坐落在拉薩紅山之上的布達(dá)拉宮，已有1300多年歷史，是世界最為獨(dú)特的藏式宮殿群。但在青藏高原特殊的地理氣候環(huán)境下，布達(dá)拉宮本體建筑隨著溫濕度、墻體含水率及凍融循環(huán)等微環(huán)境的改變出現(xiàn)了傾斜、錯(cuò)動(dòng)等不同程度的損傷，古建筑安全健康狀態(tài)的保持與維護(hù)面臨重大挑戰(zhàn)。依托文保科技對(duì)布達(dá)拉宮“問(wèn)診”，開展預(yù)防性保護(hù)的措施應(yīng)運(yùn)而生。

　　從粉筆書寫“健康信息”到科學(xué)感知“心跳”

　　如今在布達(dá)拉宮還能看到，上世紀(jì)八九十年代起，在一些重點(diǎn)關(guān)注部位用紙條做成的原始“裂縫卡”，以及粉筆書寫的“健康信息”。這種原始的管養(yǎng)維護(hù)模式，為現(xiàn)今的健康監(jiān)測(cè)管理提供了寶貴的科學(xué)信息。

　　隨著時(shí)代的進(jìn)步及科學(xué)的發(fā)展，布達(dá)拉宮的管理者們也與時(shí)俱進(jìn)地思考如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)保護(hù)布達(dá)拉宮古建筑，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)防性保護(hù)。

圖為布達(dá)拉宮 趙朗 攝

　　開放布達(dá)拉宮到底能進(jìn)多少人，參觀和朝拜人多了會(huì)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)有影響……面對(duì)客流量大幅增長(zhǎng)的可能性，2007年5月，帶著一連串疑問(wèn)，布達(dá)拉宮管理處與北京交通大學(xué)正式開展了基于力學(xué)性能分析的客流控制問(wèn)題。

　　北京交通大學(xué)布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)與監(jiān)測(cè)研究中心教授楊娜表示，對(duì)布達(dá)拉宮這樣的石木結(jié)構(gòu)建筑，游客數(shù)量的突增會(huì)造成木結(jié)構(gòu)的變形突增。當(dāng)突變變形累積到一定程度，自身的恢復(fù)就會(huì)變慢，甚至成為永久損傷。此外，游客數(shù)量增多衍生的人群結(jié)構(gòu)耦合振動(dòng)效應(yīng)、文物安防、參觀質(zhì)量等問(wèn)題，都對(duì)布達(dá)拉宮的客流量控制提出疑問(wèn)。

　　為感知布達(dá)拉宮的“心跳”，管理處委托北京交通大學(xué)聯(lián)合開展了人群荷載測(cè)試。科研人員避開游人平日的干擾，利用夜晚時(shí)間，組織燈香師、工作人員充當(dāng)游人、朝拜者。他們的行走習(xí)慣，如步頻、駐留時(shí)間，被監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)一一記錄，制成圖譜，形成了布達(dá)拉宮流量控制的第一個(gè)智庫(kù)成果。

圖為布達(dá)拉宮監(jiān)測(cè)平臺(tái)截圖 白凡博士供圖

　　歷屆布達(dá)拉宮管理處一直認(rèn)為，對(duì)古建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期甚至全壽命的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以獲得結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的損傷程度，并在必要時(shí)對(duì)其進(jìn)行有效維修加固，是保障重大古建工程始終處于良好工作狀態(tài)的重要且必要手段。布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅是有效保護(hù)建筑本體的重要內(nèi)容，亦是合理開放布達(dá)拉宮的必要前提。

　　布達(dá)拉宮管理處監(jiān)測(cè)中心主任土登次仁介紹，2008年9月，在對(duì)布達(dá)拉宮紅白宮實(shí)地勘察測(cè)繪、替代結(jié)構(gòu)人群試驗(yàn)、新舊木材試驗(yàn)、整體與局部結(jié)構(gòu)數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，當(dāng)時(shí)的北京交通大學(xué)布達(dá)拉宮項(xiàng)目組提出了布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)體系規(guī)劃，包括：布達(dá)拉宮上部木結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)、布達(dá)拉宮墻體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)以及地壟穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。

　　在國(guó)家文物局和西藏自治區(qū)文物局支持下，管理處最終確定，布達(dá)拉宮第一期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)對(duì)象為上部木結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位，第二期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)對(duì)象為墻體和地壟穩(wěn)定性。

　　經(jīng)過(guò)4年籌備，7個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與試運(yùn)行，2012年10月6日布達(dá)拉宮第一期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正式運(yùn)行，至今正常運(yùn)行9年。2021年8月1日，從勘察規(guī)劃到保護(hù)實(shí)施，歷經(jīng)6年之久的二期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也正式上線運(yùn)行。

圖為布達(dá)拉宮 趙朗 攝

　　近10年收集布達(dá)拉宮“心跳”數(shù)據(jù)1000萬(wàn)組

　　布達(dá)拉宮二期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象包括紅宮、白宮的墻體、地壟，以及位于布達(dá)拉宮下方的兩個(gè)山洞。

　　監(jiān)測(cè)平臺(tái)上，不同權(quán)限的管理員可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、移動(dòng)端APP、微信小程序等多種智能手段，不限地點(diǎn)，不限時(shí)間訪問(wèn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、查看預(yù)警信息、下載平臺(tái)自動(dòng)生成的統(tǒng)計(jì)報(bào)表及數(shù)據(jù)分析報(bào)告，同時(shí)也能夠檢查傳感器在本地備份和上傳至云端的歷史數(shù)據(jù)。

　　布達(dá)拉宮二期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在白宮、紅宮、強(qiáng)慶塔拉姆等處共計(jì)安裝裂計(jì)、傾角計(jì)、土體濕度計(jì)、空氣溫度計(jì)、柔性測(cè)斜儀、收斂?jī)x等傳感器共計(jì)388支。

圖為布達(dá)拉宮 趙朗 攝

　　這些傳感器可以24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控裂縫寬度變化、環(huán)境溫度、墻體和柱子的傾斜角度、梁柱變形感知人群荷載等等。

　　北京交通大學(xué)布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)與監(jiān)測(cè)中心常鵬老師表示，傳感器點(diǎn)位的選擇在“預(yù)防性保護(hù)”和“最小干預(yù)”的原則下盡可能減少建筑本體的影響。

　　二期平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行一年多以來(lái)，監(jiān)測(cè)情況比較平穩(wěn)，數(shù)據(jù)突變情況較少。在人群增多時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化會(huì)大一些，不過(guò)人群減少后數(shù)值又恢復(fù)正常。

　　北京交通大學(xué)布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)與監(jiān)測(cè)中心白凡博士在采訪中提到，受全球變暖等因素影響，所監(jiān)測(cè)的地壟濕度情況變化明顯，尤其在夏天雨季，地壟濕度較高。而地壟的位移數(shù)據(jù)也隨著濕度的變化呈現(xiàn)出了周期性改變的規(guī)律。

　　在監(jiān)測(cè)終端，每個(gè)傳感器均配有二維碼，掃描后，管理者可看到該傳感器安裝前后結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，以及歷史監(jiān)測(cè)信息和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息。相當(dāng)于可查看監(jiān)測(cè)對(duì)象的“病例”情況。

圖為布達(dá)拉宮 貢桑拉姆 攝

　　白凡博士表示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)形成定期報(bào)告，目前按照季度設(shè)置形成，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析建筑健康狀態(tài)。如遇特殊事件會(huì)以短信方式及時(shí)通知布達(dá)拉宮管理處的工作人員和相關(guān)職能管理部門，以及項(xiàng)目管理人員。

　　如果布達(dá)拉宮信號(hào)中斷，會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失嗎？常鵬表示，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括本地存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)，如果信號(hào)缺失，系統(tǒng)自動(dòng)在三小時(shí)內(nèi)補(bǔ)傳。這個(gè)自動(dòng)補(bǔ)傳程序測(cè)試了一年，比較成功。另外，如補(bǔ)傳仍然失敗，會(huì)發(fā)短信通知管理人員，進(jìn)行人工干預(yù)，人工從本地存儲(chǔ)庫(kù)中補(bǔ)傳上去。“幾乎每三個(gè)月，我們項(xiàng)目組都要從北京去西藏一次，進(jìn)行為期半個(gè)月的定期巡檢。”

　　土登次仁說(shuō)，自第一期實(shí)施以來(lái)，近10年共800個(gè)傳感器積累了布達(dá)拉宮“心跳”數(shù)據(jù)超過(guò)1000萬(wàn)組，它為布達(dá)拉宮、西藏乃至中國(guó)特色古建筑的預(yù)防性保護(hù)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。