密雲區西田各庄鎮，田野邊寬敞的大院子，是北京市文物古建公司的一處基地。這處基地佔地7800平方米，其中藏著不少“文物”寶貝，不僅有各種古色古香的亭台樓閣、雕梁畫柱，甚至還有一段長城磚牆，一些木結構上還裝上了密密麻麻的傳感器和各色線路。

　　“基地內的建筑都是仿建的，主要用來進行文物修復與預防性保護的科研課題的數據採集。去年，基地被北京市文物局授牌為北京木結構古建筑保護科研與實驗基地。”基地負責人李福文介紹，不少文物修復的新技術目前正在這裡開展試驗。

　　為長城拍“CT”

　　走進院內，最先進入視線的是一小段“長城”城牆，高約3米，長度約5米，牆面略有些斑駁，一些地方還有淺淺的白色粉筆標記。“這是仿照密雲明代長城特制的一小段模型，砌磚的材料以及技藝都盡量還原。”李福文說。

　　即便是磚石壘就，長城也會生病。“比如山體的自然沉降、風霜雨水的侵襲、溫濕度的變化、植被根系生長、白蟻蛀虫啃噬等，都可能造成長城的損傷，形成空鼓、塌陷等病害。大規模的變形，可以通過遙感技術和無人機來發現，局部的形狀變化可以採用三維激光掃描等技術進行分析判斷，但如果是深藏在內部正在生長的病害，是很難從外表看出的。如果能提前定位並識別出來，進行預防性保護，就能避免更大的破壞和損傷。”來自北京工業大學的錢威說，這就需要給長城做一個“CT”檢查。

　　給長城做“CT”？聽起來難度不小。“其實用的就是現代建筑業中經常會使用到的探地雷達設備。”錢威解釋說，這個技術已經普遍應用於道路、橋梁的病害檢測，它能夠利用高頻電磁波的反射來探測建筑的內部情況。“有了探地雷達的輔助，可以對長城病害的范圍、類型進行識別，為后續的保護和修繕工作提供數據參考。目前我們正在對這項技術在長城上的應用進行探索。”

　　木梁上的“微創”手術

　　自“長城”處再向內走，還矗立著不少木建筑，這裡也正在進行一項頗有意思的試驗——利用碳纖維對古建筑進行加固。

　　說起碳纖維，很多人並不陌生。這是一種力學性能非常優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，但抗拉強度卻是鋼的7至9倍，被廣泛應用於航空航天、汽車、建筑等領域。

　　北京地區古建筑大多是木結構為主，相比於傳統鐵箍加固的方式，輕便結實價廉的碳纖維布效果更佳。“不過，這一方法弊端也很明顯，使用時需要像包扎傷口一樣包很多圈，不僅看著丑，還會遮擋住建筑本身的模樣。”錢威說，保留住建筑本身的細節是非常重要的，很多木構件的細微之處蘊含著寶貴的信息。

　　既要保証加固效果，又要兼顧細節與美觀，研究人員進行了一次大膽嘗試——給木構件做“手術”，以微創的形式向內部植入碳纖維板。“我們在基地內搭建了一處清式硬山建筑足尺模型，在它的大梁上進行實驗。”錢威解釋說，先在木梁的底部開一個小小的槽，注入膠，再向內植入碳纖維板，以性狀相近的木條嵌入封口。經過這次“微創”手術，大梁內部有了一根非常結實的“筋”，從外觀上基本看不出差別，力學性能卻有了很大的改變。

　　植入了碳纖維板的木梁，承重到底如何？“確實提升了不少。我們請來工人幫助科研團隊進行了測試，在古建本身的基礎重量之上，又將近十噸的沙袋單獨攤放到大梁之上，承重沒有問題。”李福文介紹說。

　　為“術后”木梁進行智能監測

　　在木梁的承重實驗中，智能監測系統發揮了至關重要的作用。就在這座清代建筑模型的木梁之上，鑲嵌著密密麻麻的傳感器和各種顏色的線路，它們共同形成了一個智能監測系統，方便研究人員對建筑的各項數據進行實時觀察。“術后”木梁性能如何，從數據上就能一目了然。

　　“在我們的課題研究中，數字化技術支撐是非常重要的。這些傳感器能夠直觀地告訴我們不同位置受力和形變的情況，從而判斷古建安全的警戒值。”錢威說。

　　今年，基地的多項研究還將繼續開展新的實驗。錢威透露，接下來研究團隊即將引入一套新的監測設備，並且在旁邊的另一根梁上再進行一次“微創”手術植入碳纖維板，兩邊進行比較。“新的設備主要是靈敏度會再提升，一方面看看兩套監測設備的差別，另外還要再對填充膠的比例和種類進行新的嘗試。”本報記者 王可心

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