承德永佑寺避暑山莊后序碑紅外熱像

周 霄，付永海，李 黎

（中國文化遺產(chǎn)研究院，北京 100029）

承德永佑寺位于避暑山莊東北角，萬樹園東側(cè)，建于乾隆十六年（1751年），是避暑山莊內(nèi)九處寺廟之中規(guī)模最大的一處。它坐北朝南，沿中軸線依次排列山門、牌坊、天王殿、正殿、后殿、舍利塔及御容樓等建筑?，F(xiàn)永佑寺除舍利塔及四座石碑外均已無存［1］。其中避暑山莊后序碑正對山門，受關(guān)注程度最高。該碑立于乾隆四十七年（1782年），主要材質(zhì)為鸚鵡巖。2013年2月開始，中國文化遺產(chǎn)研究院對永佑寺內(nèi)現(xiàn)存石質(zhì)文物病害狀況進(jìn)行全面調(diào)查評估。發(fā)現(xiàn)避暑山莊后序碑馱碑赑屃西側(cè)尾部存在較大開口裂隙，這可能對石碑的穩(wěn)定性造成影響。為了對裂隙狀況進(jìn)行了解，先后采用了內(nèi)窺鏡、超聲波檢測法進(jìn)行檢測，由于赑屃裂隙走向復(fù)雜，故現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡技術(shù)很難對裂隙做出全面評價(jià)。同時(shí)由于赑屃外部形狀不規(guī)則，超聲波檢測技術(shù)雖然對其取得了檢測結(jié)果，但是數(shù)據(jù)的解析較困難，結(jié)果的可靠性無法判斷，因此需要引入別的檢測方法進(jìn)行驗(yàn)證。

紅外熱像檢測是基于物體的熱輻射性，通過記錄或觀察試件表面缺陷和基體材料不同的熱特性所引起的溫度變化，利用表面溫度場分布來獲取研究對象缺陷信息的一種檢測方法［2］。將紅外熱像技術(shù)用于文物病害的探測在國外已有30多年的歷史，主要用于古建筑健康狀況和病害檢測，壁畫墻體的空鼓病害檢測、文物不同部分的濕度檢測、文物結(jié)構(gòu)和保存狀態(tài)的檢測等［3－4］。國內(nèi)文物保護(hù)領(lǐng)域也有多家單位將紅外熱像技術(shù)運(yùn)用在病害探測和修復(fù)保護(hù)效果評價(jià)方面，如西安文保中心利用紅外熱像技術(shù)檢測大足石刻千手觀音凝結(jié)水的分布狀況［5］；敦煌研究院使用探地雷達(dá)結(jié)合紅外熱像技術(shù)對西藏壁畫和敦煌石窟壁畫進(jìn)行過空鼓探測［6］。中國文化遺產(chǎn)研究院也在布達(dá)拉宮西印經(jīng)院、大昭寺及扎塘寺壁畫病害調(diào)查中使用紅外熱像技術(shù)進(jìn)行過空鼓缺陷檢測的嘗試；花山巖畫最初的病害調(diào)查中也使用了紅外熱像儀［7］。但是，目前將紅外熱像技術(shù)應(yīng)用到文物病害探測的研究實(shí)例大都是做某一時(shí)刻溫度分布的直觀比較，對文物表面溫度進(jìn)行全天監(jiān)測和動(dòng)態(tài)分析的研究方面的報(bào)道，迄今為止在國內(nèi)外還沒有，筆者借助24h溫度場變化圖像，對赑屃內(nèi)部裂隙及水份進(jìn)行分析。

1 測試目的

永佑寺避暑山莊后序碑馱碑赑屃西側(cè)尾部存在較大開口裂隙，可能對石碑的穩(wěn)定性造成影響。由于赑屃形狀不規(guī)則而且體積巨大，目前的技術(shù)很難直接測試裂隙在赑屃內(nèi)部的走向及深度。由于石材的熱傳導(dǎo)系數(shù)小，待測對象體積巨大，常規(guī)的即時(shí)紅外熱像檢測無法反應(yīng)內(nèi)部裂隙的影響。因此采用紅外熱像儀對其進(jìn)行監(jiān)測，借助24h內(nèi)溫度場變化圖像，對赑屃內(nèi)部裂隙及水份影響進(jìn)行分析，如圖1～3所示。

圖1 永佑寺避暑山莊后序碑西側(cè)熱像圖

圖2 永佑寺避暑山莊后序碑東側(cè)外觀

圖3 永佑寺避暑山莊后序碑東側(cè)熱像圖

2 測試儀器及方法

測試采用德國Infra Tec紅外熱像儀，每6min采集一張熱像圖，連續(xù)采集240 張。測試時(shí)間從2013年11 月01 日17：00 到2014 年11 月02 日17：00，經(jīng)歷自然環(huán)境的升溫和降溫過程。其中起始測量氣溫為9.2℃，截至測量氣溫為10.4℃，極端最低氣溫－2.3℃，極端最高氣溫10.4℃。測試時(shí)間前15日內(nèi)無降水，空氣濕度在10%～20%之間。

3 測試結(jié)果分析

3.1 水份影響分析

從2013年11月01日17：10分拍攝的碑西側(cè)熱像圖中可以看出，后序碑西側(cè)整體溫度場分布基本依照自然規(guī)律，從南到北溫度逐漸降低；對應(yīng)可見光圖像可以看出，溫度異常部分主要是由于雕刻、陰影、植被等因素的影響?；糠譄o低溫異常區(qū)，因此可以推測整個(gè)雕刻西側(cè)基本不受地下水影響。

從2013年11月01日17：30分拍攝的碑東側(cè)熱像圖3可以看出，碑體已經(jīng)基本達(dá)到熱平衡，呈現(xiàn)南北兩側(cè)溫度偏低，中間部分溫度稍高的狀態(tài)。整體赑屃的溫度分布也基本平衡，圖3中的溫度異常區(qū)基本都是由于雕刻部分凸起所導(dǎo)致的高溫區(qū)，和青苔、石材破損處所導(dǎo)致的低溫區(qū)，只是在圖3的圓圈內(nèi)有低溫異常區(qū)。其位置對應(yīng)圖4 中的標(biāo)注位置。在可見光圖片中可以看出標(biāo)注位置覆蓋有少量深灰色物質(zhì)，現(xiàn)場踏勘表明該處無異常物質(zhì)，略有潮濕。經(jīng)分析考慮，由于該位置離基座較近，判斷可能受地下毛細(xì)水上升作用的影響。

圖4 永佑寺避暑山莊后序碑東側(cè)北部細(xì)節(jié)圖片

3.2 赑屃內(nèi)部裂隙分析

對赑屃內(nèi)部進(jìn)行紅外熱像檢測，檢測結(jié)果如圖5所示，各標(biāo)識(shí)點(diǎn)溫度為：P1為3.15°C，P2為3.36°C，P3為4.60°C，P4為3.62°C，P5為3.02°C，P6為3.19°C，P7為3.64°C，P8為3.11°C，P9為3.30°C。

圖5 永佑寺避暑山莊后序碑西側(cè)熱像圖

從圖6中可以看出，赑屃尾部有一明顯低溫區(qū)，對應(yīng)可見光圖片可以看出，該低溫區(qū)是由于赑屃尾部的裂隙造成的。該熱像圖采集時(shí)間為早9點(diǎn)，整個(gè)雕像剛剛經(jīng)歷了一個(gè)夜晚的降溫過程，已經(jīng)與周圍環(huán)境達(dá)到熱平衡。該裂隙位于雕像西側(cè)，基本不受陽光影響，因此從圖5中可以看出整個(gè)熱像圖溫度基本均勻。整個(gè)低溫區(qū)沿著開口裂隙擴(kuò)展，影響區(qū)域較大。從圖5 中可以看出，P1、P2和P3基本位于同一水平線上，P4位于開口裂隙下方。以降溫過程作為分析依據(jù)，主要是因?yàn)樯郎剡^程受陽光入射角度影響，受熱不均勻。而從上午5：00之后溫度曲線進(jìn)入升溫過程。從圖6 的各個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)時(shí)間－溫度分布曲線上可以看出，降溫過程中降溫速率k呈現(xiàn)如下規(guī)律：

kP1＞kP2＞kP3且kP3≈kP4，P3處已經(jīng)是正常部位，這說明開口裂隙的下方已經(jīng)基本不受影響，整個(gè)裂隙并未向下延伸。P1附近有開口裂隙，所以散熱快，降溫的速率就快；P2處的降溫速率比P1略小又大于P3及P4處，說明P2處也受開口裂隙的影響，但是P2處的石材要厚于P1處，所以降溫速率要小于P1處，從表面來看P2到開口裂隙的距離要大于P1，因此kP1應(yīng)該明顯大kP2，而目前只是略大，因此推測開口裂隙在內(nèi)部向東南部發(fā)展。

圖6 P1、P2、P3、P4標(biāo)識(shí)點(diǎn)降溫過程時(shí)間－溫度分布曲線

圖7 P3、P4、P5、P6、P7標(biāo)識(shí)點(diǎn)降溫過程時(shí)間－溫度分布曲線

從圖5中可以看出，P8和P9基本位于同一水平線上，P4位于開口裂隙下方和P7位于同一水平線。從圖7的各個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)時(shí)間－溫度分布曲線上可以看出，降溫過程中降溫速率k呈現(xiàn)如下規(guī)律：kP5≈kP6＞kP3且kP3≈kP4≈kP7，P3處已經(jīng)是正常部位，這說明開口裂隙的下方即P7、P4處已經(jīng)基本不受影響，整個(gè)裂隙并未向下延伸。P5與P6受裂隙的影響基本相當(dāng)，但是P6處的石材要厚于P5處，因此推測開口裂隙在內(nèi)部向P6處發(fā)展即東南部發(fā)展。

從圖5中可以看出，P8和P9基本位于同一水平線上，P4位于開口裂隙下方和P7位于同一水平線。從圖8的各個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)時(shí)間－溫度分布曲線上可以看出，降溫過程中降溫速率k呈現(xiàn)如下規(guī)律：kP9＞kP8＞kP3且kP3≈kP4≈kP7，P3處已經(jīng)是正常部位，這說明開口裂隙的下方即P7、P4處已經(jīng)基本不受影響，整個(gè)裂隙并未向下延伸。P9處受裂隙的影響大于P8，因此推測開口裂隙在內(nèi)部向P8處發(fā)展即東南部發(fā)展。

圖8 P3、P4、P7、P8、P9標(biāo)識(shí)點(diǎn)降溫過程時(shí)間－溫度分布曲線

4 結(jié)論

（1）永佑寺避暑山莊后序碑馱碑赑屃西側(cè)不受地下毛細(xì)水影響，東側(cè)北部下方有毛細(xì)水影響的跡象。

（2）由于熱擴(kuò)散的作用，內(nèi)部裂紋的影響在表面會(huì)衰減；所以紅外熱像技術(shù)很難精確測量內(nèi)部的走向及深度，只能定性地測量出裂縫在內(nèi)部的走向。按照目前的數(shù)據(jù)分析馱碑赑屃西側(cè)尾部開口裂隙在內(nèi)部向東南部發(fā)展，基本不向下發(fā)展。因此該裂隙不會(huì)對碑體的穩(wěn)定性造成影響。

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