砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展

吴宜峰; 赵金鑫; 乔云飞; 李爱群; 邓扬

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20210328001

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砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展

综述 | 更新时间：2025-09-25

- 砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展
- A Review of Monitoring/Detecting Technology for Immovable Brick and Stone Cultural Relics
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第3期页码：623-637
- 作者机构：
  
  1.北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044
  2.中国文化遗产研究院,北京 100029
  3.东南大学土木工程学院,江苏南京 210096
- 作者简介：
  
  吴宜峰(1990—)，男，副教授，博士。主要从事结构防灾减灾方面的研究。E-mail: wuyifeng@bucea.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划课题(2019YFC1520804);国家自然科学基金(51908024;51978033);北京建筑大学建大英才(JDYC20200310)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20210328001
  中图分类号： TU196
- 收稿：2021-03-28，
  
  修回：2021-06-25，
  
  纸质出版：2022-06-28
- 稿件说明：
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吴宜峰,赵金鑫,乔云飞等.砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展[J].防灾减灾工程学报,2022,42(03):623-637.

WU Yifeng,ZHAO Jinxin,QIAO Yunfei,et al.A Review of Monitoring/Detecting Technology for Immovable Brick and Stone Cultural Relics[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(03):623-637.
吴宜峰,赵金鑫,乔云飞等.砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展[J].防灾减灾工程学报,2022,42(03):623-637. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20210328001.

WU Yifeng,ZHAO Jinxin,QIAO Yunfei,et al.A Review of Monitoring/Detecting Technology for Immovable Brick and Stone Cultural Relics[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(03):623-637. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20210328001.

摘要

砖石质不可移动文物作为历史文化的重要组成部分，一直受自然灾害、周边环境以及人类活动的影响，其本体健康状况始终处于风险之中。鉴于此，首先总结了砖石质不可移动文物本体的主要病害及成因，包括变形、渗漏水、风化与内部劣化；然后针对不同病害综述了对应的多种监测/检测技术的原理及特征，并根据实际工程案例进一步分析了各监测/检测技术的应用方法；在此基础上对比了各技术的优势与缺陷并给出了实用性的建议。研究发现，针对砖石质不可移动文物本体上述病害的监测/检测技术已取得了一系列进展，监测设备种类多、特征不一，鉴于砖石质不可移动文物的易损性与不可代替性以及各种技术自身的局限性，在技术选择时，需要结合监测的多样化需求，如无损、实时、低成本等，确定出最优的监测方案。最后，根据现有的监测/检测技术研究基础，提出了灵活调整监测策略、提高监测/检测技术的普适性、加强监测/检测内容的针对性、探索多技术的联合应用、注重关键技术与协作模式的创新等若干需要继续探索的问题。

Abstract

The immovable brick and stone cultural relics， as an important part of history and culture， are continuously affected by natural disasters， the surrounding environment， and human activities， so the health state of these relics is always in danger. Therefore， the author first summarizes the main diseases， as well as their causes of the formation， of immovable brick and stone cultural relics， including deformation， leakage， weathering， and inner degradation. The principles and characteristics of various monitoring/detecting technologies for different diseases of the immovable cultural relics are then explored， and the application methods of each technology are further presented according to many engineering cases. After that， the advantages and disadvantages of each technology are compared and practical suggestions are given. Results show that a series of progress has been made in the monitoring/detecting technology for the above diseases of immovable brick and stone cultural relics. Various types of monitoring devices with different features have been used. However， due to the vulnerability and irreplaceability of these relics， and the limitations of monitoring technology itself， the determination of the optimal scheme for the monitoring technology needs to consider the diversification of demand of monitoring， such as no-destructive， real-time， low cost. Finally， according to the existing studies on monitoring/detecting technology， several issues that need to be explored were put forward， such as flexibly adjusting monitoring strategies， improving the universality of monitoring/detecting technology， strengthening the pertinence of monitoring/detecting content， exploring the joint application of multiple technologies， and focusing on innovation of key technologies and collaboration models.

关键词

Keywords

references

杨琛 . 中国古代建筑遗产本体监测指标体系及其适用性技术初探［D］. 天津：天津大学， 2018 .

Yang C . Study of indicator system and adaptive technology for monitoring on attributes of domestic ancient architectural heritage ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2018 . （in Chinese）

谢云龙 . 湿陷性黄土地区砖石古塔地基稳定性研究［D］. 西安：西安建筑科技大学， 2015 .

Xie Y L . Research on foundation stability of masonry pagodas in collapsible loess regions ［D］. Xi'an ： University of Xi'an Architecture and Technology ， 2015 . （in Chinese）

张登雨，张子新，吴昌将 . 盾构侧穿邻近古建筑地表长期沉降预测与分析［J］. 岩石力学与工程学报， 2011 ， 30 （ 10 ）： 2143 - 2150 .

Zhang D Y ， Zhang Z X ， Wu C J . Prediction and analysis of long-term surface settlement caused by shield tunneling side-crossing adjacent Ancient Buildings ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2011 ， 30 （ 10 ）： 2143 - 2150 . （in Chinese）

Chen B ， Yang Q S ， Wang K ， et al . Full-scale measurements of wind effects and modal parameter identification of Yingxian wooden tower ［J］. Wind and Structure ， 2013 ， 17 （ 6 ）： 609 ‑ 627 . （in Chinese）

徐泽民，韩庆华，郑刚，等 . 地铁隧道下穿历史风貌建筑影响的实测与分析［J］. 岩土工程学报， 2013 ， 35 （ 2 ）： 364 - 374 .

Xu Z M ， Han Q H ， Zheng G ， et al . Field monitoring and analysis of effects of metro tunnels under historic buildings ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2013 ， 35 （ 2 ）： 364 - 374 . （in Chinese）

Zhang G J ， Yu Ch X ， Ding X H . Analyzing crack development pattern of masonry structure in seismic oscillation by digital photography ［J］. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science ， 2018 ， 108 （ 3 ）： 032062 .

朱才辉，刘钦佩，周远强 . 古建筑砖-土结构力学性能及裂缝成因分析［J］. 建筑结构学报， 2019 ， 40 （ 9 ）： 175 - 186 .

Zhu C H ， Liu Q P ， Zhou Y Q . Mechanical properties and cracking analysis of brick-clay structure of ancient building ［J］. Journal of Building Structures ， 2019 ， 40 （ 9 ）： 175 - 186 . （in Chinese）

汪万福，赵林毅，杨涛，等 . 西藏古建筑空鼓病害壁画灌浆加固效果初步检测［J］. 岩石力学与工程学报， 2009 ， 28 （增2 ）： 3776 - 3781 .

Wang W F ， Zhao L Y ， Yang T ， et al . Preliminary detection of grouting effect on delaminated wall paintings in tibet architecture ［J］. Joumal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering ， 2009 ， 28 （ Sup2 ）： 3776 - 3781 . （in Chinese）

吴超英，李乐，王峥嵘，等 . 古城墙变形破坏模式分类及识别［J］. 工程地质学报， 2017 ， 25 （ 4 ）： 1132 - 1140 .

Wu C Y ， Li L ， Wang Z R ， et al . Classification and Identification of failure modesof ancient city walls ［J］. Journal of Engineering Geology ， 2017 ， 25 （ 4 ）： 1132 - 1140 . （in Chinese）

朱才辉，周远强 . 某在役明城墙病害调研及评估方法［J］. 自然灾害学报， 2019 ， 28 （ 2 ）： 60 - 73 .

Zhu C H ， Zhou Y Q . Pathologies investigation and assessment method of an ancient City Wall in Ming Dynasty ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2019 ， 28 （ 2 ）： 60 - 73 . （in Chinese）

周长东，李艺敏 . 降雨入渗对故宫城墙稳定性的影响［J］. 建筑结构学报， 2020 ， 41 （增1 ）： 286 - 296 .

Zhou C D ， Li Y M . Influence of rainfall infiltration on stability of Forbidden City wall ［J］. Journal of Building Structures ， 2020 ， 41 （ Sup1 ）： 286 - 296 . （in Chinese）

Cultrone G ， Sebastián E . Laboratory simulation showing the influence of salt efflorescence on the weathering of composite building materials ［J］. Environmental Geology ， 2008 ， 56 （ 3 ）： 729 - 740 .

张中俭，杨志法，卞丙磊，等 . 平遥古城墙基外侧砂岩的风化速度研究［J］. 岩土工程学报， 2010 ， 32 （ 10 ）： 1628 - 1632 .

Zhang Z J ， Yang Z F ， Bian B L ， et al . Weathering rates of sandstone in lower walls of Ancient City of Pingyao ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2010 ， 32 （ 10 ）： 1628 - 1632 . （in Chinese）

孙满利，王菲，王旭东，等 . 敦煌寿昌城墙体表面风化特征研究［J］. 敦煌研究， 2009 （ 6 ）： 81 - 86 .

Sun M L ， Wang F ， Wang X D ， et al . Study on the surface weathering characteristics of Shouchang Wall in Dun Huang ［J］. Dunhuang Research ， 2009 （ 6 ）： 81 - 86 . （in chinese）

孙亚丽，曹冬梅，方建平，等 . 衢州古城墙通仙门不同岩性岩石砌块相对风化速度研究［J］. 工程地质学报， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1279 - 1286 .

Sun Y L ， Cao D M ， Fang J P ， et al . Ｒelative weathering rates of six different lithological rocks in tongxian gate of quzhou ancient city wall ［J］. Journal of Engineering Geology ， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1279 - 1286 . （in Chinese）

李永辉，谢华荣，王建国，等 . 历史建筑中传统青砖等温吸湿性能比较研究［J］. 建筑材料学报， 2014 ， 17 （ 6 ）： 1092 - 1095 .

Li Y H ， Xie H R ， Wang J G ， et al . Comparative study of isothermal sorption properties of traditional blue bricks in historic buildings ［J］. Journal of Building Materials ， 2014 ， 17 （ 6 ）： 1092 - 1095 . （in Chinese）

苏超威 . 应县木塔安全监测及数据分析方法研究［D］. 北京：北京建筑大学， 2017 .

Su C W . Study on safe monitoring and data analysis method of yingxian wood pagoda ［D］. Beijing ： Beijing University of Civil Engineering and Architecture ， 2017 . （in Chinese）

建筑变形测量规范： JGJ 8—2016 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2016 .

Castagnetti C ， Cosentini R M ， Lancellotta R ， et al . Geodetic monitoring and geotechnical analyses of subsidence induced settlements of historic structures ［J］. Structural Control and Health Monitoring ， 2017 ， 24 （ 12 ）： e2030 .

Ercoli M ， Brigante B ， Radicioni F ， et al . Inside the polygonal walls of Amelia （Central Italy）： A multidisciplinary data integration， encompassing geodetic monitoring and geophysical prospections ［J］. Journal of Applied Geophysics ， 2016 ， 127 ： 31 - 44 .

崇左市监测总中心 . 左江花山岩画文化景观监测工作报告［R］. 北京：中国文化遗产研究院， 2017 .

李俨 . 周口店遗址监测预警体系建设汇报—周口店北京人遗址第1地点（猿人洞）保护建筑工程监测项目汇报［R］. 北京：中国文化遗产研究院， 2017 .

Ceravolo R ， Marinis A D ， Marica L ， et al . Monitoring of masonry historical constructions： 10 years of static monitoring of the world's largest oval dome ［J］. Structural Control and Health Monitoring ， 2017 ， 24 （ 10 ）： e1988 .

Lorenzoni F ， Casarin F ， Modena C ， et al . Structural health monitoring of the Roman Arena of Verona， Italy ［J］. Journal of Civil Structural Health Monitoring ， 2013 ， 3 （ 4 ）： 227 - 246 .

Sabia D ， Aoki T ， Cosentini R M ， et al . Model updating to forecast the dynamic behavior of the Ghirlandina Tower in Modena， Italy ［J］. Journal of Earthquake Engineering ， 2015 ， 19 （ 1 ）： 1 - 24 .

Bentivoglio S . Role of monitoring in historical building restoration： the case of leaning tower of pisa ［J］. International Journal of Architectural Heritage ， 2015 ， 9 （ 1 ）： 38 - 47 .

Stefano A D ， Matta E ， Clemente P . Structural health monitoring of historical heritage in Italy： some relevant experiences ［J］. Journal of Civil Structural Health Monitoring ， 2016 ， 6 （ 1 ）： 83 - 106 .

Gioffrè M ， Gusella V ， Cluni F . Performance evaluation of monumental bridges： testing and monitoring 'Ponte delle Torri' in Spoleto ［J］. Structure and Infrastructure Engineering ， 2008 ， 4 （ 2 ）： 95 - 106 .

Napolitano R ， Glisic B . Methodology for diagnosing crack patterns in masonry structures using photogrammetry and distinct element modeling ［J］. Engineering Structures ， 2019 ， 181 ： 519 - 528 .

Randazzo L ， Collina M ， Ricca M ， et al . Damage indices and photogrammetry for decay assessment of stone-built cultural heritage： The case study of the San Domenico Church main entrance portal （South Calabria， Italy）［J］. Sustainability ， 2020 ， 12 （ 12 ）： 5198 .

胡庆武，王少华，刘建明，等 . 多测量手段集成古建筑物精细测绘方法——以武当山两仪殿为例［J］. 文物保护与考古科学， 2013 ， 25 （ 2 ）： 39 - 44 .

Hu Q W ， Wang S H ， Liu J M ， et al . A detailed and precise survey method for ancient architecture through multiple sensor integration -A case study of Liangyi Dian of Wudang mountain ［J］. Sciences of Conservation and Archaeology ， 2013 ， 25 （ 2 ）： 39 - 44 . （in Chinese）

Guarnieri A ， Milan N ， Vettore A . Monitoring of complex structure for structural control using terrestrial laser scanning （Tls） and photogrammetry ［J］. International Journal of Architectural Heritage ， 2013 ， 7 （ 1 ）： 54 - 67 .

Pellegrinelli A ， Furini A ， Russo P . Earthquakes and ancient leaning towers： Geodetic monitoring of the bell tower of San Benedetto Church in Ferrara （Italy）［J］. Journal of Cultural Heritage ， 2014 ， 15 （ 6 ）： 687 - 691 .

高超 . 塔类建筑几何形变数字化监测方法研究［D］. 北京：北京建筑大学， 2018 .

Gao C . Research on digital monitoring method for geometric deformation of tower buildings ［D］. Beijing ： Beijing University of Civil Engineering and Architecture ， 2018 . （in Chinese）

Abdulhussein J H ， Meng X L ， Andrew S ， et al . New approach for monitoring historic and heritage buildings： using terrestrial laser scanning and generalised procrustes analysis ［J］. Structural Control and Health Monitoring ， 2017 ， 24 （ 11 ）： e1987 .

Tarchi D ， Rudolf H ， Pieraccini M ， et al . Remote monitoring of buildings using a ground-based SAR： application to cultural heritage survey ［J］. International Journal of Remote Sensing ， 2000 ， 21 （ 18 ）： 3545 - 3551 .

Nadia A A ， Mahmoud H ， Mostafa R ， et al . Land deformation monitoring by GNSS in the Nile Delta and the measurements analysis ［J］. Arabian Journal of Geosciences ， 2021 ， 14 （ 3 ）： 150 .

李爱群，侯妙乐，董友强，等 . 建筑遗产大数据的构建探索［J］. 自然与文化遗产研究， 2020 ， 5 （ 4 ）： 27 - 36 .

Li A Q ， Hou M L ， Dong Y Q ， et al . The construction of architectural heritage big data ［J］. Study on Natural and Cultural Heritage ， 2020 ， 5 （ 4 ）： 27 - 36 . （in Chinese）

Valero L R ， Sasso V L ， Vicioso E P . In situ assessment of superficial moisture condition in façades of historic building using non-destructive techniques ［J］. Case Studies in Construction Materials ， 2019 ， 10 ： e00228 .

Bisegna F ， Ambrosini D ， Paoletti D ， et al . A qualitative method for combining thermal imprints to emerging weak points of ancient wall structures by passive infrared thermography – A case study ［J］. Journal of Cultural Heritage ， 2014 ， 15 （ 2 ）： 199 - 202 .

张慧慧 . 红外热成像法检测岩石渗水病害的实验研究［J］. 齐齐哈尔大学学报（自然科学版）， 2014 ， 30 （ 1 ）： 71 - 74 .

Zhang H H . The experimental study of infrared imaging detection on water-permeation of rock ［J］. Journal of Qiqihar University（Natural Science Edition）， 2014 ， 30 （ 1 ）： 71 - 74 . （in Chinese）

Lerma J L ， Cabrelles M ， Portales C . Multitemporal thermal analysis to detect moisture on a building faade ［J］. Construction & Building Materials ， 2011 ， 25 （ 5 ）： 2190 - 2197 .

Sass O ， Viles H A . Wetting and drying of masonry walls： 2D-resistivity monitoring of driving rain experiments on historic stonework in Oxford， UK ［J］. Journal of Applied Geophysics ， 2009 ， 70 （ 1 ）： 72 - 83 .

Coulibaly Y ， Belem T ， Cheng L Z . Numerical analysis and geophysical monitoring for stability assessment of the Northwest tailings dam at westwood mine ［J］. International Journal of Mining Science and Technology ， 2017 ， 27 （ 4 ）： 701 .

李兵，张兵峰，旺久 . 紫禁城城墙无损检测方法的应用研究［J］. 中国文化遗产， 2019 （ 4 ）： 87 - 90 .

Li B ， Zhang B F ， Wang J . Research on nondestructive testing method of forbidden city wall ［J］. China Cultural Heritage ， 2019 （ 4 ）： 87 - 90 . （in Chinese）

肖宽怀，王绪本 . 微电极高密度电法探测在文物保护中的应用研究［J］. 物探化探计算技术， 2013 ， 35 （ 1 ）： 10 - 17，5 .

Xiao K H ， Wang X B . The research about the application of relic protection with the method of microelectrode detection of high-density electrical ［J］. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration ， 2013 ， 35 （ 1 ）： 10 - 17，5 . （in Chinese）

EgartnerI S O ， Viles H ， et al . A multi proxy investigation of moisture， salt， and weathering dynamics on a historic urban boundary wall in Oxford， UK ［J］. Studies in Conservation ， 2020 ， 65 （ 3 ）： 172 - 188 .

Tavukçuoğlu A ， Akevren S ， Grinzato E . In situ examination of structural cracks at historic masonry structures by quantitative infrared thermography and ultrasonic testing ［J］. Journal of Modern Optics ， 2010 ， 57 （ 18 ）： 1779 - 1798 .

Menningen J ， Siegesmund S ， Tweeton D ， et al . Ultrasonic tomography： non-destructive evaluation of the weathering state on a marble obelisk， considering the effects of structural properties ［J］. Environmental Earth Sciences ， 2018 ， 77 （ 17 ）： 1 - 25 .

孟田华 . 云冈石窟风化的综合分析研究［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2014 .

Meng T H . Comprehensive research analysis on weathering of Yungang grottoes ［D］. Beijing ： China University of Geosciences （Beijing）， 2014 . （in Chinese）

岩土工程勘察规范（2009版）： GB 50021—2001 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2002 .

Heinrichs K ， Fitzner B . Assessment of weathering damage on the Petroglyphs of Cheonjeonri， Ulsan， Republic of Korea ［J］. Environmental Earth Sciences ， 2011 ， 63 （ 7-8 ）： 1741 - 1761 .

李宏松 . 文物岩石材料劣化特征及评价方法［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2011 .

Li H S . Character and evaluation method of historical rock deterioration ［D］. Beijing ： China University of Geosciences （Beijing）， 2011 . （in Chinese）

Sanchez-Aparicio L J ， Castro Á B D ， Conde B ， et al . Non-destructive means and methods for structural diagnosis of masonry arch bridges ［J］. Automation in Construction ， 2019 ， 104 ： 360 - 382 .

Labropoulos K ， Moropoulou A . Ground penetrating radar investigation of the bell tower of the church of the holy sepulchre ［J］. Construction and Building Materials ， 2013 ， 47 ： 689 - 700 .

林致铭 . 探地雷达对古塔特征参数的识别研究［D］. 扬州：扬州大学， 2012 .

Lin Z M . Research on the application of radar technology to the identification of characteristic paramrter of masonry pagoda ［D］. Yangzhou ： Yangzhou University ， 2012 . （in Chinese）

Smet T S ， Everett M E ， Warden R R ， et al . The fate of the historic fortifications at Alcatraz island based on terrestrial laser scans and ground‐penetrating radar interpretations from the recreation yard ［J］. Near Surface Geophysics ， 2019 ， 17 （ 2 ）： 151 - 168 .

Rucka M ， Lachowicz J ， Zielińska M . GPR investigation of the strengthening system of a historic masonry tower ［J］. Journal of Applied Geophysics ， 2016 ， 131 ： 94 - 102 .

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