在交大 有这样一支团队
他们不畏缺氧 不畏高寒
坚持用科技守护布达拉宫的健康
他们不畏艰难 敢于探索
填补几乎空白的科研领域
利用科技感知布达拉宫“心跳”
如今 他们为布达拉宫建设的
长期健康监测系统
成功运行近十年
他们正是
北京交通大学
古建筑结构研究所团队
将智能技术运用于古建筑
团队面临重重困难
2006年7月1日
青藏铁路全线通车运营
从此，人们可以乘坐火车来到拉萨
亲眼见证布达拉宫的神圣
布达拉宫（以下简称“布宫”）
预感到了一些状况
比如，由于布宫部分区域空间狭小
如果人快步走过狭窄的楼梯
就会引起楼板的振动
而“振动”对古建筑结构的影响复杂深远
如何既能让游客有舒适的参观体验
又不对布宫造成伤害？
布宫的工作人员想寻求科学的答案
△布达拉宫德阳夏广场长长的游客队伍
2007年7月底，北京交通大学布达拉宫结构与监测研究中心的杨娜教授第一次来到拉萨。那时资料有限，“我们对现场的情况其实一无所知。”布宫也正在经历第二次大修，部分基础损伤正处于修复阶段，“修复”是为了让布宫以更好的状态存在。
杨娜教授所带领的团队要为布宫“体检”，他们能随时诊治布宫的“小毛病”，预防“大毛病”的产生，“尽量减少抢救的动作，而更多地做好维护的工作。”
△2007年，杨娜教授带队进行布达拉宫现场测试
据史书记载，布达拉宫始建于公元七世纪，后又经历过漫长的重建、增扩。当团队开始为布宫设计健康监测系统，相关技术已广泛应用于桥梁、大坝、大型复杂建筑结构等土木工程领域，但还未覆盖至古建筑，设备的开发设计也处于空白阶段。
例如，传感器是用于健康监测的重要设备，但市场中大多数传感器适用于混凝土或钢结构等。为使传感器能在木结构的表面安装 ，团队特地定制了支座，并经过实验确定：当支座螺钉数为2颗时，既能减少设备对结构本体的扰动，又能保证数据的精确性。
△经改装的传感器
和现代建筑结构还有一点很大的不同，古建筑的损伤往往是不可逆的——既需要监测技术的优化，也需要设备上因地制宜的调整。
2016年，团队要为布宫的“雪城”布置传感器，到拉萨后才发现采集箱对壁画有影响。“我们保护古建筑一直有一个原则：你哪怕不保护，你不能破坏它。”布达拉宫结构与监测研究中心的常鹏老师说。因此，采集箱的位置需要改变，与传感器的连接线却不足了，常鹏回忆：“把拉萨城几乎快跑遍了。数据的传输线，外观看着像网线，但其实一般的商店还很难买到，要跑遍所有的建材厂。最后是在卖音响的地方买到的，那种线可以用来替代传输信号，又浪费了一天的时间。”
“我眼角的皱纹
扒开来，里面是白色的”
他们虽是布达拉宫的“体检医生”
却躲不开高原环境为自身带来的不适
对他们来说
在西藏高原为布达拉宫做体检
面临的挑战
不仅来源于古建筑本身
更是来源于
自身要如何学会与高原环境抗衡
高原反应是团队在布宫项目中需要克服的首要困难。在严重缺氧的情况下，不仅人的呼吸会受到影响，记忆力也会有所下降。团队的负责人杨娜老师在工作时常备两样东西：氧气瓶和笔记本。氧气瓶是为了防止缺氧，笔记本则是为避免记忆力下降而导致工作细节的遗漏：明天的计划是什么，要去哪个房间，开哪个房门，这些都被杨娜老师在日常工作中写在笔记本上，这是她的“医疗记录”。
“我原来没有在意这边的日晒有多厉害，直到有一次出差回家后，我女儿说：‘一周不见爸爸，怎么就这么黑了呀’，”常鹏老师回忆，“我才注意到，我的眼角的皱纹，扒开来，里面是白色的。”
团队进行日常工作时需要爬上海拔两百多米的山，在强烈的紫外线暴晒下，常鹏老师的整张脸都被晒得很黑，除了眼角堆叠的皱纹。
在王娟老师看来，爬高爬低、爬上爬下是从事土木工程、古建筑等相关职业的工作性质要求。“梁思成先生和林徽因先生在很高的梁架上进行现场测绘，爬上爬下，也很辛苦，这就是做这个工作必须面对的，无法避免的。”
对她个人而言，她曾在北京爬过许多建筑的屋顶，包括北京南站、水立方……在布宫项目中，作为“医生”的团队人员，需要向上爬直梯、向下踩软绳，大家都练就了一身“好身手”。即使在团队看来，这些都是再正常不过的工作要求，但王娟老师透露自己刚开始适应爬高时，常常会在晚上做噩梦，梦到自己从很高的地方掉下来。尽管如此，整个团队仍毫不犹豫地克服过来，打破自己的生理恐惧。
如何系统监测
古建筑结构状态？
团队的杨娜教授一直对团队强调要做真正的监测，积极利用监测系统得到数据，分析数据，了解古建筑的状态，采取对应的举措。
团队每个季度以及每年都会给布达拉宫提供数据的分析报告和结构的状态评估，布达拉宫则会根据相应的评估，采取对应的措施。
监测系统对于古建筑的维修和修补具体有什么作用呢？团队的杨娜教授认为：“监测系统回答了三个问题，第一个问题是：这个建筑还好吗？需不需要修？状态怎么样？第二个问题是：哪儿不合适？需要修哪里？第三个问题呢：怎么修？什么时机修？”
杨娜教授提出了一个生动形象的比喻：“监测系统就和体检一样，体检到患者的血糖有点高，那患者就要找医生了，然后医生来判断要不要吃药，要不要加强体育锻炼，就是这样的一个事情。”
通过对监测系统产生的数据的分析，我们可以了解到古建筑结构的变形。团队的成员不仅要分析数据，还要知道变形对于结构来说意味着什么。常鹏教授举了一个例子：“有一些结构的变形是周期性的。通过对数据的分析，我们发现柱子会倾斜，一月份，二月份、三月份、四月份到五月份倾斜、六月份它又缓缓变直了。这个现象是与当地的湿度有关系，因为拉萨的这个干湿季节特别明显，冬季特别干燥。到了七八月份雨季的时候，像江南一样，天天下雨。经过对数据的长期处理分析，才能发现结构周期性变形的最根本规律。在面对突发性的数据变化的时候，我们就可以通过分析监测系统得到的数据来做出最合适的判断。
那么如何在文化遗产地将监测系统落地？如何让数据真正地用起来？
首先需要古建筑单位，和文保人员的共同努力。布达拉宫的监测系统真正的得以落地的一个原因是布达拉宫方面很重视布达拉宫的状态，另一个原因是古建筑结构研究所团队作为实施系统的一方真正地在分析数据，了解古建筑的状态。
其次在建设监测系统的时候要根据古建筑的特性出发，进行个性化的建设。从结构信息本身的角度来看，古建筑有很大的差异性，每一个古建筑都要根据他自己的需求来去做监测系统。团队的杨娜教授认为需要所有做古建结构监测的人，大家共同努力，找出古建筑的共性的地方，同时又能做好从每个古建自身保护需求出发，做好个性化的有针对性的监测系统和监测数据分析以及评估。
最后古建结构监测的相关人员应该终身学习，提高自身的专业能力。先进的设备使用在建筑上，需要相关人员掌握先进的数据处理方法。古建筑结构研究所团队的王娟副教授认为目前对他们最大的挑战就是有很多新的技术需要去探索，去学习，比如数据挖掘、机器学习、计算视觉等新的内容。
那么
到底如何感知布达拉宫的“心跳”？
让我们来一探究竟！
雪域高原上，布达拉宫巍然耸立。想要为布宫“把脉”，对它进行更为精心的照料，我们为它安装上了监测生命体征的仪器，而仪器的安置，须得选对位置、选好位置。
“把脉”
为了不打扰它安稳的生态作息，传感器被用心安置——或许是墙体间微小的罅隙里，或许是庄严佛像前的柱子上，或许是书院前的土壤中……
近八百只体型小巧的记录者，尽职尽责地关照着布达拉宫的每一处“穴位”，触摸着布达拉宫的每一条“血脉”。在它们的帮助下，我们第一次“听”到了布宫的“脉搏”....
“听诊”
昼夜
白天，布达拉宫常常游人如织，嘀、嘀、嘀，入口处安检仪响声不断，青年人的低声交谈、小孩子欢快的嬉闹声交织其中，此时的布宫，心跳显得欢快、有力。
夜晚，灯香师们拾阶而上，朝着各自的殿堂走去，酥油灯明亮，当班的灯香师守护在这里，布宫的心跳，在无人的深夜，逐渐沉缓下来。
四季
春季，鸟儿落在布宫的肩头，古老的“泼甜墙”上，传来布宫欢快轻松的心跳；夏季，蝉鸣与僧侣们诵唱的声音交织重叠，布宫的心跳也变得更加响亮；秋季，秋色点缀，落叶飘落，布宫的心跳安静而隽永；冬季，茫茫大雪覆盖，布宫的心跳显得静谧万分。
晴雨
布宫的七八月份处于连绵的雨季，白天大多是一碧如洗的晴天，微风吹动建筑上五彩的布条，布宫的心跳声在此时也通常是平稳而安定；夜晚，闷雷作响，雨水淅淅沥沥地降下，布宫的心跳似有些急促起来。
“解码”
收集着布宫有力的震颤，探索着高原土壤强劲的脉动，这座古老的建筑群传达出一串串密码，也终于被孜孜不倦的人们解锁。
为了让更多人听见布宫、听懂布宫、珍惜布宫，这项解读布宫“心声”的事业，正在努力传递下去。愿这座宫殿建筑群，以更为惊艳世人的姿态，永恒屹立。
利用科技感知布达拉宫“心跳”
尽己所学 镂刻不停 共同守护
继续在巍峨的布达拉宫
书写雪域高原上的交大故事
来源 | 北京交通大学官方微信
编辑 | 刘艺
