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为长城保护插上科技的翅膀
日期:2019-09-20 浏览次数: 字号:[ ]

长城是我国现存体量最大、分布范围最广的线性文化遗产,是举世公认的杰出建筑和无与伦比的文化景观。甘肃是长城资源大省,全省长城分布在11个市州,总长度为3654千米,居全国第二。其中,明长城1738千米,长度为全国之首。嘉峪关市境内长城墙体43.6千米,壕堑12.94千米,关堡8座,烽火台和敌台共49座,现存体量在甘肃省虽不是最大,但其结构类型突出,涵盖了甘肃明长城所有类型。

“从以前的人防为主,到后来的物防,再到现在采用一系列高科技设备开展日常管护和预防性保护,长城保护已经插上了科技的翅膀。”甘肃嘉峪关丝路(长城)文化研究院丝绸之路文化研究所所长张斌说。已经从事长城保护工作20年的张斌回忆,2000年初到关城时,嘉峪关关城只有四五十名员工,十几名安保人员一年四季白天晚上24小时驻守关城的各个角落,所有职工每天晚上都要轮流值班看守。2011年底,嘉峪关文化遗产保护工程启动实施,在对长城本体进行保护修缮的同时,建设了嘉峪关关城安全技术防范系统工程和嘉峪关世界文化遗产监测系统,长城保护的科技能力大大提升。地质雷达及三维扫描等科技手段可对墙体结构进行“把脉问诊”,“量身制定”保护维修方案;嘉峪关关城安全技术防范系统工程,具备入侵报警、视频监控、声音复合、出入口控制、安防专用通讯、电子巡更、网络广播等功能;长城田野巡查日常通过无人机巡查,监测中心运用风速仪、悬挂式测斜仪、土体压力计、裂缝监测仪、全站仪、墙体水分仪等设备进行日常监测,创建“风险监测—综合预报—提前预警—即时处理”的遗产保护管理工作模式。这些科技手段最大限度地减少了各种风险因素对长城本体和赋存环境的危害,既节省了人力,也提高了效率。

嘉峪关境内长城主要是夯土长城,受西北地区风沙大、日照强等自然因素的影响,保护难度较大。在风沙、雨水、冻融和急剧温湿度变化等自然因素主导下,长城存在表面风化、片状剥离、坍塌、酥碱、裂隙发育、基础掏蚀凹进、冲沟发育等病害。历时五年的保护工程对嘉峪关关城古建筑、墙体及田野长城墙体进行了全面的保护维修,有效治理了长城本体存在的各类危及安全的病害问题,使长城所蕴含的历史信息的完整性和真实性得到有效的保存和延续。2017年嘉峪关丝路(长城)文化研究院成立后,积极探索符合嘉峪关文化遗产资源特点,完善有效的文物保护、研究、传承弘扬的工作举措,长城保护逐步从看守保护向研究保护、科技保护,抢险加固向预防性保护,从本体保护向本体和环境风貌共同保护,从“探索性修缮”到依托数据“精准修缮”转变。

“以前巡查黑山顶上的长城墩台非常困难,仅凭人力攀登上去就要用两三个小时。2018年起,该院购置了两台无人机开展长城巡查,主要针对山顶上比较高的墩台巡查和长城周边环境进行监测,之后将拍摄的照片与之前的照片进行对比,据此分析长城的病害情况。”张斌说,现在,通过无人机,一个月内可以对长城沿线43.6千米内的长城本体及周边环境进行一次全面的观测和图像采集。

除此之外,还有许多高科技手段在长城保护中发挥着独特的作用。比如远距离裂缝观测仪。嘉峪关关城城墙高达9-11米,有些城墙裂缝处于较高的位置,没有办法开展人工测量,这时就需要用仪器观测。可在距墙体20-50米处设置仪器观测点,对裂隙拍照,运用计算机处理软件对远距离裂缝观测仪采集的数据进行处理分析,得出裂隙宽度的变化数据。“现在我们每个月对固定的裂隙做一次拍照监测,通过一年12次的裂隙对比,获得全年裂隙发育的变化趋势。”嘉峪关世界文化遗产监测中心科员张翔说。

比如三维激光扫描仪,它是运用三维扫描仪发射的激光对文物本体进行扫描,通过计算机软件对激光点云数据建模,得到文物本体的三维建模模型,对每一年度扫描建模相互对比可知被扫描对象监测周期内变化情况。比如气象监测。嘉峪关长城遗存由关城、悬壁长城、天下第一墩三部分组成并呈一字排列。悬壁长城处于峡口山区,长城第一墩坐落在河谷崖体边,关城坐落在嘉峪塬上,由于所处环境不尽相同,三地年度气象数据也存在细微差距。气象监测就是采集长城赋存环境的微气象数据,包括气温、风速、风向、降雨量、光照强度等。根据长城土遗址和木结构建筑的不同保护需求,通过这些微小的变化,从不同观测点和不同的时间节点分析气象对文物遗存的影响。比如地质雷达,就是利用雷达波在土、水、金属等不同介质中的传播速率不同,通过不同的反射波形,分析地下遗存是否存在水渍、空洞甚至管线。这种监测手段对城墙墙体的密实度、倚斜或沉降病害的发现起到了很好的预警作用。再比如运用手持式墙体水分仪,通过长期监测可以得出一个整体范围内的水分含量特征值,包括阴湿墙面和干燥墙面的对比数据。然后,通过墙体剥离的可溶盐确定墙体的电导率,从而佐证墙体的阴湿和盐分运移的相关性。土体压力计则是一种内置式的监测设备,通过在城墙下埋设土体压力计,监测游客在城墙上参观时造成的向下的压力变化,即动荷载,由此推测出嘉峪关关城的游客承载量。

从2014年嘉峪关世界遗产监测预警系统一期工程结束至今,监测平台已经积累了六年的相关数据,从大量的分析来看,嘉峪关长城整体上处于一种比较稳定的状态。“2016年,嘉峪关世界遗产监测报告被中国文化遗产研究院中国世界文化遗产中心评为年度优秀报告,这对我们的工作也是一种肯定。”张斌表示,为提高监测人员的业务水平,适应新挑战,甘肃嘉峪关丝路(长城)文化研究院已与敦煌研究院、天津大学、兰州大学建立合作关系,合作开展当地文化遗产的监测、研究和保护工作,启动了《嘉峪关夯土遗址病害监测研究》《嘉峪关木构城楼现状结构分析与状态评估研究》《嘉峪关城楼三维激光扫描建模及人员培训》等课题研究,让科技支撑引领长城保护驶向快车道。(冯朝晖)


责任编辑:张冲
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