北京日報 | 記者 劉冕 實習記者 何蕊

“千萬别用高大上的詞，這個工作真不是别人做不好，就我們能做。隻是我們比較幸運，得到了這個機會。”帶着記者進入一間教學樓的辦公室，還沒顧上寒暄，北京交通大學布達拉宮結構與監測研究中心教授楊娜就提了這樣一條“要求”。她笑着說，“我們就是最普通、最幸運的一群研究者，常年和古建築打交道，通過傾聽千年的心跳，為古建築出具體檢報告。真不是了不起的人，我們是最普通的科技工作者。”

普通卻有着不平凡的經曆。15年來，楊娜團隊爬過西藏布達拉宮的屋頂，鑽過山西應縣木塔的地壟，站在正陽門上看過日出……他們通過現代技術手段對古建築開展健康監測和檢測，借助科技的力量，煥活時光。

楊娜在觀察布達拉宮紅宮門廳梁柱節點的變形情況。

監測與保護共赢

楊娜的辦公室外間，更确切地說是一段僅能容下兩人并肩通過的過道裡，挂着一塊顯示屏——中間是布達拉宮的平面圖，綠色的地标注明着德央奴、日出康等地名。圖上方有三組數，從左到右分别是觀衆累計次數1423762次，時間2022年8月19日11時16分43秒，在線用戶數1人。

圖兩側密密麻麻分布着各類監測内容：左上是傳感器統計柱狀圖，布宮不同位置的傳感器數量一目了然；左下是總報警數量趨勢。每月的預警情況用鮮豔的色塊勾勒出來，格外醒目；右上是一張柱狀圖，用黃、粉、紅、棕、紫五種不同顔色，分别表示一二三級預警、狀态報警和地震預警，紅宮木結構、白宮木結構、雪域城牆等不同位置的結構健康狀況清晰可見；右下是餅狀圖，顯示測點狀态，實時記錄979個點位正在進行的聯網測量狀況。

這些外行看上去字都認識，卻看不太懂的内容，就是布宮的實時健康監測數據。“2012年10月，布宮第一期結構監測系統正式運行，幾乎對所有木結構的關鍵部位都實現了實時問診。”楊娜指着屏幕說，現在顯示的這套結構監測系統平台是2021年6月正式上線的，基于無線傳感和雲技術，實現遠程智能操作、管理和預警等功能。“它其實回答了三個問題：這個建築狀态怎麼樣，哪兒不舒服，什麼時候開什麼藥合适。”

這些問題的“答卷人”，是距離北京3500餘公裡，安裝在布宮的一系列現代化設備。“這就有矛盾了。”楊娜雙手一攤，“一邊是希望監測越準确越好，那就需要布設足夠數量的監測設備；一邊是希望對古建築做無損監測，勢必要控制現代設備的布設。”她打了個比方：“不能為了确保健康，就給一個人身上插滿管子，度要把握好。”

這個度，是一個最佳平衡點，團隊一直在探索，力求實現保護與監測的共赢。

以傳感器為例，市場中大多數傳感器是用于混凝土和鋼結構的。“為了在木結構上穩定安裝，且盡可能減少損傷，團隊特地定制了支座。”楊娜說，經過前期反複測試，團隊發現當支座螺釘數為2顆時，既能減少設備對結構本體的擾動，又能保證數據的精确性。每一個結構傳感器都要遵循嚴苛的安裝标準，位置必須把準“脈”。“不能敞開了測，要保證測出的數據準确且有意義，每一個傳感器的位置都經過了精心設計，處在牽一發動全身的節點上。”比如在梁柱的關鍵受力部位、病害比較明顯和嚴重的區域、遊客可能聚集的地方等。

本着“哪怕不監測，也不能破壞文物”的鐵律，團隊累計在布宮布設了近800個結構傳感器。其中，“雪城”是布宮最早布設傳感器的區域之一。但團隊精心準備的頭版方案拿到現場卻被推翻了，因為采集箱安裝後對壁畫有影響。

二話沒說，團隊開始更改方案。可采集箱的位置變了，連接的數據線長度就不足了。這種線一般商店很難買到，團隊成員常鵬老師和同事幾乎跑遍了拉薩所有建材廠，最後才在一個賣音響的小門臉找到了。

就憑着這麼一股韌勁兒，團隊完成了第一批傳感器的布局設計、試驗測試、安裝和調試，整個過程曆時3年9個月。楊娜說：“一切的原則是，在不破壞建築結構的前提下，最大限度記錄建築物各種結構變化。”

“按需”是她的口頭禅之一。安裝傳感器的順序就是按照需求，第一批在開放區，目的是監測客流帶來的影響。2015年進行二期結構監測系統可行性論證時，布達拉宮的牆體、地壟以及下方的山洞等監測難度更大的區域被納入了視野。局部裂縫、傾角、測斜、溫濕度、收斂儀等395個各類傳感器陸續安裝到位，有些卡在牆體間微小的罅隙裡，有些裝在柱子上纏繞的紅布下。

“盡可能地藏起來。”楊娜說，一方面是不打擾布宮的生态作息，一方面是盡量減少對參觀的影響，也避免觀衆誤碰造成監測信息不準。另外，對布設的光纜也有講究，“主光纜鋪設了2280米，支光纜鋪設長度是8000米，和家裡裝修一樣，盡量溜邊順牆根。”

“也不一定就得上設備。”楊娜舉例子，一面牆上有一道細縫，在保證不會影響本體安全的前提下，可以貼一張紙條，定期派人觀察記錄。“紙條皺褶了，證明縫在收縮，如果紙條斷了，就是縫變寬了。一切的目的是保證文物本體安全，不受損。這和監測現代建築的思路有差别。”

長期與短期平衡

“算一算，給布宮做監測已經持續了15年。每次路過這裡，我都會特意瞄一眼屏幕上的數據，看一看老朋友的狀态。”楊娜回憶，接觸這個項目之初，真沒想到會是這樣一場“持久戰”，當時以為隻是一次性的檢測。

檢測和監測，一字之差，工作内容卻有不少區别。楊娜舉了個形象的例子，檢測是短期的項目，類似于給古建築做一次心電圖，測出當下的健康指标；監測是長期的工程，動辄幾年甚至數十年，像是給古建築做Holter（動态心電圖）。24小時的“保健醫生”可以随時根據監測數據給出判斷，力求防患于未然。其實，長期的監測周期裡也會涉及一些短期的檢測，比如每隔三個月進行一次，積累數據作為狀态評判的科學依據。

至于是長期的監測好，還是短期的檢測好，楊娜再次說出了“口頭禅”：“還是得按需，不能一概而論。”

以布宮為例，2007年年初，楊娜與當時的布宮保護規劃設計師的一次通話，啟動了布宮結構監測的按鍵。因為随着青藏鐵路的貫通，大批遊客将坐着火車去拉薩，參觀布達拉宮幾乎是每位遊客的必選項。但是這座1300多年前的古建築，能否禁得住突增的客流？人為震動對于古建會造成多大傷害？如何避免或者減弱？這些是當時急需解決的問題。

“接到電話，我覺得沒問題啊。”楊娜擺了擺手，“吐槽”當年的自己，“還是太年輕，這一行真的是越幹越覺得自己不懂得還有很多。”她說，當時隻覺得給建築做檢測，看圖、評估結構的安全和穩定土木人最拿手，雖然此前沒有和古建築打過交道，但是内容都是熟悉的，領域是擅長的。

楊娜的底氣來自一項項圓滿完成的任務——“國家自然科學基金：鋼框架新型延性節點和結構體系的動力實驗與抗震分析”“北京第29屆奧運會臨時看台應力和變形動态監測項目”“鐵道部科技司：大型客站‘房橋合一’結構動力學研究”……“我猜布宮的項目找到我們，可能也是因為團隊做了北京南站建設綜合技術的研究，其中就包括對建築承受客流上限的預測。”楊娜回憶，最初對布宮的木結構做檢測，目的也是“算”出開放客流上限。

2007年7月底，楊娜第一次到拉薩，見到了曾經隻在《新聞聯播》中見過的“天空之城”。“震撼！美！”她一邊感歎，一邊被高原反應折磨，“忘事兒，喘不上氣，我的高反算是團隊裡最嚴重的。”

更大的困難是——“我們對現場的情況其實一無所知”。楊娜解釋，布宮始建于公元七世紀，後又經曆過重建、增擴。但和現代建築不同，這個過程沒有施工圖，結構上存在很多未知的盲點。

一切都要摸索着來。“不能大刀闊斧地做。”楊娜說，要開若幹次評審會，請各行專家提意見。以正在進行的二期項目為例，2015年就開始做可行性報告，直到2021年才開始設備安裝。“要考慮的越來越詳細，一期項目使用了光纜，二期就使用了無線裝置。功耗更低，消防風險點更少。”

目前，布宮已經建立了基于日常管理的普查巡查、針對關鍵部位的人工檢測以及智能化自動實時監測相結合的古建築結構監測系統。近10年來，超過1000萬組監測數據，詳細地記錄了布宮的細微變化。

也有些古建築适合檢測。最近幾年，楊娜帶着團隊給北京的正陽門城樓、山西的應縣木塔等都進行過體檢。掰着手指頭數完工作過的地方，楊娜噗嗤一笑：“這麼一想，自己真的很幸運。這些工作過的地方都是中華瑰寶，有種一瞬千年的感覺，很奇妙。”

如果去除回憶中的美化濾鏡，每一次檢測過程都充滿挑戰，稱得上艱苦。

2018年年底，楊娜團隊接下為應縣木塔做環境激勵測試的任務。“這座木塔始建于公元1056年，由于自然災害作用和人為因素，變形受損嚴重，且變形持續增加，尤其是二層殘損最嚴重。”楊娜說，一旦遇到突發災害，可能會危及木塔的安全。結構動力特性是反映木塔結構抗震、抗風和抵禦其他動荷載的基本性能，也是損傷評估的重要指标，當時要做的體檢内容就是了解冬季木塔的結構性動力特性。

楊娜辦公室門外貼着的兩張A4紙上圖文簡單描述了當時的體檢過程和數據。自互譜法、SSI法、一階平動、二階扭轉，還有偏心損傷、非同軸傾斜剛度偏心三類等拗口且晦澀的名詞外行看不懂，但幾張平面圖簡單明了标注了古塔傷況，紅色是損傷部位，綠色是原始的中心軸位置，黃色是現在的位置。楊娜特意補充：“在應縣木塔的工作中，我們隻是提供了一部分數據，為木塔的保護提供支持，隻是大團隊中的一小部分。”

通過先進的科技手段，團隊嘗試與古建築“談心”。得到的回複，有最直白的數據，也有委婉的表述。楊娜說：“印象最深的是應縣木塔樓梯的圍欄，經過千年歲月摩挲，每一段扶手都光滑溫潤。手放上去，心跳都會跟着慢一拍，一種對曆史的敬畏感油然而生。”

一段木頭成了介質，跨越千年，傳遞連綿不斷的感情。有了同樣的文化守候，源遠流長就駐在了心裡。

前沿與傳統交互

近年來，越來越多的文物單位向楊娜團隊伸出“橄榄枝”，請這支經驗豐富的團隊給自家古建築“體檢看病”。其中，來頭最大的“體檢者”當屬坐落在北京中軸線上的“京師九門”之冠——正陽門。

楊娜與同事考察正陽門箭樓牆體的損傷情況。

坐落在前門大街的正陽門始建于明成祖永樂十七年，距今已有500餘年的曆史。它默默見證了北京城的繁華變遷，經曆過火毀後重建，也進行過多次保護性修繕，但鮮少人關注，這位曆史見證者的日常狀态如何——“正陽門正在經受怎樣的環境振動？周邊交通振動會對正陽門産生怎樣的影響？”楊娜團隊第一次提出了疑問，并通過檢測給出了答案。

“随着北京城的飛速發展，正陽門周圍的交通狀況日益複雜，地上地下交通24小時不間斷，為這座古建築的保護帶來挑戰。”2019到2020年，楊娜帶領團隊對正陽門進行了多次實地勘察，發現正陽門正在被四通八達的交通線路所包圍——“地面交通有雙向六車道、單向五車道公路，最近的一條與城樓和箭樓僅有約5米的距離，地下交通還有地鐵2号線和北京站至北京西站地下直徑線穿行。”楊娜邊說邊掰着手指頭數。

根據經驗，她認為相比于現代建築，古建築更容易受到交通振動産生的不良影響，會使得承振能力下降，産生動力疲勞、損傷累積、應力集中、構件失效等病害，嚴重時可能會引起城台不均勻下沉、牆體開裂、構件疲勞破壞等現象，“正陽門的振動檢測迫在眉睫，非常重要。”

于是，一套對箭樓、城樓進行振動檢測工作的初步方案形成了：檢測正陽門動力特性、交通振動響應及周邊場地振動特性，評估公交、地鐵及國鐵等交通振動對正陽門的性能影響。“說簡單點，就是給正陽門做心電圖，看看它在正常狀态下和周邊有交通經過時的‘心跳’有什麼變化。”

2021年，項目正式獲批，楊娜團隊啟動了對正陽門的振動檢測，這項工作也被她形象地稱作“傾聽正陽門下的喧嚣”。

給古老的正陽門做檢測，團隊用的技術都是“定制”的。“也不是說越新的技術就越好，用最适合的才對。”楊娜舉例，團隊基于MATLAB程序平台——一種廣泛用于數據分析、圖像處理的計算機數學軟件，實現了對正陽門的模态參數識别、交通振動響應關鍵指标提取等。而團隊工作的“重頭戲”，就在于大量采集振動數據。“白天和夜晚都有工作。”楊娜說，要測出正陽門自身的“心跳”，需要非常安靜的環境，一般會在零點前到達正陽門布置好現場，等待夜深人靜時開始測試工作，直到天空泛出魚肚白，城市重新恢複喧嚣，一次夜間測試才算結束，“傾斜、裂縫、應變……平均一小時采集約十次數據，再算出均值。”越是艱苦的工作，楊娜越能表現出樂天派的性格：“雖然熬夜比較辛苦，但大家一邊聽着正陽門的‘心跳’，一邊欣賞着中軸線的夜景，别有一番滋味。”

不僅要動腦，還得跑腿。到了白天，另外一批成員上崗，檢測正陽門在交通影響下的振動。他們分成地鐵、國鐵及汽車調研小組行動，分别前往地鐵2号線、北京站、北京西站，按照圖紙和時刻表，精确計算車輛到達正陽門下的時刻，“得掐着秒表統計每一班車到達和出發的精确時間，還得和地上的組員打好配合，每一次交通振動測試都要分秒必争，一天下來得來回坐好幾十次地鐵。”

幹這些“體力活”的大多數是該校土木建築工程學院的學生，就算隻是跑跑腿、扛扛機器，楊娜也堅持帶他們去現場參與檢測工作。曾經有學生提問：“我們的專業是土木工程和鐵道工程，未來可能并不會直接從事和古建築保護有關的工作，幹這些對我們來說意義大嗎？”楊娜聽了，絲毫沒有猶豫，道出了對每一屆學生都會說的一段話——

“今後你們走向工作崗位，當你負責的高速鐵路、軌道交通的規劃和建設與古建築發生交彙或關聯時，希望你們能夠想到自己曾經從事過古建築保護相關的實踐工作。”楊娜語重心長地說，“如果你們能停下來，将古建築的保護加入到方案取舍的考慮中，在各自的領域善待古建築，那麼，我現在的堅持将變得更有價值。”

令人欣慰的是，正有越來越多如楊娜一般的科研工作者，加入到古建築保護的行列中。他們運用所學專長，聽見并讀懂古建築的“心聲”，共同守護時光的印記。

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