赵健（左一）团队与专家现场把脉，探讨监测系统方案。
■本报记者 温才妃 通讯员 杨金融
在福建省泉州市开元寺的古船陈列馆内，一个年轻人围着一艘宋代海船转着圈，木质船体因年代久远而破损严重，尤其是船尾结构严重松动大有散架之势。别人看到这么破损的古船早就摇头离开，可这个年轻人却越看越激动。他告诉《中国科学报》：“能给具有近千年历史的古船做体检，我感到意义非凡。”
年轻人是北京林业大学工学院教授赵健，也是该校木质文物监测与保护科研团队的一员。
木质文物监测与保护科研团队经过3年多的努力，近日发布了《2024年度泉州湾宋代海船稳定性监测报告》（以下简称报告）。报告显示：“通过系统性科学保护措施，目前这艘沉睡了700余年的宋代海船整体健康状况良好，结构稳定性较修复前显著提升。”
“现在是家庭医生”
木质古船的文物保护可不像一般文物保护那么简单。赵健介绍，沉睡近千年的木质古船浮出水面，它原本适应的低温、低氧、恒湿等稳定环境发生了翻天覆地的变化，导致木材面临脱水、开裂、微生物侵蚀等问题，这对古船保护提出了严峻挑战。
木质古船文物保护的第一关是“体检”。赵健带领团队引入建筑遗产监测领域的建筑信息模型技术，构建了涵盖环境参数、材料性能、结构力学等7个维度的数字孪生模型，“我们将保护方案模拟验证准确率提升到95%以上”。
“这套融合物联网与人工智能的监测系统，是为古船搭建的‘生命体征监测仪’。该监测系统通过49个高精度传感器实时采集船体木材结构形变、含水率等14项关键数据，配合三维激光扫描技术，构建宋代海船的数字化健康档案。”团队成员、北京林业大学博士马雪怡说。
值得一提的是，团队还突破了传统的抢救性保护模式，建立了涵盖结构与环境监测、病害预警、风险模拟的预防性保护体系。当监测系统发现局部应变异常时，会自动预警并开出“治病药方”，人工智能算法可预测结构变化趋势，实现“治未病”。赵健一边盯着监测屏幕，一边介绍：“过去我们是急诊医生，现在是家庭医生。”
对于开放式展馆环境波动导致宋代古船的“慢性病”，赵健了如指掌。比如，当展厅温度波动超过±2.5℃、湿度变化达±8%时，船体木材会产生0.3‰的微应变累积，这相当于每年承受2000次微观结构损伤。“我们利用基于数字散斑相关技术的非接触式监测系统捕捉船木的微小形变，通过136组对照实验，最终将保存环境确定为温度25±0.5℃、相对湿度55%±5%的‘黄金区间’。”赵健说。
量身定制“外骨骼”
花费巨资拯救的木质古船，如果在现代科技的保护下依然受损，那是科技工作者的遗憾。
在高精度三维测量基础上，团队发现这艘沉睡700余年的古船尾舵存在3.7厘米的下沉位移，木质支撑结构残余强度仅剩原始状态的42%。也就是说，随着残余强度逐渐降低，在未来的某一天，这艘古船将轰然倒塌！在实验室中得出这一惊雷般的结论，原本亢奋的赵健突然陷入了沉思。
“说实话，一开始我就想到用支架，北京林业大学的校园里面有很多给古树用的支架，但能不能用到古船上，还需要稳扎稳打。”有想法就不放弃，赵健决定试一试。经过连续攻关，他们建立起每15分钟更新一次的“数字孪生”模型，即便是亚毫米级的形变都能精确感知，这为支架的拓扑优化与承载效能评估提供了可靠的数据支撑。
“我们还采用钢-碳纤维混杂结构的Y形支撑体系，配合三维全场应变监测系统与微位移追踪技术，为古船尾舵量身定制了‘外骨骼’。”马雪怡说。监测数据显示，加固后尾舵位移量控制在0.8毫米以内，位移抑制效率高达97%。
“这套‘预防性骨科手术’既维持了文物原真性，又使关键部位抗弯刚度提升了5倍。”赵健终于长舒了一口气。
装上“听诊器”
文物保护预防要下先手棋，治未病才是良医。
赵健带领团队融合数字图像相关技术、声发射传感器网络与人工智能决策预警系统，构建了国内首个古沉船“全生命周期健康监测体系”，对船体亚毫米级位移、木质结构微损伤等12项关键指标进行动态追踪。
通过自主研发的多源异构数据融合平台，他们将船体三维点云模型与实时监测数据叠加分析，精准捕捉木材纤维断裂、应力分布异常等潜在风险。赵健介绍道：“这套系统不仅创建了基于人工智能算法的文物健康评估模型，更首创了‘环境扰动－结构响应’双维度预警机制，使文物保护响应速度提升60%以上。”
“我们首次将人工智能+多源数据耦合驱动的预防性监测技术应用于大型可移动木质文物监测，相当于为古船装上了‘听诊器’。”赵健向《中国科学报》展示的监测数据显示，系统可识别亚毫米级的船体位移变化，对结构风险的预警准确率达92.3%。目前，该方案已形成包含3项发明专利的技术体系，其构建的“监测—评估—干预”保护闭环为同类文物保护提供了标准化范式。
不久前，研究团队还对宁波中国港口博物馆“小白礁I号”清代沉船实施了预防性监测，通过双线并行的实践，探索建立我国古沉船保护的科学范式。“文化遗产保护传承事关国家文化安全和永续发展。我们要用自己所学，持续为可移动木质文物的预防性保护注入科技动力，实现保驾护航。”赵健说。
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