故宮文物建筑防雷信息管理系統(tǒng)改造升級建設(shè)

齊飛 陳瑞達(dá) 沈健 賈子恒

收稿日期：2023-03-29

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.027

摘? 要：為提高防雷工作的信息化水平和應(yīng)對突發(fā)事件的能力，故宮于2014年建設(shè)防雷監(jiān)測系統(tǒng)。隨著防雷管理工作的深入開展，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有防雷監(jiān)測系統(tǒng)功能單一，無法對防雷管理工作進(jìn)行更有效的支撐。為此，設(shè)計開發(fā)防雷檢測移動端應(yīng)用，以手持終端系統(tǒng)、無線傳輸?shù)姆绞剑捎肎IS地圖作為展現(xiàn)載體，全面管理各類防雷設(shè)施，輔助防雷裝置安全檢測人員實時記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)檢測成果現(xiàn)場采集和電子化填報。自2021年開始采用該系統(tǒng)開展雷檢工作，實現(xiàn)了防雷工作的精細(xì)化管理，進(jìn)而對文物建筑起到了預(yù)防性保護(hù)的效果。

關(guān)鍵詞：文物建筑；防雷管理；信息化管理；移動應(yīng)用

中圖分類號：TP311? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）22-0123-05

Renovation and Upgrade Construction of Lightning Protection Information Management System for the Palace Museum Heritage Buildings

QI Fei1， CHEN Ruida2， SHEN Jian2， JIA Ziheng2

（1.The Palace Museum， Beijing? 100009， China;

2.China Ordnance Industry Survey and Geotechnical Institute Co.， Ltd.， Beijing? 100053， China）

Abstract： To improve the information level of lightning protection work and the ability to respond to emergencies， the Palace Museum built a lightning protection monitoring system in 2014. With the in-depth development of lightning protection management work， it is found that the function of existing lightning protection monitoring system is single and it is unable to provide more effective support for lightning protection management work. To this end， the lightning protection detection mobile application is designed and developed. It takes the way of handheld terminal system and wireless transmission， uses GIS as a display carrier， manages various types of lightning protection facilities comprehensively， and assists the safety detection personnel of lightning protection devices to record the field data in real time， so as to achieve the test results on-site collection and electronic filling. This system has been used to carry out lightning inspection work since 2021， which has achieved the refinement management of lightning protection work， and then played the effect of preventive protection on heritage buildings.

Keywords： heritage building; lightning protection; information management; mobile application

0? 引? 言

雷電災(zāi)害作為“聯(lián)合國國家減災(zāi)十年”公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，對生產(chǎn)生活的破壞性是非常巨大的[1]。防雷作為公共安全的重要部分，包括防雷工程設(shè)計、施工、驗收、維護(hù)和管理等工作，這些工作流程緊密，紙質(zhì)記錄繁多，記錄、傳遞、查詢、統(tǒng)計不便捷，無法滿足規(guī)范管理的要求。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，我國的防雷減災(zāi)部門也開始建設(shè)適合自身使用的防雷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，其中我國多個地區(qū)結(jié)合自身防雷管理業(yè)務(wù)特點建成了省級、市級的防雷綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)了防雷業(yè)務(wù)的規(guī)范化、檢測報告的高效化、內(nèi)部流程簡單化[2-7]。

目前雖然針對古建筑構(gòu)件雷擊破壞規(guī)律和雷擊破壞機(jī)理已有不少研究[8]，對于雷擊起火的影響因素和破壞方式也有較多探索[9]，古建筑防雷新技術(shù)方法和裝置也有很多新進(jìn)展[10]，但是，如何實現(xiàn)通過系統(tǒng)管理平臺實現(xiàn)古建筑防雷的規(guī)范化、精細(xì)化管理目前還有待開展研究[11]。故宮作為世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最為完整的木質(zhì)結(jié)構(gòu)古建筑群，歷史上也多次遭受雷電災(zāi)害的破壞[12]。作為故宮博物院“世遺監(jiān)測”的重要組成部分[13]，故宮于2014年建立了防雷監(jiān)測系統(tǒng)，并于2018年進(jìn)行升級改造，形成了集防雷監(jiān)測管理、防雷檢測管理、防雷設(shè)施管理、防雷工程與文檔管理于一體的故宮防雷管理平臺，平臺至今運(yùn)行穩(wěn)定。但隨著防雷設(shè)施檢測業(yè)務(wù)的開展，對系統(tǒng)又有了新的業(yè)務(wù)需求。

1? 故宮防雷管理現(xiàn)狀

自20世紀(jì)50年代起，故宮就聘請防雷專家設(shè)計方案并組織施工，經(jīng)過多年的努力，已在故宮主要高大建筑的屋脊上架設(shè)避雷針或敷設(shè)避雷帶、網(wǎng)，并制作了相應(yīng)的引下線和接地系統(tǒng)。但是受當(dāng)時科技手段的制約，故宮的防雷措施是不完善的，需要加強(qiáng)整改。為了更加適應(yīng)故宮古建筑群防雷的特殊要求，我們采用了高效避雷針，并于1990年在奉先殿推廣安裝高效避雷針。然后先后完成了皇極殿建筑群和奉先殿的防雷改造工程，太和殿、保和殿的接地改造，東西六宮的防雷工程以及乾清宮、保和西廡的防雷工程等。至2000年，故宮大部分建筑都安裝了防雷裝置，這些裝置經(jīng)過時間的考驗及定期觀察運(yùn)行情況，證明了防雷設(shè)施的保護(hù)效果良好，起到了防雷的作用，達(dá)到了預(yù)期效果[14]。

除防雷設(shè)施的硬件建設(shè)外，故宮還開展了防雷工作的制度化探索。1991年制定了《北京故宮博物院建筑物防雷規(guī)程》，在此規(guī)程中按照故宮防火設(shè)防等級與防雷要求，制訂了故宮建筑物防雷的總體規(guī)劃、防雷設(shè)計守則及維護(hù)管理辦法。故宮還建立了防雷裝置實行定期檢測制度（1993年國家文物局避雷裝置安全檢測站設(shè)立在故宮古建部），在每年雨季來臨之前同相關(guān)部門合作，對防雷裝置進(jìn)行檢查，排除安全隱患。近年來，故宮古建筑中又陸續(xù)地大量引入照明、通信、報警、監(jiān)控以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2009年，故宮邀請了具有避雷裝置安全檢測甲級資質(zhì)的單位依據(jù)最新的國家和行業(yè)的規(guī)范要求，檢測了院內(nèi)防雷裝置現(xiàn)狀，并對現(xiàn)有防雷設(shè)施進(jìn)行整改。在整改工作中，總結(jié)出了規(guī)范防雷項目的工作流程（標(biāo)準(zhǔn)）。

為提高防雷工作的信息化水平和應(yīng)對突發(fā)事件的能力，2014年故宮開展并完成了文物建筑防雷監(jiān)測系統(tǒng)的外業(yè)設(shè)備安裝、數(shù)據(jù)勘測、平臺的設(shè)計開發(fā)工作。系統(tǒng)具有記錄、存儲、分析、管理避雷針和避雷帶接閃時間、強(qiáng)度、次數(shù)的功能，在雷擊事件發(fā)生時提供迅速準(zhǔn)確的報警服務(wù)。2018年又對系統(tǒng)進(jìn)行升級改造工作，增加了防雷檢測、防雷工程、防雷文檔管理模塊，防雷監(jiān)測系統(tǒng)升級向綜合性防雷管理系統(tǒng)進(jìn)行了初步探索。

隨著防雷工作的進(jìn)一步提升，防雷管理業(yè)務(wù)的深入，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)現(xiàn)有的防雷檢測模塊，僅對引下線檢測點的雷檢計劃、雷檢數(shù)據(jù)進(jìn)行了管理，但是故宮雷檢工作實際上還涉及空調(diào)外機(jī)及室內(nèi)控制開關(guān)、配電箱等電氣設(shè)備，需要將其納入統(tǒng)一管理，形成完整的防雷檢測工作管理模塊；另一方面，目前系統(tǒng)是通過雷檢表格與雷檢圖下載的方式為實際雷檢工作提供紙質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集后還需進(jìn)行表格內(nèi)容的上傳，缺少與現(xiàn)場檢測工作相結(jié)合的技術(shù)手段。為滿足上述在實際工作中遇到的對系統(tǒng)的新功能需求，提升防雷管理工作的工作效率，故宮于2020開始對防雷管理系統(tǒng)進(jìn)行升級改造工作。

2? 故宮防雷管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1? 總體架構(gòu)

故宮防雷管理系統(tǒng)經(jīng)過升級改造后，平臺總體架構(gòu)終端總體上可分為移動應(yīng)用端和網(wǎng)頁應(yīng)用端。移動端基于Android平臺構(gòu)建，采用主流移動端地圖引擎，部署在手持平板終端。網(wǎng)頁端基于B/S架構(gòu)統(tǒng)一部署在故宮博物院的服務(wù)器中，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)全院計算機(jī)共同訪問防雷管理系統(tǒng)。移動端APP可通過域名和端口連接故宮防雷管理平臺服務(wù)器，下載緩存地圖數(shù)據(jù)、防雷設(shè)施屬性數(shù)據(jù)以及雷檢數(shù)據(jù)到SQLite數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)雷檢工作結(jié)束后通過無線內(nèi)網(wǎng)上傳到服務(wù)器中實現(xiàn)桌面端和移動端的數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)通信嚴(yán)格遵循網(wǎng)絡(luò)安全的相關(guān)規(guī)定，實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)安全傳輸。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2? 技術(shù)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫平臺采用PostgreSQL，空間數(shù)據(jù)庫引擎采用PostGIS，基于商業(yè)地理信息服務(wù)引擎環(huán)境實現(xiàn)各類WebGIS空間服務(wù)。電腦端和移動端利用前端技術(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)和地圖服務(wù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計及處理等功能。本項目采用的開發(fā)框架使得基礎(chǔ)運(yùn)用或二次開發(fā)不再受開發(fā)環(huán)境和操作系統(tǒng)等的限制，減少了客戶端和服務(wù)器之間的交互次數(shù)和網(wǎng)絡(luò)往返次數(shù)，降低了編組開銷，解決了性能問題，同時也考慮了技術(shù)平臺的無關(guān)性，便于服務(wù)的實現(xiàn)、升級和維護(hù)，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和后期維護(hù)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，確保系統(tǒng)的開放性、規(guī)范性和科學(xué)性[15]。

在數(shù)據(jù)層通過對基礎(chǔ)勘測成果、防雷設(shè)施勘測成果以及防雷檢測成果資料進(jìn)行歸檔整理，形成了集防雷設(shè)施數(shù)據(jù)、歷年檢測數(shù)據(jù)、防雷工程數(shù)據(jù)、歷史文檔數(shù)據(jù)于一體的防雷信息管理數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)防雷管理數(shù)據(jù)的持久化。應(yīng)用層和服務(wù)層通過RESTful API接口提供防雷業(yè)務(wù)服務(wù)邏輯操作，實現(xiàn)防雷管理業(yè)務(wù)流程。展現(xiàn)層分為移動端和網(wǎng)頁端，移動端服務(wù)于現(xiàn)場防雷設(shè)施檢測工作使用，網(wǎng)頁端滿足用戶對防雷管理數(shù)據(jù)的管理、統(tǒng)計和分析。如圖2所示。

3? 故宮防雷管理系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1? 故宮防雷管理系統(tǒng)移動端

故宮防雷設(shè)施移動檢測系統(tǒng)以手持終端系統(tǒng)、無線傳輸?shù)姆绞剑捎肎IS地圖全面管理故宮的各項防雷設(shè)施，輔助故宮防雷裝置安全檢測工作人員利用終端設(shè)備實時記錄現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)檢測成果的現(xiàn)場采集和電子化填報。系統(tǒng)的功能框架如圖3所示。

3.1.1? 雷檢地圖管理

基于GIS“一張圖”的形式管理全院的各類防雷檢測設(shè)施，可以直接在地圖上查找目標(biāo)設(shè)施的位置，同時可以在地圖上控制雷檢對象（電源、配電、安防、消防、中控、區(qū)域機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)、金屬護(hù)欄、消防泵房、監(jiān)測設(shè)備、熱力、引下線、獨立避雷針、防雷設(shè)施）顯示與隱藏，避免各類設(shè)施層疊覆蓋顯示。

3.1.2? 雷檢設(shè)施管理

在防雷設(shè)施巡檢過程中，如果發(fā)現(xiàn)有尚未納入管理的防雷設(shè)施或者某些防雷設(shè)施的屬性信息發(fā)生變動，可通過該功能模塊在地圖上添加、編輯以及修改雷檢對象的地理位置以及屬性信息。

3.1.3? 雷檢地圖標(biāo)注

可通過該功能模塊在地圖上標(biāo)注點、線、面以及設(shè)置圖斑的顯示樣式（顏色、透明度以及大小）。

3.1.4? 雷檢成果記錄

對巡檢數(shù)據(jù)項進(jìn)行分析抽象，設(shè)計數(shù)據(jù)錄入模板，實現(xiàn)現(xiàn)場工作過程中實時、便捷、快速、準(zhǔn)確地錄入巡檢記錄。如圖4所示。

工作人員將現(xiàn)場檢測的原始數(shù)據(jù)直接錄入系統(tǒng)之中，當(dāng)原始數(shù)據(jù)被錄入后，會自動按照防雷設(shè)施的類型自動判定數(shù)據(jù)是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范要求，生成設(shè)施防雷效果是否合格的結(jié)果。

3.1.5? 雷檢成果統(tǒng)計

可以在雷檢地圖上直接分區(qū)域查看未開始、未全完成的防雷檢測進(jìn)度；查看已完成檢測的區(qū)域的合格情況，方便后續(xù)進(jìn)行防雷施工設(shè)計。也可以以列表的形式查詢年度、所屬區(qū)域各類防雷的防雷檢測進(jìn)度情況。

3.1.6? 雷檢工單管理

對防雷檢測結(jié)果復(fù)雜的情況，可以創(chuàng)建工單，使用文字和圖像記錄當(dāng)前防雷檢測對象的現(xiàn)狀，便于后期進(jìn)行針對性的處理和解決。如圖5所示。

3.1.7? 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要是對本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括復(fù)制雷檢數(shù)據(jù)，雷檢數(shù)據(jù)庫備份，雷檢數(shù)據(jù)庫還原，將移動終端中的防雷檢測數(shù)據(jù)提交到服務(wù)器，從服務(wù)器中更新當(dāng)前移動終端中的數(shù)據(jù)，以及服務(wù)器端的地址設(shè)置。

通過無線傳輸將現(xiàn)場防雷檢測數(shù)據(jù)一鍵同步到服務(wù)器中，避免了二次歸檔的重復(fù)操作。同時可通過服務(wù)器，分發(fā)到各移動終端，方便多名檢測人員同時工作。

3.2? 故宮防雷管理系統(tǒng)網(wǎng)頁端

受限于移動巡查設(shè)備的屏幕大小和操作方式，在工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、管理人員進(jìn)行工作分配時，存在一定的困難。因此，在此基礎(chǔ)上升級改造了網(wǎng)頁端的故宮防雷管理系統(tǒng)。網(wǎng)頁端如圖6所示。

在進(jìn)行防雷設(shè)施檢測之后，可以通過移動終端將雷檢數(shù)據(jù)一鍵同步到服務(wù)器中，實現(xiàn)網(wǎng)頁端和移動端共享數(shù)據(jù)。

網(wǎng)頁端可以查詢雷檢對象（電源、配電、安防、消防、中控、區(qū)域機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)、金屬護(hù)欄、消防泵房、監(jiān)測設(shè)備、熱力、引下線、獨立避雷針、防雷設(shè)施）信息，以及狀態(tài)（未開始、不合格、合格以及不能檢測）；查看雷檢數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)量統(tǒng)計以及雷檢數(shù)據(jù)完成率、不合格率統(tǒng)計；可以查看防雷設(shè)施數(shù)量統(tǒng)計、避雷帶覆蓋范圍統(tǒng)計以及安裝年份統(tǒng)計。

并且，網(wǎng)頁端在防雷檢測的基礎(chǔ)上還有防雷監(jiān)測管理、防雷工程管理、防雷文檔管理等模塊，極大地方便了工作人員開展防雷監(jiān)測、檢測等工作。

4? 結(jié)? 論

故宮于2021年開始使用故宮防雷信息管理系統(tǒng)，開展防雷設(shè)施巡查檢測工作。基于GIS的雷檢地圖極大地方便了工作人員查找防雷設(shè)施，并實現(xiàn)了現(xiàn)場防雷檢測數(shù)據(jù)的電子化填報，同時可以一鍵上傳雷檢數(shù)據(jù)，減少了紙張的浪費(fèi)，省去了二次歸檔的時間，顯著提高了檢測人員的工作效率。檢測人員不僅可以隨時隨地查詢防雷設(shè)施的位置和屬性信息，并記錄防雷檢測數(shù)據(jù)，同時有助于工作人員查漏補(bǔ)缺，將之前遺漏的防雷設(shè)施也納入管理中來。實現(xiàn)了防雷工作的精細(xì)化管理，進(jìn)而對文物建筑起到預(yù)防性保護(hù)的效果。

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作者簡介：齊飛（1979—），女，漢族，北京人，高級工程師，本科，研究方向：古建筑保護(hù)與管理。