社会力量奖
古建筑木构件现场勘察技术及应用
时间:2023-03-31 来源: 文字: 图片: 编辑:kxyj 点击:
主要完成人员:陈勇平 赵 鹏 周海宾 李 华 张 涛 郭文静 张 琼 唐启恒 王双永 常 亮
主要完成单位:中国林业科学研究院木材工业研究所 故宫博物院 北京市古代建筑研究所
项目起止时间:2003-2020年
获  奖  情  况 :2021年第十二届梁希林业科学技术奖科技进步二等奖

属于木材科学与技术和文物保护的交叉学科领域。该项目以古建筑木构件现场勘察技术及工程应用为主线,通过古建筑木构件现场分级检测、内部残损快速测评及精准修正、剩余强度精准评估、用材树种现场识别以及木构件信息数据库构建等技术手段创新,系统提出了古建筑木构件现场勘察技术,并应用于故宫、天安门城楼、应县木塔等一大批国保、省保文物建筑。本项目是国家自然科学基金项目、北京市科技计划等项目系列化研究成果,是古建筑木构件科学评估和古建筑向预防性保护、研究性保护和抢救性保护并重转变的重要技术依托。

主要内容:(1)创新开发基于多参数模拟认知的木构件内部残损雷达快速测评及精准修正技术:针对文物古建筑重要性以及木构件内部残损的非侵入式检测需求,开发了综合雷达检测信息和现场参数的木构件内部残损快速诊断及定位定界技术,提出了雷达回波中异质特征识别方法和基于多参数模拟认知的雷达测评图像精准修正方法,该技术检测效率相比应力波断层检测仪等检测手段提高10倍以上。同步开发的雷达反射-阻力衰减特性双联组合定损诊断技术,较以往单一检测技术精确度得以显著提高,该技术下木构件残损辨识度达到100%,定位精确度达87%以上。(2)创新提出了基于波-力联用的木构件剩余强度精准评估技术:针对单一检测方法难以精确获取木构件强度性能的局限性,提出了以木构件微单元无损检测信息为基础的木构件剩余强度评估技术,综合多测点取最小值原则形成了以一维应力波构件强度顺纹评测和阻抗仪等效阻力值为基础的应力波-阻抗仪联用检测技术,实现了古建筑木构件剩余强度的精准预测,相关系数提高到0.77以上。(3)创新建立了基于定向无损探测的木构件用材树种现场识别技术:在无损检测曲线复原、特征提取和科学量化基础上,通过建立木材无损检测曲线中峰谷均值、整体均值、曲线走势、曲线占比等关键参数与古建筑木构件常用树种材质信息之间的映射关系,实现区域范围内古建筑木构件用材树种的现场选择性识别,前期研究的10种木材中落叶松、杉木、硬木松、杨木的识别精度为100%。(4)构建了我国首个大型木构件信息数据库:以故宫建筑群为试点创新性建立了我国首个大型(单体建筑超过故宫建筑总数的23.5%,样本数超过25000份)古建筑木构件信息数据库和科学化研究平台,实现古建筑木构件的整体信息提取。该数据库可以按建筑名称、构件名称、构件位置等定位信息,实现古建筑木构件个体数据(树种信息、残损信息、木材识别利用信息等)的靶向查询,极大方便了文物保护工作者的修缮设计和科学研究。

应用推广及效益情况:本项目以古建筑木构件为主要评价对象,构建了1套涵盖木构件残损诊断、强度检测、树种现场识别以及信息数据库构建为主的勘察技术体系,利用该技术先后对北京故宫、中南海、天安门城楼、应县木塔、恭王府、雍和宫、颐和园、郑王府、北海、圆明园、天坛、大钟寺、府学胡同36号院、智化寺、长巷三条1号院、宏恩观、关岳庙、宁波保国寺、长春电影制片厂、苏州乳鱼亭、光岳楼等600余处文物建筑进行了检测评估。项目的实施,为木结构古建筑的科学抢救和预防性保护提供了重要技术支撑,提升了我国古建筑木构件检测能力和水平,保障了古建筑的安全,具有显著的社会和经济效益。

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