一、方案介绍
古建筑作为历史文化的重要承载体，其结构多为砖木、石木结构，长年受气候变化、地基沉降、周边施工、风蚀雨蚀、地震扰动等影响，极易产生微小但持续累积的结构形变。为了提升古建筑保护的科学化、智能化水平，本方案通过部署高精度在线监测系统，实时感知古建筑在微尺度下的结构偏移、倾斜、开裂、裂缝扩展等形变变化，构建“全天候、无干扰、可回溯”的智能监测预警体系，辅助文保单位开展有效维护与科学修缮。
二、监测目标
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实时获取古建筑关键构件的微小形变数据；
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分析不同时间尺度下的结构姿态变化规律；
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掌握因环境、荷载、振动等因素引起的结构位移趋势；
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及时发现潜在开裂、倾斜、扭曲、沉降等安全隐患；
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为古建筑保护、维修和评估提供科学数据支持。
三、需求分析
古建筑普遍建造年代久远，施工工艺与结构形式独特，常无钢筋混凝土构造抵抗结构变形，脆弱性高。微小形变是潜在破坏的重要前兆，人工巡检周期长、主观误差大，难以及时捕捉微米级、毫米级变化，急需引入非接触、高灵敏度、自动化的监测手段，实现预防性保护。
四、监测方法
针对古建筑的立柱、梁枋、斗拱、塔身、墙体等重点部位布设多种高精度位移、倾斜、裂缝、应变等传感器，结合激光测距仪、静力水准仪、光纤光栅等先进技术，形成多维度形变数据采集网络。所有数据统一采集后接入数据主站，通过4G或光纤远程上传至监测平台，自动进行趋势分析、模型比对与报警判断。
五、应用原理
形变监测系统基于几何量变化感知原理，利用高精度传感器对物理量（如位移、倾角、应变、裂缝宽度等）进行持续采样，通过对不同监测点间的微小变化比对，判定建筑结构是否发生不均匀沉降、歪斜、开裂等风险现象。系统采用滤波算法与多点校准，确保数据稳定性与可靠性，适应古建筑长期缓变特点。
六、功能特点
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支持微米级～毫米级形变实时感知；
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非接触、低干扰安装方式，避免破坏古建原貌；
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全天候运行，支持太阳能供电与断点续传；
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多参数融合，包括位移、倾角、应变、裂缝、温湿等；
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支持短信、微信、平台多通道超限预警；
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历史数据存储与趋势图分析功能；
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系统支持本地断点存储、远程升级与故障自检。
七、硬件清单
高精度结构位移传感器
倾角监测传感器（双轴/三轴）
裂缝宽度/深度监测传感器
光纤光栅应变计（可选）
环境参数采集模块（温湿度、风速等）
数据采集网关（边缘计算功能）
远程通信模块（4G/LoRa/NB-IoT）
供电系统（太阳能+锂电池或市电备电）
安装支架、防护箱、加密数据服务器等
八、硬件参数（量程、精度）
位移监测范围：0～50mm（可选）
位移测量分辨率：≤10μm
倾角量程：±30°，精度±0.01°
裂缝监测宽度量程：0～20mm，分辨率0.02mm
应变测量范围：±5000με，精度±5με
采集周期：可设定，默认1次/5分钟
供电方式：DC12V～24V，支持太阳能或市电供电
通信方式：RS485/4G/NB-IoT/以太网
运行环境：温度-40～+85℃，湿度0～95%RH，防护等级IP66以上
九、方案实现
根据建筑结构特性选取典型监测点（如塔顶、柱脚、梁端、墙体中部、裂缝边缘），布设多类型传感器，采用专用支架与防护组件进行非破坏性安装。通过数据采集控制终端统一管理各类传感器的数据，利用4G通信将所有数据上传至监控平台，平台提供实时曲线、趋势分析、自动报警、数据导出、用户权限管理等功能。系统可兼容现有文物管理平台或政府文保平台进行对接。
十、数据分析
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实时监控形变量、倾角变化、裂缝扩展等数据趋势；
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多通道数据联动，识别结构协同变形特征；
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结合气象、荷载、环境变化进行影响因素分析；
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生成周期性报表、异常事件记录与可视化图表；
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提供原始数据导出接口，支持AI训练与结构诊断模型应用。
十一、预警决策
系统预设安全阈值（如位移速度、累计偏移、裂缝增长速率等），当监测数据超过设定范围，系统立即触发告警机制，通过短信、微信、平台弹窗等方式通知管理人员，并记录报警时间、值班人响应信息。平台可自动推送修缮建议或生成现场巡查任务清单。
十二、方案优点
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高灵敏度识别微小结构变形趋势；
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无需人工值守，降低巡检人力成本；
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可逆性强，不破坏古建结构；
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长期运行稳定性高，适应低维护场景；
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可扩展集成环境监测、振动监测等子系统；
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满足文物保护对非侵入式、精准、安全的技术要求。
十三、应用领域
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国家重点文物保护单位
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寺庙、祠堂、古塔等砖木结构古建群
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古城墙、古牌坊、古民居等遗址性建筑
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博物馆历史建筑群智能化监测
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文旅景区古建筑安全运营保障
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地震带、风化带地区古建防灾预警系统
十四、效益分析
该方案通过实时掌握古建筑结构状态，能够提前识别病害趋势、开裂演化和结构变形风险，大幅提升文物保护的主动性、科学性与响应速度。系统部署成本相对可控，维护周期长，运行稳定性高，可有效延长古建寿命，减少修缮盲目性，保障历史文化遗产的可持续传承。
十五、国标规范
GB/T 51496-2022《文物建筑结构监测技术标准》
GB/T 20438.1-2006《倾斜传感器通用技术规范》
GB 50899-2013《历史建筑抗震加固技术规范》
GB/T 50344-2019《智能建筑工程质量验收规范》
CJ/T 309-2009《历史建筑监测技术导则》
ISO 4866:2010《建筑结构监测与评估术语》
十六、参考文献
《古建筑结构监测与健康评估技术》
《非接触式文物保护形变监测方法研究》
《古塔形变监测系统建设与实证分析》
《智能监测系统在文物保护中的应用研究》
十七、案例分享
某清代砖塔在实施本方案后，监测系统捕捉到秋季昼夜温差剧变导致塔体发生微幅沉降与塔身向南偏移0.3mm，系统提前发出预警，相关单位及时设置支撑与排水措施，避免了塔体开裂风险，保障了重要文物安全稳定过冬。