成都博物馆

山西应县木塔

铜奔马甘肃省博物馆藏

　　博物馆是一个城市、一个国家、一个民族保存记忆的殿堂，收藏在博物馆的宝藏，是连接过去、现在和未来的桥梁，不受时间限制，向世人诉说着文明交流的故事、历史变迁的精彩。若你想要一眼千年观古丝绸路，感受“丝绸古道三千里，黄河文明八千年”，来到中国唯一一个以丝绸之路为主题的综合性博物馆——甘肃省博物馆，便可瞬时理解这句话的含义。
　　馆藏铜奔马、中国邮政标志原型文物邮差画像砖等国家一级文物686件（组）的甘肃省博物馆，地处8度抗震设防区，近年周边地区强震频发，馆藏文物安全稳定性受到较大威胁。如何在地震来临保证房子安全的同时，还能保证房子里的文物安全？
　　6月9日，在成都举办的第三届文物科技创新论坛上，中国航空规划设计研究总院有限公司首席专家、总结构师、全国工程勘察设计大师葛家琪以“馆藏文物一体化防震关键技术研究”为题作了报告。
　　葛家琪告诉华西都市报、封面新闻记者：“文物是人类社会宝贵的文化遗产，如遭遇强震极可能造成馆藏文物大量损毁，对历史文明信息造成不可逆的重大损失。”

如何预测文物风险？

　　2007年11月，成都市计划在天府广场边上建一座新博物馆，2007年12月葛家琪团队为此确定了方案。2008年5月12日项目公示结束，却正赶上汶川大地震。葛家琪开始思考文物防震，当时国际上有少量研究，研究成果也非常少。航空工业规划总院结合成都博物馆新馆设计、馆藏文物防震规范编制，与上海博物馆、成都博物院开展了初步研究，在“十三五”期间承接了国家重点研发计划项目，开展了馆藏文物防震领域的系统研究。
　　十几年过去，目前，葛家琪带领团队已经研发出包括产品、检测检验，设计、评估等一系列新技术开发和规范标准。
　　“我们第一项任务，就是要跨界给文物口建立一个兼具科学性和实用性的风险评估方法。”葛家琪告诉记者，1976年唐山大地震后，国家颁布了建筑抗震规范，并严格实施，因此汶川地震当中，1976年之后建设的博物馆，基本上没有发生严重损害，但是文物有震损，这里面到底隐含什么样的科学问题？“从2009年到2012年，我们跟清华大学、上海博物馆联合做了相关问题的博士后课题研究，就是首先要从基本理论方面来回答这样一个问题。”葛家琪说。
　　不论是（抗震）风险评估，还是文物安全设计，是不是需要针对每一件文物来进行耦合系统的分析，并据此进行文物安全设计，以及基于文物安全的防震措施产品设计？“如果答案肯定，那还面临一个问题——即使是技术成立，对于每一个设计院、产品厂商或是文物保护单位来说，从技术难度和人力、时间、资金等现实情况考虑，这样的成果可能难以实现推广应用。“所以我们要研究一个复杂耦合系统到底怎么可实用化的问题。”
　　传统防震措施以经验为主，没有一个科学量化的判别方法与标准。对葛家琪团队而言，如何重新建立具有我国自主知识产权的产品体系？难度极大。
　　地震能量的传递是非常复杂的力学传递过程，地震波传到房子里的每个地方，频率和幅值都不一样。因为鞭梢效应作用，越到上层震动越厉害。葛家琪团队研究的主要防震措施是在展柜底下安装防震平台，浮置文物置于浮置文物承台之上，其特征在于：所述浮置文物承台与浮置文物之间设置防震装置，所述防震装置进行严格控制，包括刚度控制、阻尼控制及行程控制，以“建筑结构+浮置文物承台+浮置文物”全模型分析为依据，以浮置文物的安全性能指标为目标，对防震装置进行优化。
　　基于地震动传播全过程，同时考虑了地震动输入、建筑结构特性、浮置文物承台特性对防震效果的影响，为地震作用下重要浮置文物的安全性能控制提供科学依据。
　　针对不同大小尺寸和重量的文物，防震台也“私人定制”，效果非常理想。据葛家琪介绍，“馆舍结构+展藏柜+文物”一体化模型振动台试验是国际上首次开展，提出了安全性指标和一体化设计方法，形成系列自主知识产权的防震措施装备和有效性评价方法集成成果及成套技术后，在甘肃省博物馆、秦始皇帝陵博物院、西安碑林博物馆等开展示范应用，并在甘孜民族博物馆中经历了泸定6.8级地震的考验和验证。
　　在国家重点研发项目资金支持下，葛家琪带领团队，通过大量的“地震动+馆舍子结构+展柜+文物”模型实验与数值仿真分析对照研究，提出了地震对文物地震作用效应和震损程度分析的模型建立方法，并提出兼具实用性和科学性的文物震害风险评估方法，文物防震安全设计方法；基于震害风险调查完成地震易损馆藏文物的界定，专门针对馆藏文物防震装备研究检验和加工生产，开发建设了国际领先的超低频、大位移、高精度振动台和高精度自动化示范组装线；形成馆藏文物风险评估、安全设计与措施装置集成应用一体化防震系统解决方案。

为古建筑量身定做抗震理论

　　随着馆藏文物防震保护技术的成熟与推广，葛家琪又把目标瞄向了与结构工程联系更加紧密的古建筑保护上，在古建筑结构安全稳定评估和保护领域开展研究工作。
　　保证古建筑的安全与稳定，是葛家琪用科技跨界文保的第二步。历经千百年岁月的冲刷，不少古建筑在风吹雨打后伤痕累累，劣化严重。在葛家琪看来，现代工程抗震的理论不适用于古建筑，古建筑必须有自己的一套理论方法。古建筑的安全稳定目前已纳入国家战略规划，这也是团队未来要做的事。
　　中国古建筑是世界上独具特色的文化遗产，其特点之一便是“以柔克刚”的结构，一般都采用木材、砖石等材料，这些材料包容性强，能够适应地震和自然环境的变化，从而保证了古建筑长久稳定的存在。
　　针对中国木结构千年古塔——应县木塔，葛家琪团队在广泛调研和总结前人研究的基础上，与中国文化遗产研究院等单位合作，开展了为期两年的研究。
　　据葛家琪介绍，团队成员建立了三维数值仿真分析模型，开展了深入而全面的结构稳定和倒塌数值模拟，并提出了应急措施和保护建议，研究成果得到国内众多文保专家、两院院士和设计大师的认可，为下一步保护实施奠定了一定的理论研究基础。“针对砖石质古建筑，我们和陕西省文物保护研究院合作，已经开展了五年多的研究，并首次在清华大学老图书馆加固保护工程中创新应用。”葛家琪说。
　　葛家琪带领的创新工作室，利用防震减灾核心技术，近十年在文物保护领域持续研发，形成了与大跨度钢结构齐头并进的科研和市场领域。创新团队先后承接国家重点研发计划项目、国家文物局、工信部产业化项目等多项省部级以上课题，并获得国家科技进步奖1项，中国土木工程詹天佑奖4项，授权发明专利100余项。
　　“文化遗产保护有很多科学技术难题还没有得到解决，需要开展跨学科交叉技术研究，是大家都已认识到的问题，但如何开展跨学科交叉技术研究，是解决现实问题的关键。”当被问及跨界文保多年来的感受，葛家琪表示，十多年来最大的体会，就是面临文物保护时，要永远保持对文物的敬畏之心，认真倾听，全面理解文物管理者的需求。“否则技术再‘牛’，也只是闯进瓷器店的牛。”
　　华西都市报-封面新闻记者 边雪