博物館光敏感展品年曝光量智能化保護(hù)方法初探

伍林芳 王明鎖 張志東

（山西博物院）

博物館是文物保護(hù)、收藏、研究、展示和宣傳教育機(jī)構(gòu)，更是展示、傳承古今中外文明的重要載體。文物極易因環(huán)境因素受損，需對(duì)文物所處的環(huán)境溫度、濕度、空氣質(zhì)量及光輻射進(jìn)行嚴(yán)格把控。對(duì)于室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量均可通過(guò)建設(shè)文物保存環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)和專有裝置等專業(yè)技術(shù)措施進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，減小文物受損程度，但對(duì)光輻射的把控還處于剛剛起步階段。博物館文物展陳照明一方面要滿足視覺(jué)環(huán)境和藝術(shù)效果，給觀眾創(chuàng)造良好的視覺(jué)環(huán)境；另一方面要避免光輻射對(duì)文物展品造成損害。展陳照明效果與文物展品保護(hù)形成了鮮明的矛盾。博物館儲(chǔ)藏的大量文物，如何科學(xué)地避免光輻射成為博物館必須直面的一大問(wèn)題。

一、為減少光輻射對(duì)文物展品的損傷，博物館展陳照明采取的保護(hù)措施

博物館的展品可以分為兩大主要保護(hù)類別:礦物質(zhì)或無(wú)機(jī)物材料(石頭、金屬和玻璃等)，有機(jī)物材料包括植物類有機(jī)物(紙張、紙草、木材、自然紡織品、多種顏料和染料)和動(dòng)物類有機(jī)物(骨、象牙、皮毛，也包括一些顏料和染料)。總體說(shuō)來(lái)，無(wú)機(jī)物材料對(duì)光輕度敏感或不敏感，有機(jī)物材料對(duì)光中度敏感或高度敏感，因此通常將有機(jī)物材料質(zhì)地的展品分為光特別敏感展品和敏感展品，不受光輻射影響的礦物質(zhì)或無(wú)機(jī)物材料質(zhì)地的展品劃為不敏感展品[1]。為減少光輻射對(duì)展品的損傷，按展品類型限定照射到展品上的可見(jiàn)光數(shù)量，對(duì)展品實(shí)施分級(jí)保護(hù)，主要的限制參數(shù)包括照度值和年曝光量(照度×?xí)r間)。GB/T23863-2009《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)展品的照度值(表一)和年曝光量(表二)進(jìn)行了明確規(guī)定。

表二 陳列室展品年曝光量限制值

表一 陳列室展品照度標(biāo)準(zhǔn)值

博物館展陳照明應(yīng)嚴(yán)格遵循相應(yīng)照度標(biāo)準(zhǔn)值，但實(shí)際照度水平低于國(guó)家規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)值并不意味著對(duì)文物展品破壞的停止，而只是減緩[2]，博物館展陳照明照度標(biāo)準(zhǔn)值的制定只是在滿足視覺(jué)環(huán)境和藝術(shù)效果的前提下規(guī)定了展品能夠承受的最大損壞程度，往往還要借助對(duì)文物展品年曝光量的控制與調(diào)節(jié)來(lái)保護(hù)展品，避免其長(zhǎng)時(shí)間暴露在光照環(huán)境下，防止光對(duì)文物展品的材料、色彩、質(zhì)地等造成不可恢復(fù)的破壞。光特別敏感展品的年曝光量應(yīng)小于等于50000lx·h/a，按照每天正常展出時(shí)間8小時(shí)計(jì)，在不采取減少曝光量措施的情況下，其每年僅能展出125天，如果年展出時(shí)間超過(guò)這個(gè)期限，為達(dá)到展品保護(hù)要求，GB/T23863-2009《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》9.2.2條建議的照明控制方式為：對(duì)光敏感的展品，宜設(shè)置相應(yīng)傳感器,自動(dòng)控制開(kāi)、關(guān)照明電源。目前采用人體探測(cè)感應(yīng)技術(shù)，觀眾靠近展品時(shí)燈光開(kāi)啟，參觀完畢離開(kāi)后燈光自動(dòng)熄滅。采用這種方式可有效減少展品的年曝光量，卻同時(shí)為展品的曝光時(shí)間的統(tǒng)計(jì)帶來(lái)了難題，只能依據(jù)照度和大概的照射時(shí)間進(jìn)行估算。另外由于一些特殊的原因，為使觀眾能夠清楚地欣賞光敏感展品，其照度值需根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行一些調(diào)整，這樣更應(yīng)統(tǒng)計(jì)好展品的曝光量，及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

二、展品年曝光量智能化保護(hù)方法

山西博物院晉國(guó)霸業(yè)展廳的侯馬盟書(shū)、民族熔爐展廳的漆器、佛風(fēng)遺韻展廳的隋人寫(xiě)經(jīng)卷及水陸畫(huà)、翰墨丹青展廳的書(shū)畫(huà)等光敏感展品的照明控制方式由不同的設(shè)計(jì)施工單位完成，采用不同的產(chǎn)品和控制系統(tǒng)，但感應(yīng)控制器的控制原理基本相同，輸出的控制信號(hào)可分為有源信號(hào)與無(wú)源信號(hào)，經(jīng)市場(chǎng)產(chǎn)品調(diào)研，感應(yīng)控制方式也同樣為這兩種方式。故我們以不同感應(yīng)控制措施的應(yīng)用為立足點(diǎn)，開(kāi)展不同感應(yīng)開(kāi)關(guān)開(kāi)閉時(shí)間的統(tǒng)計(jì)研究，通過(guò)硬件設(shè)置、數(shù)據(jù)采集及軟件編程實(shí)現(xiàn)曝光量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，研究思路框圖如圖一，并據(jù)此研發(fā)了曝光量記錄分析儀（專利號(hào)：ZL 2014 2 0234176.9，發(fā)明人：伍林芳、王明鎖、張志東）。

圖一 研究思路框圖

曝光量記錄分析儀主要由以下元器件組成：SD2405時(shí)鐘模塊、SPX117M3.3電源模塊、ATmega64數(shù)據(jù)處理模塊、FM26數(shù)據(jù)掉電備份模塊、CH376接口模塊和CAN通信模塊，其中SPX117M3.3電源模塊連出有電源插頭，CH376接口模塊的讀卡接口卡在數(shù)據(jù)主機(jī)殼體上并插有SD卡，CAN通信模塊連有 ATmegal6傳感器控制模塊，ATmegal6傳感器控制模塊連出若干照度傳感器。

曝光量記錄分析儀可以針對(duì)不同的感應(yīng)開(kāi)關(guān)，實(shí)時(shí)檢測(cè)需保護(hù)展品每日的照射次數(shù)、每次的照射時(shí)間及每日的累計(jì)照射時(shí)間和曝光量，并可通過(guò)上位機(jī)調(diào)取某段時(shí)間內(nèi)展品的總曝光量，通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析觀眾流量、對(duì)展品的關(guān)注度、光源的選擇及安裝位置的合理性、人體感應(yīng)控制裝置的運(yùn)行狀態(tài)及穩(wěn)定性等，為展品的展示時(shí)間、展示方案與保護(hù)提供最直接更可靠的參考數(shù)據(jù)。

三、年曝光量數(shù)字化保護(hù)方法的實(shí)際測(cè)試結(jié)果展示與分析

展品的照度值測(cè)量方式依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB/T5700-2008《照明測(cè)量方法》，按展品不同的布展情況采用四角布點(diǎn)法或中心布點(diǎn)法[3]進(jìn)行測(cè)量。

圖三（2） 2019年12月1日累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)

（一）翰墨丹青第15號(hào)展柜西半部

1.展柜立面實(shí)測(cè)照度值依據(jù)GB/T5700-2008《照明測(cè)量方法》四角布點(diǎn)法（圖二）。

圖二 四角布點(diǎn)法

2.四角布點(diǎn)法的平均照度按式（1）計(jì)算：

式中：

Eav——平均照度，單位為勒克斯（lx）；

M——縱向網(wǎng)格數(shù)；

N——橫向網(wǎng)格數(shù)；

Eθ——測(cè)量區(qū)域四個(gè)角處的測(cè)點(diǎn)照度，單位為勒克斯（lx）；

Eο——除Eθ外，四條外邊上的測(cè)點(diǎn)照度，單位為勒克斯（lx）；

E——四條外邊以內(nèi)的測(cè)點(diǎn)照度，單位為勒克斯（lx）；

15號(hào)展柜西半部平均照度值為:Eav=126.83 lx

3.2019年12月1日（星期日）開(kāi)閉燈時(shí)段及累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)（曝光量）統(tǒng)計(jì)（圖三）。

從圖三統(tǒng)計(jì)中可看出展品被照亮129次，累計(jì)亮燈時(shí)間17073秒（4小時(shí)44分33秒），累計(jì)曝光量602.30lx·h。

4.2019年12月3日（星期二）開(kāi)閉燈時(shí)段及累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)（曝光量）統(tǒng)計(jì)（圖四）。

從圖四統(tǒng)計(jì)中可看出展品被照亮93次，累計(jì)亮燈時(shí)間8456秒（2小時(shí)20分56秒），累計(jì)曝光量298.31lx·h。通過(guò)圖三和圖四的對(duì)比可觀察到星期日的觀眾流量明顯比星期二要多。

（二）佛風(fēng)遺韻2-8龕隋人寫(xiě)經(jīng)卷

1.寫(xiě)經(jīng)卷平面實(shí)測(cè)照度值依據(jù)GB/T5700-2008《照明測(cè)量方法》中心布點(diǎn)法（圖五）。

圖五 中心布點(diǎn)法

2.中心布點(diǎn)法的平均照度按式（2）計(jì)算：

式中：

Eav——平均照度，單位為勒克斯（lx）；

M——縱向測(cè)點(diǎn)數(shù)；

N——橫向測(cè)點(diǎn)數(shù)；

Ei——在第i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的照度，單位為勒克斯（lx）；

圖四（1） 2019年12月3日開(kāi)閉燈時(shí)段

圖四（2） 2019年12月3日累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)

寫(xiě)經(jīng)卷平均照度值為:Eav=336.11 lx

3.2019年12月10日（星期二）開(kāi)閉燈時(shí)段及累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)（曝光量）統(tǒng)計(jì)（圖六)。

從圖六統(tǒng)計(jì)中可看出展品被照亮60次，累計(jì)亮燈時(shí)間1524秒（0小時(shí)25分24秒），累計(jì)曝光量142.29lx·h。從表三可看出此展品在上午10點(diǎn)55分57秒至下午16點(diǎn)間無(wú)觀眾參觀，同時(shí)通過(guò)照度測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)其光源選擇需改進(jìn)，應(yīng)選擇大角度小功率光源。

表三 2019年12月10日開(kāi)閉燈時(shí)段及累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)（曝光量)統(tǒng)計(jì)表

4.2019年12月11日（星期三）開(kāi)閉燈時(shí)段及累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)（曝光量）統(tǒng)計(jì)（圖七）。

從圖七統(tǒng)計(jì)中可看出展品被照亮12次，累計(jì)亮燈時(shí)間25455秒（7小時(shí)4分15秒），累計(jì)曝光量2376.58lx·h。從表四可看出人體感應(yīng)控制裝置在上午10點(diǎn)06分41秒時(shí)發(fā)生故障，使展品一直處于照射狀態(tài)。

從上述案例看出，曝光量記錄分析儀可對(duì)文物展品每天的點(diǎn)亮次數(shù)及累計(jì)亮燈時(shí)間、累計(jì)曝光量進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光敏感展品曝光量的實(shí)時(shí)量化，通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還可發(fā)現(xiàn)照明燈具、控制設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間、處理問(wèn)題的時(shí)間，從而不斷提高管理效率。

曝光量記錄分析儀的記錄數(shù)據(jù)不僅具有上述作用，還可為博物館其他業(yè)務(wù)人員提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)指引。一是為后續(xù)展覽的策劃及內(nèi)容和形式設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。比如通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)的橫向比對(duì)，在整個(gè)展廳的參觀流線上某個(gè)展品的亮燈次數(shù)多、亮燈時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明觀眾對(duì)這個(gè)展品比較有興趣，是關(guān)注的重點(diǎn)，否則相反，那么策展人員就可進(jìn)行相關(guān)方面的分析，是展品的歷史價(jià)值高、其背后具有精彩的故事內(nèi)容，還是展示形式、擺放位置、燈光照射等原因引起觀眾的關(guān)注。若再要進(jìn)行更細(xì)致更進(jìn)一步的分析，可結(jié)合展廳監(jiān)控錄像，了解在此展點(diǎn)觀眾群的特點(diǎn)，從觀眾的性別、年齡等構(gòu)成情況及交流、記錄、拍照等綜合行為上進(jìn)行深入的分析判斷，為后期的展覽提供借鑒。二是文物科技保護(hù)人員可對(duì)文物展品照度及曝光量檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累，對(duì)同時(shí)期展品材質(zhì)、顏料等物理、化學(xué)的變化情況與光照的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行橫向比較分析，通過(guò)這種深層次的數(shù)據(jù)挖掘利用，為文物展品的光照保護(hù)研究及采取相對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施提供更加詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

圖六（1） 2019年12月10日開(kāi)閉燈時(shí)段

圖六（2） 2019年12月10日累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)

圖七（1） 2019年12月11日開(kāi)閉燈時(shí)段

圖七（2） 2019年12月11日累計(jì)亮燈時(shí)長(zhǎng)

四、結(jié) 語(yǔ)

曝光量記錄分析儀應(yīng)用于博物館所有光敏感展品保護(hù)中，實(shí)現(xiàn)了光敏感展品曝光量的實(shí)時(shí)量化及統(tǒng)計(jì)，使博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范——〔7.2對(duì)于光敏感展品或藏品其年曝光量限值為50000 lx·h/a（光特別敏感展品）360000 lx·h/a（光敏感展品）〕[4]內(nèi)容具有更準(zhǔn)確的操作性，為展品的展示與保護(hù)提供更豐富的數(shù)據(jù)支撐，對(duì)光敏感展品的保護(hù)更是起到數(shù)據(jù)指引，以做到精益求精。

曝光量記錄分析儀在使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，如內(nèi)存容量偏小，需每星期拷貝檢測(cè)數(shù)據(jù)存入電腦；在測(cè)量精度上由于光源的光衰變化，照度值存在偏差，使曝光量統(tǒng)計(jì)存在一定的誤差。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，今后可利用物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)記錄儀進(jìn)行改進(jìn)：或擴(kuò)大內(nèi)存容量，加裝液晶顯示屏可現(xiàn)場(chǎng)顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；或加大照度值采集頻率，減少偏差；加裝無(wú)線傳輸功能，通過(guò)上位機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)顯示等，并與其他的智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

[1]北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì)編：《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》，中國(guó)電力出版社， 2006年。

[2]索經(jīng)令、倪翀：《臨時(shí)展覽中光輻射對(duì)藏品的損壞及應(yīng)對(duì)措施》，《首都博物館論叢》 ，2017年。

[3]GB/T5700-2008《照明測(cè)量方法》。

[4]GB/T23863-2009《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》。