千年古塔的科技守护——西安建大团队完成大雁塔结构安全“全身体检”

原创
浏览量
全文1,941个字 阅读约需 分钟

历经千年风雨的世界文化遗产大雁塔,迎来了一份详尽的“健康报告”。5月12日,由西安建筑科大工程技术有限公司苗元耀科研团队和西安建筑科技大学李东波教授带领的“砖土建筑遗产数智化保护”团队联合完成的大雁塔结构探测与稳定性评估项目正式通过验收。验收会上,高精度三维模型、损伤智能识别系统、电磁谐振无损探测等成果悉数亮相,标志着文化遗产保护领域再添一项重量级技术范式。

核心发现:揭秘千年古塔的“生命密码”

大雁塔究竟“长”什么样?此前,这座建于唐代的著名砖塔,内部结构形态始终是一个待解之谜。西安建筑科大团队运用三维激光扫描与电磁谐振探测技术,首次精准揭示大雁塔为“夯土核心—唐代砖砌体—明代加固砖层—木柱支撑”的多层级复合结构。

“就像一棵古树有年轮一样,大雁塔的每一层结构都记录着华夏文明不同的历史时期。”项目负责人苗元耀介绍,这一发现让研究团队首次看清了古塔的“骨骼”构造。

令人关注的是大雁塔内部构造细节。团队通过可视化探测发现,唐代原砌与明代补砌砖体之间存在明显的空间分布特征与交接界面。尤为关键的是,明代塔檐与唐代塔檐之间存在平均50毫米的空隙带,这一结构分离现象此前从未被准确测量和记录。

看不见的地方,往往藏着最大的危险。团队运用多种探测手段,精准定位了塔体内部的隐蔽损伤情况:利用电磁谐振探测技术等手段,量化了损伤的尺寸、位置等关键参数;明确了塔檐损伤高度集中于新旧补砌牺牲层材料交接处,这一区域成为结构最薄弱的环节。这些发现,为后续的针对性修复提供了精确“靶点”。

大雁塔为何会“生病”?团队从材料劣化角度分析大雁塔的病害成因是环境侵蚀、化学破坏、物理荷载及极端地质风险共同作用的系统性结果。

参与该项目的西安建大工程结构耐久性与全寿命领军教授团队傅强介绍说,团队通过模拟西安气候环境的长期试验,证实了水分迁移呈现“下高上低、外高内低”的规律,塔基成为全塔表观损伤的最高风险区。而盐害是表层破坏的主导因素,这些盐分结晶后引发砌体剥落和灰缝流失,塔身盐析泛碱病害局部显著——这意味着,大雁塔表面的“白色伤疤”多源于此。

团队在多年的监测中发现,登塔游客与交通振动等形成荷载会产生耦合效应,大雁塔底部券洞及塔檐易出现累积疲劳损伤,地震风险同样令人警醒。

技术创新:人工智能让传统文保焕发新生

给大雁塔做CT,需要调动天上的卫星、无人机和地面的探测仪。团队构建了空天地一体化探测网络:使用卫星遥感,实现年均沉降1.98毫米的毫米级监测;而无人机倾斜摄影,使得三维建模精度达到厘米级;研发的电磁谐振法则成为深层结构探测的“透视眼”。综合应用下,裂缝定位精度达90%,让隐蔽损伤无所遁形。

人工智能的引入,也让传统文保工作焕发新生。团队开发了多款智能系统,不仅能精准分割复杂裂缝形态,还能提升损伤识别的准确率,实现7类表观病害自动识别。

“过去靠人工肉眼排查几天的工作量,现在AI系统几小时就能完成。”团队成员董振平表示。

此外,从宏观到微观,团队建立了完整的数字仿真体系。在土—结构—交通荷载耦合有限元模型经原位动力测试验证后,误差控制在7.7%以内,离散元模拟能真实再现地震损伤全过程,多尺度分析为预防性保护提供全链条决策依据。这套“数字孪生”系统,让科研人员可以在虚拟空间中反复试验,找到最优保护策略。

验收专家组成员、同济大学研究员张瑞甫表示:“大雁塔结构探测与稳定性评估成果以先进技术掌握古塔结构状态,为唐代砖石古塔保护夯实了科学基础、提供了工程参考,推动古建筑结构保护迈向数字化、精细化、预防性保护新路径,对全国同类文物建筑安全保障具有重要示范意义。”

保护建议:从“被动抢救”到“主动预防”

基于全面“体检”结果,团队提出三级保护建议:全域监测整体沉降变形、局部监测重点部位位移、微观监测盐分和湿度等实时预警。在此基础上,可采取塔檐交接面空隙带、一层内部空洞、盐害区域等靶向修复工程。同时,通过优化交通运行频次,降低周期性振动,执行登塔客流限流,减少振动对古塔的损伤。

“历时一年、4册技术报告,项目突破了传统砖石古塔探测精度低、评估方法单一的技术瓶颈,形成系统性的研究成果与保护建议。”苗元耀表示。

本次评估项目填补了大雁塔结构形制认知的多项空白:首次揭示多层复合结构、量化盐蚀—冻融耦合损伤、构建了无损探测与稳定性评估技术体系。更重要的是,项目开创了“数智化诊断—防治—预防”的文物建筑保护新模式。

这一模式有何价值?它提供了一套可复制的技术范式。无论是其他砖石古建筑,还是其他材质的塔体,都可以借鉴这套方法论,实现从“被动抢救”到“主动预防”的转变。

大雁塔的守护,是科技与文明的深度对话。当AI、卫星遥感、数字仿真等技术“遇上”千年古塔,文化遗产保护正翻开新的篇章。(群众新闻记者 吕扬 通讯员 王俊)