以杭州富義倉為例談文物建筑安全監(jiān)測設(shè)計

鐘 峻 翁 燕 羅曼慧

(杭州市京杭運河(杭州段)綜合保護(hù)中心，浙江 杭州 310000)

1 概述

文物安全監(jiān)測是指對文物建筑在日常使用、修繕等過程中的安全影響因素的安全狀態(tài)及動態(tài)變化進(jìn)行量測、檢查、監(jiān)視的活動[1]。文物建筑安全監(jiān)測作為一種手段，其目的一是采用先進(jìn)技術(shù)持續(xù)采集相關(guān)信息，通過分析了解建筑遺產(chǎn)的損毀變化規(guī)律；二是分析相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為科學(xué)制定保護(hù)方案提供必要數(shù)據(jù)和可靠依據(jù)；三是確認(rèn)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)狀態(tài)，為進(jìn)一步有效開展經(jīng)營管理提供參考依據(jù)[2]。

杭州富義倉位于中國大運河與其支流勝利河的交匯口，是大運河沿岸保存較完整的古代城市公共倉儲建筑群，始建于清光緒年間(1875年—1908年)，見證了歷史上米市、倉儲和碼頭裝卸業(yè)等經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)曾經(jīng)的發(fā)展、繁榮。2013年3月5日，國務(wù)院將“富義倉”作為“大運河”的組成部分，公布為第七批“全國重點文物保護(hù)單位”。2014年6月22日，中國大運河被列入世界文化遺產(chǎn)的《世界遺產(chǎn)名錄》，杭州富義倉是中國大運河的重要組成部分。

富義倉現(xiàn)存13幢倉房及遺址一處(12號倉房)，其中1號～10號倉房為文物本體建筑，11號～14號倉房為文物保護(hù)范圍內(nèi)重要建筑。倉房大多為一層木結(jié)構(gòu)硬山頂建筑(其中11號倉房、13號倉房為兩層)，平面呈狹長的矩形，面闊大多八間，單間面闊3.44 m～3.96 m，通面闊28.69 m～33.33 m，通進(jìn)深6.78 m～7.00 m，用抬梁穿斗混合式，柱徑在150 mm～220 mm之間。室內(nèi)地坪高出室外地坪0.6 m左右，前檐設(shè)廊，每間均有入戶門和臺階。倉房之間皆以0.5 m～0.6 m的青石板鋪砌成的走道。

2 富義倉現(xiàn)狀病害

1)木構(gòu)件因自身原因及外部環(huán)境的侵蝕，出現(xiàn)了木材糟朽、劈裂，白蟻蟲蛀等病害。2)院內(nèi)圍墻及夯土墻存在不同程度的病害，尤其是11號倉房南側(cè)用于展示的夯土院墻，外無抹灰層保護(hù)，直接暴露在自然環(huán)境中，面臨風(fēng)吹日曬、雨水侵蝕的侵害。3)庭院地面石板局部斷裂、破損，其材料理化性能有待檢測。4)杭州富義倉建筑為淺基礎(chǔ)或無基礎(chǔ)，其場地穩(wěn)定性情況需特別關(guān)注。

3 監(jiān)測內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)杭州富義倉的本體保存情況和病害特點，主要針對基礎(chǔ)穩(wěn)定性、梁架受力和木柱傾斜、庭院石材材料性能、夯土墻傳統(tǒng)材料性能四個部分進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計。

3.1 基礎(chǔ)穩(wěn)定性監(jiān)測

基礎(chǔ)穩(wěn)定性監(jiān)測通過監(jiān)測特定受力特征點高程數(shù)據(jù)，比較多期數(shù)據(jù)計算各點不同時期的高程變化量和變化速度，為判斷基礎(chǔ)是否穩(wěn)定提供量化數(shù)據(jù)依據(jù)。富義倉基礎(chǔ)穩(wěn)定性監(jiān)測對象為現(xiàn)存13棟建筑?；A(chǔ)垂直位移監(jiān)測采用幾何水準(zhǔn)法觀測，觀測精度要求按高程基準(zhǔn)網(wǎng)觀測要求執(zhí)行。要求每次觀測采用閉合水準(zhǔn)路線，每期觀測起算點和觀測線路保持一致。監(jiān)測點設(shè)置根據(jù)2號倉房的力學(xué)分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)狀保存狀況抽樣選擇布設(shè)，布設(shè)位置為每個單體建筑的四角及建筑兩端的受力最大的木柱基礎(chǔ)部位，盡可能的保證選擇樣點既具有力學(xué)敏感性，又能反映整體變化情況?；A(chǔ)穩(wěn)定性監(jiān)測點位置布置詳見附件五。監(jiān)測標(biāo)志宜布置在富義倉的柱腳處，標(biāo)志采用半圓形平底型不銹鋼觀測標(biāo)志。標(biāo)志直徑2 cm，凸起部分高0.8 cm。監(jiān)測點的埋設(shè)須保證觀測標(biāo)志與被監(jiān)測構(gòu)件連接成一個整體，保證點位的自身穩(wěn)定和可靠。觀測標(biāo)志安裝采用云石膠粘貼，確保文物本體安全。安裝時應(yīng)考慮觀測標(biāo)志上方留有一定的凈空，并無妨礙豎立水準(zhǔn)尺的凸出障礙物。安裝完成后注意免受碰撞、擠壓及其他意外的影響。基礎(chǔ)垂直位移監(jiān)測首次觀測均進(jìn)行2次獨立觀測，取兩次獨立觀測值的平均數(shù)作為首期觀測成果。

3.2 梁架受力和木柱傾斜監(jiān)測

根據(jù)2號倉房一榀梁架體系受力分析結(jié)果，在彎矩較大的幾處橫梁處布設(shè)振弦式表面應(yīng)變計來監(jiān)測橫梁擾動變形情況；在軸力較大的幾根立柱頂部(若有隔板阻隔，則布設(shè)在立柱可布設(shè)的最高處)布設(shè)雙軸傾角感器來監(jiān)測木柱的傾斜情況。

3.2.1梁架受力監(jiān)測

梁架受力監(jiān)測主要采用在梁中受力最大處安裝振弦式表面應(yīng)變計來進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。振弦式傳感器由振弦、磁鐵、夾緊裝置和受力機(jī)構(gòu)組成。傳感器參數(shù)見表1，圖樣見圖1。

表1 振弦式表面應(yīng)變計參數(shù)

通過傳感器對2號倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，并定期對監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析，判斷結(jié)構(gòu)受力變化趨勢，及時預(yù)報預(yù)警，進(jìn)而為富義倉的安全監(jiān)控提供有力保障。由于文物監(jiān)測的特殊性，在現(xiàn)場實施時，根據(jù)實際情況在確保技術(shù)要求的前提下允許適當(dāng)調(diào)整選用的設(shè)備和安裝方式。

3.2.2木柱傾斜監(jiān)測

木柱傾斜監(jiān)測主要采用在木柱頂部傾斜最大處安裝數(shù)字雙軸傾角傳感器來進(jìn)行監(jiān)測。傾角傳感器主要用于系統(tǒng)的水平角度變化測量。傾角傳感器是一種非常精確的測量小角度的檢測工具，用它可測量被測平面相對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度。數(shù)字雙軸傾角傳感器參數(shù)見表2，圖樣見圖2。

表2 數(shù)字雙軸傾角傳感器特性

數(shù)字雙軸傾角傳感器的安裝步驟同振弦式表面應(yīng)變計安裝步驟，需特別注意的是，在安裝數(shù)字雙軸傾角傳感器時，傳感器安裝面與被測目標(biāo)面平行，并減少動態(tài)和加速度對傳感器的影響。

通過傳感器對富義倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，并定期對監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析，判斷結(jié)構(gòu)變形趨勢，及時預(yù)報預(yù)警，進(jìn)而為富義倉的安全監(jiān)控提供有力保障。由于文物監(jiān)測的特殊性，在現(xiàn)場實施時，根據(jù)實際情況在確保技術(shù)要求的前提下允許適當(dāng)調(diào)整選用的設(shè)備。

3.3 庭院石材材料性能監(jiān)測

庭院石板材料監(jiān)測主要針對富義倉庭院內(nèi)地面石板及倉房柱礎(chǔ)進(jìn)行材料性能監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容分為：石材表面抗壓強(qiáng)度監(jiān)測、石材表面硬度監(jiān)測及地面石板表面疏松程度等。

3.3.1石材材料表面抗壓強(qiáng)度監(jiān)測

石材表面抗壓強(qiáng)度監(jiān)測主要使用回彈儀現(xiàn)場檢測石板及柱礎(chǔ)的回彈值，換算得到石材表面抗壓強(qiáng)度，比較多期數(shù)據(jù)，對比分析石材表面抗壓強(qiáng)度變化情況，從而達(dá)到監(jiān)測的目的。采用HT-225A型回彈儀(如圖3所示)，參考JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程進(jìn)行現(xiàn)場抽樣檢測，具體監(jiān)測點位根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行選取點位。地面石板及柱礎(chǔ)監(jiān)測點位各不得小于5處。

3.3.2石材材料表面硬度監(jiān)測

石材表面硬度監(jiān)測主要使用硬度計現(xiàn)場檢測石板及柱礎(chǔ)的硬度值，比較多期數(shù)據(jù)，對比分析石材表面硬度變化情況，從而達(dá)到監(jiān)測的目的。采用SW-6210型里氏硬度計(如圖4所示)進(jìn)行現(xiàn)場抽樣檢測。監(jiān)測點位與石材材料表面抗壓強(qiáng)度監(jiān)測點位相同。

3.3.3庭院地面石板表面疏松程度監(jiān)測

庭院地面石板表面疏松程度監(jiān)測主要通過紅外熱成像拍攝地面石板的溫度變化情況，比較多期數(shù)據(jù)成果，間接判斷石材的風(fēng)化情況。在現(xiàn)場對局部地面石板分別進(jìn)行熱風(fēng)槍加溫、噴水降溫等方式，改變石材表面溫度，采用Fluke Tis40型紅外熱成像儀(如圖5所示)，紅外熱成像拍攝。監(jiān)測點位根據(jù)現(xiàn)場實際，選取3處～4處進(jìn)行監(jiān)測。在目標(biāo)時間段內(nèi)檢測區(qū)域內(nèi)材料溫度變化的情況來初步判斷材料本身均勻致密情況。通過不同時期紅外照片對比，分析地面石板表面疏松程度情況。

4 結(jié)語

目前對于文物建筑的監(jiān)測主要側(cè)重于對文物建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測、本體材料監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等方面。先進(jìn)科技手段運用到文物建筑監(jiān)測體系中，可以提高監(jiān)測資料的科技含量，讓我們更加客觀準(zhǔn)確的判斷文物建筑所處的真實狀態(tài)，系統(tǒng)的制定科學(xué)規(guī)范的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，從而為文物行政部門科學(xué)決策提供依據(jù)。對富義倉的監(jiān)測與研究不僅能為文物建筑本身的保護(hù)提供依據(jù)，也能為杭州地區(qū)相似文物建筑的研究與保護(hù)提供借鑒。通過對文物建筑的監(jiān)測與研究還能夠提煉出木結(jié)構(gòu)文物建筑具有通用性和可行性的信息采集方法，并通過進(jìn)一步處理和分析監(jiān)測的數(shù)據(jù)，確定出文物建筑破壞臨界點，以確定保護(hù)類型，推廣和普及于其他眾多類似的文物建筑的保護(hù)中去。