑結構及其特殊材質受環境污染影響更直接，受損更容易，而且，損失對麥積山石窟的文物而言是不可逆的。因此，做好環境質量變化監測，嚴控環境事件的發生，已經成為麥積山石窟作為世界文化遺產保護和傳承、開發和利用中一個刻不容緩的重要的研究項目[2]。

近些年，物聯網技術為我國的環境監測技術提供了發展機遇，對于實現多空間、跨地域的環境實時智能監測、智能上傳、智能處理、智能發布的自動化環境監測具有重大意義，有效地提高我國環境監測能力。研究人員利用大量的環境信息傳感器組建分布式無線傳感網，對河流、海洋、大氣環境進行實時監測，為環境評估和管理提供了依據。但是，基于物聯網技術在文化遺產環境質量監測方面的研究還處于探索階段，研究成果還比較單一[3]。

2 國內外研究的現狀和趨勢

基于物聯網的新工具和新技術的出現能夠大大增強環境信息獲取的能力，促使環保工作者提煉出對環境的更高水平的認識。國內外多個環保物聯網研究項目的研究人員利用大量的環境信息傳感器組建分布式無線傳感網，傳感網絡能夠快速分布到河流、海洋、大氣的物理環境中進行各種環境指標的感應，探測環境中物理、化學和生物變化的方式，提供實時的環境監測數據流，實時采集的信息通過無線傳感網的自主跳傳及長距離有線或無線傳輸，到達控制管理中心，通過統一的應用平臺實現對信息的存儲、處理和分析應用，實現對環境信息的統計分析、模擬預測、影響評價和可視化表達。

近期的國內外在相關領域的主要研究項目：基于物聯網的河流水環境管理，以紐約的哈德森河（Hudson River）為對象的“河流流域及河口觀測網絡”（River and Estuary Observation Network， REON）項目，美國貝肯研究所與 IBM 公司合作，實現整條河流水環境情況的可視化管理。基于物聯網的大氣環境管理，哈佛大學與美國 BBN 公司合作的CitySense 項目，借助路燈提供電能，實現自動化采集城市的空氣環境信息[4]。

3 石窟類古建筑材料保護的要點

3.1 現狀及問題評估

對于石窟類古建筑的材料保護工作，建筑材料的現狀確定是首要任務，需要分析構成建筑的主要材料類型和性質，進一步明確其受損情況及受損原理，進而確定針對性的監測及保護項目。我國主要的石窟類建筑大多是木制、泥質及石質材料構成，其中巖體風化、滲水、木結構損害、材料脫落等問題非常突出。除了自然環境的影響，現代人類活動產生的污染物侵蝕是造成破壞的主要破壞因素。

3.2 保護項目劃定

調查評估結果為保護項目的劃定提供了依據和指導。在確定了建筑材料的構成后，根據價值評估、利用性評估和風險評估的綜合考慮，將確定監測及保護系統的具體監測項目。石窟類古建筑的監測項目主要有，第一類，溫度監測、濕度監測；第二類，主要氣體污染物監測（包括：一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等）；第三類，滲水、坍塌情況監測。

3.3 系統構建

根據劃定后的具體監測項目，監測系統選擇定制電化學傳感器組，然后根據節點位置以及數量確定布設方案。傳感器集成模塊的體積非常小，在布設和工作過程中對古建的結構和外觀均不會造成過多的影響。監測系統選用的Browser/Server 模式，操作簡潔，文物保護工作者不需要專業的培訓即可應用[5]。

4 監測系統應用價值

本項目利用的物聯網技術，以感知、傳輸和分析處理信息為主要特征，通過在麥積山主要文物保護區域，及周邊景區建立物聯網的環境風險管理系統，利用物聯網的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡系統，為古建筑的環境監測尤其是環境敏感型材料的環境監測提供有效的技術手段。實現對大氣相對濕度、紫外線輻射強度、大氣溫度、建筑材料所處環境溫度、光照度、降雨量、土壤水分含量、浮塵、大氣二氧化碳濃度、風速、風向等參數的實時監測控制，并將監測到的數據進行深度挖掘和整理，根據歷史記錄構建參考數據庫。同時，通過全面感知石窟建筑及周邊區域的污染源和環境的細微變化信息，物聯網可以實現對各種污染隱患的準確識別和及時預警，為特殊材料防護工作的預警保護提供技術支持，為有效地制定保護措施提供科學依據。從而進一步將古建筑文物保護從應急響應和事后處理的應對式管理，轉變為以事故防范為主的全過程風險管理，有效降低環境污染事故帶來的不可逆損失。

5 結語

基于物聯網技術研究并建設全面高效的石窟類古建筑環境質量監測系統，對石窟類世界文化遺產的保護和可持續開發都具有極高的研究和實用價值。本項目研究了基于物聯網技術全面感知污染源和環境的細微變化信息，構建環境質量實時監測體系，實現對石窟環境實時數據監測和隱患識別，為世界文化遺產的保護和利用提供科學依據。