密云區西田各莊鎮，田野邊寬敞的大院子，是北京市文物古建公司的一處基地。這處基地占地7800平方米，其中藏著(zhù)不少“文物”寶貝，不僅有各種古色古香的亭臺樓閣、雕梁畫(huà)柱，甚至還有一段長(cháng)城磚墻，一些木結構上還裝上了密密麻麻的傳感器和各色線(xiàn)路。

　　“基地內的建筑都是仿建的，主要用來(lái)進(jìn)行文物修復與預防性保護的科研課題的數據采集。去年，基地被北京市文物局授牌為北京木結構古建筑保護科研與實(shí)驗基地。”基地負責人李福文介紹，不少文物修復的新技術(shù)目前正在這里開(kāi)展試驗。

　　為長(cháng)城拍“CT”

　　走進(jìn)院內，最先進(jìn)入視線(xiàn)的是一小段“長(cháng)城”城墻，高約3米，長(cháng)度約5米，墻面略有些斑駁，一些地方還有淺淺的白色粉筆標記。“這是仿照密云明代長(cháng)城特制的一小段模型，砌磚的材料以及技藝都盡量還原。”李福文說(shuō)。

　　即便是磚石壘就，長(cháng)城也會(huì )生病。“比如山體的自然沉降、風(fēng)霜雨水的侵襲、溫濕度的變化、植被根系生長(cháng)、白蟻蛀蟲(chóng)啃噬等，都可能造成長(cháng)城的損傷，形成空鼓、塌陷等病害。大規模的變形，可以通過(guò)遙感技術(shù)和無(wú)人機來(lái)發(fā)現，局部的形狀變化可以采用三維激光掃描等技術(shù)進(jìn)行分析判斷，但如果是深藏在內部正在生長(cháng)的病害，是很難從外表看出的。如果能提前定位并識別出來(lái)，進(jìn)行預防性保護，就能避免更大的破壞和損傷。”來(lái)自北京工業(yè)大學(xué)的錢(qián)威說(shuō)，這就需要給長(cháng)城做一個(gè)“CT”檢查。

　　給長(cháng)城做“CT”？聽(tīng)起來(lái)難度不小。“其實(shí)用的就是現代建筑業(yè)中經(jīng)常會(huì )使用到的探地雷達設備。”錢(qián)威解釋說(shuō)，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)普遍應用于道路、橋梁的病害檢測，它能夠利用高頻電磁波的反射來(lái)探測建筑的內部情況。“有了探地雷達的輔助，可以對長(cháng)城病害的范圍、類(lèi)型進(jìn)行識別，為后續的保護和修繕工作提供數據參考。目前我們正在對這項技術(shù)在長(cháng)城上的應用進(jìn)行探索。”

　　木梁上的“微創(chuàng )”手術(shù)

　　自“長(cháng)城”處再向內走，還矗立著(zhù)不少木建筑，這里也正在進(jìn)行一項頗有意思的試驗——利用碳纖維對古建筑進(jìn)行加固。

　　說(shuō)起碳纖維，很多人并不陌生。這是一種力學(xué)性能非常優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，但抗拉強度卻是鋼的7至9倍，被廣泛應用于航空航天、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域。

　　北京地區古建筑大多是木結構為主，相比于傳統鐵箍加固的方式，輕便結實(shí)價(jià)廉的碳纖維布效果更佳。“不過(guò)，這一方法弊端也很明顯，使用時(shí)需要像包扎傷口一樣包很多圈，不僅看著(zhù)丑，還會(huì )遮擋住建筑本身的模樣。”錢(qián)威說(shuō)，保留住建筑本身的細節是非常重要的，很多木構件的細微之處蘊含著(zhù)寶貴的信息。

　　既要保證加固效果，又要兼顧細節與美觀(guān)，研究人員進(jìn)行了一次大膽嘗試——給木構件做“手術(shù)”，以微創(chuàng )的形式向內部植入碳纖維板。“我們在基地內搭建了一處清式硬山建筑足尺模型，在它的大梁上進(jìn)行實(shí)驗。”錢(qián)威解釋說(shuō)，先在木梁的底部開(kāi)一個(gè)小小的槽，注入膠，再向內植入碳纖維板，以性狀相近的木條嵌入封口。經(jīng)過(guò)這次“微創(chuàng )”手術(shù)，大梁內部有了一根非常結實(shí)的“筋”，從外觀(guān)上基本看不出差別，力學(xué)性能卻有了很大的改變。

　　植入了碳纖維板的木梁，承重到底如何？“確實(shí)提升了不少。我們請來(lái)工人幫助科研團隊進(jìn)行了測試，在古建本身的基礎重量之上，又將近十噸的沙袋單獨攤放到大梁之上，承重沒(méi)有問(wèn)題。”李福文介紹說(shuō)。

　　為“術(shù)后”木梁進(jìn)行智能監測

　　在木梁的承重實(shí)驗中，智能監測系統發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。就在這座清代建筑模型的木梁之上，鑲嵌著(zhù)密密麻麻的傳感器和各種顏色的線(xiàn)路，它們共同形成了一個(gè)智能監測系統，方便研究人員對建筑的各項數據進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)察。“術(shù)后”木梁性能如何，從數據上就能一目了然。

　　“在我們的課題研究中，數字化技術(shù)支撐是非常重要的。這些傳感器能夠直觀(guān)地告訴我們不同位置受力和形變的情況，從而判斷古建安全的警戒值。”錢(qián)威說(shuō)。

　　今年，基地的多項研究還將繼續開(kāi)展新的實(shí)驗。錢(qián)威透露，接下來(lái)研究團隊即將引入一套新的監測設備，并且在旁邊的另一根梁上再進(jìn)行一次“微創(chuàng )”手術(shù)植入碳纖維板，兩邊進(jìn)行比較。“新的設備主要是靈敏度會(huì )再提升，一方面看看兩套監測設備的差別，另外還要再對填充膠的比例和種類(lèi)進(jìn)行新的嘗試。”

　　密云區西田各莊鎮，田野邊寬敞的大院子，是北京市文物古建公司的一處基地。這處基地占地7800平方米，其中藏著(zhù)不少“文物”寶貝，不僅有各種古色古香的亭臺樓閣、雕梁畫(huà)柱，甚至還有一段長(cháng)城磚墻，一些木結構上還裝上了密密麻麻的傳感器和各色線(xiàn)路。

　　“基地內的建筑都是仿建的，主要用來(lái)進(jìn)行文物修復與預防性保護的科研課題的數據采集。去年，基地被北京市文物局授牌為北京木結構古建筑保護科研與實(shí)驗基地。”基地負責人李福文介紹，不少文物修復的新技術(shù)目前正在這里開(kāi)展試驗。

　　為長(cháng)城拍“CT”

　　走進(jìn)院內，最先進(jìn)入視線(xiàn)的是一小段“長(cháng)城”城墻，高約3米，長(cháng)度約5米，墻面略有些斑駁，一些地方還有淺淺的白色粉筆標記。“這是仿照密云明代長(cháng)城特制的一小段模型，砌磚的材料以及技藝都盡量還原。”李福文說(shuō)。

　　即便是磚石壘就，長(cháng)城也會(huì )生病。“比如山體的自然沉降、風(fēng)霜雨水的侵襲、溫濕度的變化、植被根系生長(cháng)、白蟻蛀蟲(chóng)啃噬等，都可能造成長(cháng)城的損傷，形成空鼓、塌陷等病害。大規模的變形，可以通過(guò)遙感技術(shù)和無(wú)人機來(lái)發(fā)現，局部的形狀變化可以采用三維激光掃描等技術(shù)進(jìn)行分析判斷，但如果是深藏在內部正在生長(cháng)的病害，是很難從外表看出的。如果能提前定位并識別出來(lái)，進(jìn)行預防性保護，就能避免更大的破壞和損傷。”來(lái)自北京工業(yè)大學(xué)的錢(qián)威說(shuō)，這就需要給長(cháng)城做一個(gè)“CT”檢查。

　　給長(cháng)城做“CT”？聽(tīng)起來(lái)難度不小。“其實(shí)用的就是現代建筑業(yè)中經(jīng)常會(huì )使用到的探地雷達設備。”錢(qián)威解釋說(shuō)，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)普遍應用于道路、橋梁的病害檢測，它能夠利用高頻電磁波的反射來(lái)探測建筑的內部情況。“有了探地雷達的輔助，可以對長(cháng)城病害的范圍、類(lèi)型進(jìn)行識別，為后續的保護和修繕工作提供數據參考。目前我們正在對這項技術(shù)在長(cháng)城上的應用進(jìn)行探索。”

　　木梁上的“微創(chuàng )”手術(shù)

　　自“長(cháng)城”處再向內走，還矗立著(zhù)不少木建筑，這里也正在進(jìn)行一項頗有意思的試驗——利用碳纖維對古建筑進(jìn)行加固。

　　說(shuō)起碳纖維，很多人并不陌生。這是一種力學(xué)性能非常優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，但抗拉強度卻是鋼的7至9倍，被廣泛應用于航空航天、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域。

　　北京地區古建筑大多是木結構為主，相比于傳統鐵箍加固的方式，輕便結實(shí)價(jià)廉的碳纖維布效果更佳。“不過(guò)，這一方法弊端也很明顯，使用時(shí)需要像包扎傷口一樣包很多圈，不僅看著(zhù)丑，還會(huì )遮擋住建筑本身的模樣。”錢(qián)威說(shuō)，保留住建筑本身的細節是非常重要的，很多木構件的細微之處蘊含著(zhù)寶貴的信息。

　　既要保證加固效果，又要兼顧細節與美觀(guān)，研究人員進(jìn)行了一次大膽嘗試——給木構件做“手術(shù)”，以微創(chuàng )的形式向內部植入碳纖維板。“我們在基地內搭建了一處清式硬山建筑足尺模型，在它的大梁上進(jìn)行實(shí)驗。”錢(qián)威解釋說(shuō)，先在木梁的底部開(kāi)一個(gè)小小的槽，注入膠，再向內植入碳纖維板，以性狀相近的木條嵌入封口。經(jīng)過(guò)這次“微創(chuàng )”手術(shù)，大梁內部有了一根非常結實(shí)的“筋”，從外觀(guān)上基本看不出差別，力學(xué)性能卻有了很大的改變。

　　植入了碳纖維板的木梁，承重到底如何？“確實(shí)提升了不少。我們請來(lái)工人幫助科研團隊進(jìn)行了測試，在古建本身的基礎重量之上，又將近十噸的沙袋單獨攤放到大梁之上，承重沒(méi)有問(wèn)題。”李福文介紹說(shuō)。

　　為“術(shù)后”木梁進(jìn)行智能監測

　　在木梁的承重實(shí)驗中，智能監測系統發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。就在這座清代建筑模型的木梁之上，鑲嵌著(zhù)密密麻麻的傳感器和各種顏色的線(xiàn)路，它們共同形成了一個(gè)智能監測系統，方便研究人員對建筑的各項數據進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)察。“術(shù)后”木梁性能如何，從數據上就能一目了然。

　　“在我們的課題研究中，數字化技術(shù)支撐是非常重要的。這些傳感器能夠直觀(guān)地告訴我們不同位置受力和形變的情況，從而判斷古建安全的警戒值。”錢(qián)威說(shuō)。

　　今年，基地的多項研究還將繼續開(kāi)展新的實(shí)驗。錢(qián)威透露，接下來(lái)研究團隊即將引入一套新的監測設備，并且在旁邊的另一根梁上再進(jìn)行一次“微創(chuàng )”手術(shù)植入碳纖維板，兩邊進(jìn)行比較。“新的設備主要是靈敏度會(huì )再提升，一方面看看兩套監測設備的差別，另外還要再對填充膠的比例和種類(lèi)進(jìn)行新的嘗試。”