一、项目背景与监测意义
古塔、寺庙、祠堂、宫殿、城楼、牌坊、古民居以及其他文物建筑具有建造年代久远、结构体系特殊、材料性能离散、历史修缮次数多和不可替代等特点。与普通现代建筑相比，古建筑的安全状态不能单纯依靠现代结构理论中的某一个指标判断，而应综合历史变形、现状病害、材料劣化、地基变化及环境作用进行长期分析。古塔尤其具有高宽比较大、重心较高、结构竖向连续、基础年代久远等特点。砖石古塔可能随着基础不均匀沉降、砌体材料风化、裂缝发展以及长期环境作用逐渐形成整体倾斜；木塔还可能存在柱架侧移、节点松弛、木材干缩湿胀、腐朽虫蛀以及构架累积变形。
对于古建筑群，柱础沉降、木柱倾斜、梁架下挠、墙体鼓闪、砖石墙开裂、台基变形以及相邻建筑基础差异均可能形成长期缓慢变化。由于很多变化一年内只有很小幅度，依靠人工巡查往往只能看到已经形成的结果，很难还原变化发展的时间过程。因此，古塔古建筑形变倾斜监测的核心目的，是在尽可能不干扰文物本体的前提下，通过长期、连续、可追溯的数据建立建筑自身的“结构健康基线”，识别倾斜、沉降、裂缝和环境变化之间的关系，为日常保护、风险排查、保护修缮和灾后评估提供依据。监测系统关注的不是“古建筑现在是不是完全垂直”，而是“相对于自身历史状态是否正在继续变化、变化发生在哪里、速度是否增加、不同位置是否具有一致性、变化是否与降雨、地下水、温度、风、交通振动或周边施工有关”。
二、古塔古建筑主要病害与变形机理
1. 地基不均匀沉降导致整体倾斜
古塔和古建筑长期服役过程中，原有地基土可能受到地下水变化、长期浸水、周边工程降水、基础扰动以及地质环境改变等影响。
当不同基础区域产生差异沉降时，上部结构可能出现整体倾斜、墙体裂缝、柱架侧移及局部变形。
2. 古塔整体倾斜与局部变形可能同时存在
塔顶相对于塔基发生水平偏移，可能来源于整个塔体近似整体倾斜，也可能由不同塔层累积错动、砌体局部变形或者不同方向不均匀变形共同形成。
因此仅在一个位置安装倾角传感器不能完整评价整座古塔。
3. 砖石结构材料长期风化
古砖、石材、灰浆等材料经过长期雨水侵蚀、盐析、冻融、温湿度变化及风化后，材料和砌体整体性能可能发生变化。
墙体可能逐渐出现裂缝、鼓闪、局部外倾或砌体松动。
4. 木构架存在节点变形和柱架侧移
传统木结构依靠柱、梁、枋、斗栱和榫卯节点共同工作。长期荷载、节点松弛、木材干缩湿胀以及局部损伤可能使柱架形成一定残余变形。
木柱本身存在历史倾斜并不意味着当前一定处于危险状态，因此监测重点应放在倾斜是否仍然继续发展。
5. 温湿度造成明显季节性变化
木材、砖石、灰浆以及不同材料连接部位会受到环境温湿度影响。
部分裂缝和构架变形可能存在明显昼夜或季节周期。如果不记录温湿度，很容易把正常周期变化误认为结构持续恶化。
6. 高耸古塔存在风致摆动
高塔受到风荷载作用后可能产生微小的可恢复结构响应。正常风致响应与永久倾斜属于两个不同问题。
风停后如果姿态恢复历史稳定区间，通常与持续残余变形具有不同工程意义。
7. 道路交通和轨道交通可能产生长期振动影响
邻近城市道路、铁路、地铁以及大型机械施工的文物建筑可能持续受到交通和施工振动作用。
对于长期振动敏感的古塔和砖石结构，应采用专业振动监测设备研究振动速度、频率和结构响应，而不是仅依赖低功耗倾角终端。
8. 周边施工可能改变基础及地下水环境
深基坑、地下工程、盾构、降水、桩基施工以及大型建筑拆除，都可能对邻近古建筑的地基、地下水或振动环境产生影响。
在这种场景中，古建筑监测应在施工前建立可靠初始基线，并贯穿施工全过程。
三、建设目标与监测目标
1. 建设目标
- 建立古塔和古建筑长期结构状态数字基线。
- 监测古塔整体倾斜方向及长期变化趋势。
- 监测不同塔层或不同高度之间的姿态差异。
- 监测古建筑木柱、墙体及其他关键构件倾斜变化。
- 监测基础和台基不均匀沉降。
- 监测典型裂缝张开、闭合和发展趋势。
- 分析倾斜与沉降之间的空间关联。
- 分析温度、湿度、降雨及地下水对结构变化的影响。
- 分析风、交通和周边施工事件与结构响应之间的关系。
- 支持修缮前、修缮中和修缮后的全过程状态比较。
- 建立异常监测、人工复核、专家研判和保护处置闭环。
2. 核心监测对象
整体倾斜：观察古塔、钟楼、鼓楼、牌坊等高耸建筑整体姿态是否持续变化。
分层姿态：观察古塔不同高度位置是否存在方向和幅度不同的长期变化。
柱倾斜：监测木柱、石柱等主要竖向承重构件姿态。
墙体倾斜：监测砖石墙、山墙、城墙及其他承重墙体长期外倾或侧移趋势。
基础沉降：监测柱础、台基和塔基等部位的竖向变化。
裂缝变化：监测具有代表性的结构裂缝。
环境变化：同步记录温度、湿度、降雨、地下水及其他影响因素。
四、总体解决方案
系统采用“整体几何监测＋局部倾角监测＋沉降监测＋裂缝监测＋环境监测＋振动专项监测＋数字化档案”的总体技术路线。
对于古塔整体状态，采用全站仪、GNSS、三维激光扫描、摄影测量或其他适宜的非接触式方法获得建筑整体几何形态、塔顶水平位移和不同高程位置的空间变化。
对于重点塔层、墙体、柱架及可设置可靠监测基座的位置，配置无线倾角监测终端，持续记录局部三轴姿态及长期基准变化。
对于基础和台基变形，采用精密水准、静力水准或者项目认可的高程监测技术获取沉降数据。
对于已有典型裂缝，配置裂缝计或者其他适宜的非破坏监测方法，记录裂缝宽度变化。
系统同步获取环境温湿度、降雨以及必要的地下水数据。在邻近交通、爆破或施工的项目中，根据风险配置专业振动监测系统。
总体分析链路为：历史建筑及环境作用 → 基础、墙体、木构架或塔身响应 → 倾斜、沉降、裂缝、位移感知 → 环境数据同步 → 数据平台 → 长期基线分析 → 多点空间分析 → 周期因素识别 → 异常趋势识别 → 人工复核 → 专业保护评价 → 修缮或维护。
五、监测系统架构
1. 整体几何变形监测层
采用全站仪、GNSS、三维激光扫描、摄影测量等技术获取古塔和古建筑整体空间状态。
2. 局部姿态监测层
采用无线三轴倾角监测终端观察塔身局部、墙体、柱或其他代表性结构的长期姿态。
3. 沉降监测层
采用水准测量、静力水准等方法获取基础、台基及重要柱础的竖向变化。
4. 裂缝监测层
对重要裂缝设置裂缝监测设备，获取裂缝宽度随时间的变化。
5. 环境监测层
配置温度、湿度、降雨、地下水位或其他环境参数。
6. 振动专项监测层
交通、施工、爆破等振动影响明显的文物建筑，应采用专业振动传感器和数据采集设备。
7. 数据平台层
对倾角、沉降、裂缝、位移、温湿度及事件数据统一管理。
8. 文物保护管理层
监测结果用于日常巡视、风险排查、保护修缮、灾害评估和长期文物档案管理。
六、古塔整体倾斜监测设计
1. 塔顶水平位移
通过全站仪、GNSS或者其他适宜测量技术获取塔顶相对于塔基参考体系的水平位置变化。
应分别保存两个水平正交方向的变化，而不是只保存一个合位移数值。
2. 古塔整体倾斜方向
若塔基中心参考位置为(x0，y0)，塔顶对应位置为(xt，yt)，则水平偏移可以表示为：
Dx = xt - x0
Dy = yt - y0
合位移为：
D = √(Dx² + Dy²)
由Dx和Dy还可以确定主要倾斜方向。
3. 整体倾斜角近似
如果古塔高度为H，并且只用于整体几何关系表达，则可近似计算：
θoverall = arctan(D / H)
该结果只是塔顶—塔基几何连线形成的整体平均倾斜，并不能说明塔身每一层均发生相同刚体旋转。
4. 分层位移监测
古塔宜根据结构形式选择多个高度设置空间监测目标，例如塔基、下部、中部、上部和塔顶。
通过不同高度的水平位移可以构建塔身变形轮廓。
5. 分层倾斜监测
条件允许时，可在不同高度代表性刚性部位设置倾角测点。
如果各层变化方向和幅度相近，更接近整体姿态变化；如果某一高度以上变化明显增加，则需要关注局部塔身变形。
七、古塔分层变形分析
1. 层间相对位移
假设第i层水平位移为Di，第i+1层水平位移为D(i+1)，可以计算：
ΔDi = D(i+1) - Di
通过层间差异可以辅助判断变形是否集中在某一高度范围。
2. 层间倾斜差
不同高度设置独立倾角点时，可计算：
Δθi = θ(i+1) - θi
长期增长的层间倾角差，比整座塔共同发生的同方向变化更值得关注局部结构状态。
3. 变形曲线
以建筑高度为纵轴，将不同高度的水平位移绘制成曲线，可以观察古塔是近似整体倾斜、弯曲型变形还是局部折变。
4. 方向稳定性分析
如果多年监测显示古塔持续向近似相同方位发展，其工程意义与倾斜方向不断随机变化不同。
因此平台应保存方向数据，而不是只统计绝对变化量。
八、古建筑木结构监测
1. 木柱倾斜监测
对于具有代表性的承重木柱，可以监测两个正交方向姿态变化。
需要特别注意，历史木柱可能已经存在明显初始倾斜。工程监测重点是当前状态相对于初始基准是否继续变化，而不是要求木柱恢复几何垂直。
2. 柱架整体侧移
同一榀或者同一柱列配置多个监测点后，可以比较各柱的变化是否一致。
多个柱同时向同一方向变化，和仅一根柱发生局部变化具有不同的结构含义。
3. 梁架变形
梁、枋、桁架等水平构件的挠度应采用位移、测量或摄影等合适方法直接监测。
倾角可以作为梁端或者节点转角的辅助参数，但不能替代挠度测量。
4. 榫卯节点变化
对于重点节点，可通过近景摄影、裂缝/位移传感器或其他低干扰方法观察拔榫、错位及节点开合。
5. 柱础和台基沉降
木柱倾斜如果与柱础高程变化同时出现，应进一步判断是否存在基础或台基变形。
九、砖石古建筑监测
1. 墙体外倾监测
在砖石承重墙具有代表性的刚性位置设置姿态监测点，观察墙体是否存在持续外倾。
2. 墙体鼓闪监测
对于出现明显鼓闪的墙体，宜采用三维扫描、摄影测量或测距等方法获得墙面整体几何形态。
单点倾角无法完整描述整个墙面的曲面变形。
3. 裂缝监测
对贯通裂缝、拱券裂缝、门窗洞口裂缝、塔身裂缝等进行长期宽度监测。
4. 塔身砌体监测
砖石古塔可结合整体测绘、分层倾斜、裂缝和沉降数据，分析整体和局部变形之间的关系。
5. 城墙和牌坊
对于长距离城墙，应采用分段监测，不宜利用一个监测点代表整体状态。
牌坊等高宽比较大的独立构筑物应重点关注基础差异沉降和横向倾斜。
十、沉降与基础变形监测
1. 基础沉降
设某监测点初始高程为H0，当前高程为H(t)，则沉降量可以表示为：
S(t) = H0 - H(t)
2. 相邻点差异沉降
相邻两个基础点之间可以计算：
ΔS = S2 - S1
古塔整体倾斜分析中，差异沉降往往比所有基础点共同发生的近似一致沉降更具有解释意义。
3. 沉降速率
Vs = [S(t2) - S(t1)] / (t2 - t1)
历史上已经存在较大沉降但当前多年稳定，与累计值较小但最近持续加速发展，具有完全不同的保护意义。
4. 古塔基础环向监测
对于平面近似圆形、方形或多边形古塔，可在塔基周边设置多个高程监测点。
通过不同方向的高程变化分析基础是否存在偏向某一侧的差异沉降。
5. 地下水关联
如果古建筑所在区域地下水变化明显，可以同步监测地下水位，并分析基础沉降是否与长期水位变化存在时间关联。
十一、倾角监测技术原理
1. 三轴姿态监测
S-CGTS内部MEMS三轴测量单元感知重力方向与设备坐标系之间的关系，从而获取安装位置三轴姿态。
当终端与可靠刚性监测对象保持固定关系后，结构姿态变化可以转化为连续角度数据。
2. 初始基准
设备安装完成并经过稳定观察后建立：
θx0、θy0、θz0。
任意时刻相对变化为：
Δθx(t) = θx(t) - θx0
Δθy(t) = θy(t) - θy0
Δθz(t) = θz(t) - θz0
古建筑监测原则上更关注相对变化，而不是强行将具有历史倾斜的建筑设置为绝对零度。
3. 倾角变化速率
Vθ = [Δθ(t2) - Δθ(t1)] / (t2 - t1)
通过变化速率可以区别多年缓慢演化与短时间快速发展。
4. 方向性分析
两个正交方向角度必须分别保存。
对于古塔，可以将其中两个测量方向按照东西、南北或者建筑轴线建立统一坐标，从而长期分析倾斜方位是否稳定。
5. 倾角与位移的区别
只有在明确结构高度、旋转中心并且近似刚体转动时，才可以进行：
u ≈ H × tan(Δθ)
小角度条件下：
u ≈ H × Δθ(rad)
古建筑结构通常具有裂缝、局部错动、木节点变形和不同层位差异，因此不宜仅使用一个倾角直接换算建筑整体位移。
十二、温湿度与季节性变形分析
1. 温度关联
将倾角、裂缝或位移数据与室内外温度放在统一时间轴。
经过完整年度监测后，可以识别部分具有季节重复性的正常变化。
2. 湿度关联
木结构对环境湿度尤其敏感，木材含水状态变化可能引起尺寸变化和节点响应。
3. 裂缝周期分析
部分裂缝可能出现冬季扩大、夏季缩小或者相反规律。
若只比较冬夏两个时刻，很容易误判裂缝正在持续发展。
4. 长期残余变化
数据分析应重点区分：
周期变化＋完全恢复。
周期变化＋长期中心位置逐年漂移。
后者更需要持续关注。
十三、风致响应监测
1. 高塔风响应
古塔、钟楼等高耸建筑受到风荷载后可能出现微小可恢复摆动。
2. 风速同步
宜接入附近风速和风向数据，建立：
θ = f(V，α)
其中V为风速，α为风向。
3. 风前风后基准比较
强风发生前记录稳定姿态，强风结束后待结构恢复稳定再次获取数据。
如果风中变化明显而风后恢复历史区间，更符合可恢复响应。
如果风后出现新的持续基准偏移，应开展进一步检查。
4. 专业动力监测
若研究对象是古塔固有频率、阻尼比、振型和高频动力响应，应使用专业高频加速度或速度监测系统。
S-CGTS的加速度功能主要用于辅助识别明显运动或冲击事件，不能替代专业结构动力测试系统。
十四、交通与施工振动监测
1. 道路交通
邻近古建筑的重型车辆可能产生周期性地面振动。
2. 轨道交通
铁路、地铁运行形成的振动具有明显周期性，应结合列车通过时间进行分析。
3. 周边施工
桩基、强夯、爆破、破碎、盾构等施工项目应根据与文物距离和施工工艺开展专项振动风险评估。
4. 振动与永久变形分开分析
短时间振动本身不等于建筑已经发生永久倾斜。
如果强振动事件后倾角、裂缝或沉降基准发生持续改变，则其工程关注等级明显提高。
十五、修缮工程全过程监测
1. 修缮前监测
正式施工前应建立足够稳定期的初始基线，记录既有倾斜、沉降和裂缝状态。
2. 卸载阶段
拆除局部屋面、构件或临时设施后，结构受力可能重新分配，应继续监测。
3. 加固阶段
临时支撑、顶升、构件更换和基础加固等工作可能主动改变建筑姿态。
所有重要施工事件应准确记录到监测平台。
4. 修缮完成后
施工结束后不能立即简单把所有传感器重新清零。
应保存原始历史基准，同时根据结构实际调整结果建立新的运行阶段基线。
5. 修缮效果跟踪
比较修缮前、修缮中和修缮后的变化速率，可以判断结构是否逐渐进入新的稳定状态。
十六、文物本体安装专项原则
1. 最小干预原则
文物建筑监测设备的安装不能因为获取数据而对文物本体造成新的不可逆损伤。
2. 优先采用可逆安装
优先利用既有非文物附属构件、专用独立监测基座、经过批准的夹持结构或者其他可拆卸方式。
3. 禁止擅自在文物构件上钻孔
是否允许钻孔、植入锚栓、使用胶粘剂或者进行其他固定处理，应由文物保护工程设计和管理单位根据文物价值、材料和保护要求审批。
不能直接把普通工程项目中常用的化学锚栓安装方式复制到文物本体。
4. 彩画和装饰面保护
彩画、壁画、雕刻、灰塑、琉璃、古砖表面等不宜作为倾角终端直接固定基面。
5. 独立监测墩
无法直接在文物结构安全安装时，可根据保护设计采用独立测量基座，并通过光学或者非接触测量获取结构变化。
6. 设备隐蔽性
文物开放环境还应考虑设备对建筑历史风貌和游客视觉体验的影响，在不影响数据质量的前提下合理隐藏设备和线缆。
7. 安装全过程留档
每个监测点应保存安装前照片、安装后照片、固定方式、结构部位、坐标方向、安装人员、时间和审批记录。
十七、监测点布设设计
1. 古塔塔基
设置环向沉降监测点，用于分析不同方向基础高程变化。
2. 古塔下部
下部结构与基础关系最直接，可设置代表性倾角和裂缝监测。
3. 古塔中部
用于判断是否存在局部层间变化。
4. 古塔上部及塔顶
采用非接触测量、GNSS或项目适宜技术获取上部水平位移。
5. 已有明显倾斜方向
历史资料已经确定主要倾斜方向时，应在该方向及其正交方向布置具有解释能力的监测点。
6. 主要承重木柱
选择结构位置重要、历史倾斜明显或存在节点病害的木柱。
7. 砖石承重墙
选择墙体转角、已有裂缝区域及历史鼓闪部位。
8. 山墙和高墙
自由高度较大的山墙、院墙或城墙可根据风险增加倾角监测。
9. 台基及柱础
存在地下水、排水或基础变形问题时，应布置沉降监测。
10. 周边施工影响侧
邻近基坑或地下工程的一侧应优先设置具有方向性的监测点，并在远离施工侧布置对照点。
十八、硬件组成与配置方案
1. S-CGTS无线倾角监测终端
用于经保护设计确认可安装的刚性结构、专用监测基座或其他代表性部位的长期三轴姿态监测。
2. 全站仪监测
用于获取古塔和建筑重点位置水平及垂直位移，尤其适合非接触监测。
3. GNSS位移监测
对于室外高塔且卫星观测条件满足要求的位置，可根据项目精度需要用于三维位移监测。
4. 精密水准或静力水准
用于基础、台基、柱础和塔基沉降监测。
5. 裂缝监测设备
用于典型结构裂缝宽度变化监测。
6. 三维激光扫描
用于周期性获取古塔、墙体及复杂建筑整体三维几何形态。
7. 摄影测量
适用于不宜接触的古建筑表面、裂缝和整体形态记录。
8. 环境温湿度监测
用于识别结构变形及裂缝中的环境周期因素。
9. 雨量和地下水监测
基础环境敏感的古建筑可根据需要配置。
10. 专业振动监测系统
用于交通、施工、爆破及古塔动力特性专项监测。
十九、S-CGTS无线倾角监测终端参数
测量轴：X、Y、Z三轴。
倾角量程：±10°、±30°、±60°、±90°可选。
倾角准确度：0.1°。
倾角分辨率：0.01°。
长期稳定性：小于0.1°，参考条件25℃。
内部检测频率：100 Hz。
零点温度系数：±0.01°/℃。
加速度量程：±1 g。
通信方式：4G蜂窝网络。
传输协议：TCP。
数据格式：JSON或项目约定格式。
默认上报周期：2小时一次，可配置。
唤醒方式：定时唤醒、运动唤醒。
待机电流：约24 μA。
上传电流：约80 mA。
内置电池：19 Ah锂亚硫酰氯电池，并配合顶部小型太阳能板补能。
防护等级：IP67。
工作温度：-30℃至+60℃。
储存温度：-30℃至+60℃。
外形尺寸：约115 × 64 × 52 mm，不含天线及安装附件。
重量：约250 g，不含项目安装支架。
古建筑长期倾斜监测使用时，应根据预计变化范围优先选择合适量程，并通过可靠安装、现场比对和稳定期观测建立项目基线。
0.01°为设备分辨率，并不代表古塔塔顶可以获得由该数值简单换算得到的同等级位移精度。古塔整体高精度位移应采用全站仪、GNSS、激光测量或其他符合项目精度要求的专业测量手段。
二十、软件平台与数据展示
1. 文物建筑档案
建立名称、年代、文物保护级别、建筑类型、结构体系、维修历史及病害记录。
2. 古塔立面监测图
按照塔基、下部、中部、上部和塔顶展示不同高度监测点。
3. 平面倾斜方向图
显示东西和南北两个方向累计姿态变化，并标示当前主要倾斜方向。
4. 长期倾角趋势
按照日、月、季度、年度展示倾角变化，识别长期漂移。
5. 沉降趋势
展示不同基础测点累计沉降及相邻差异。
6. 裂缝趋势
显示裂缝宽度及温湿度关系。
7. 多高度对比
将古塔不同高度姿态或位移曲线放在统一时间轴，分析整体与局部变化。
8. 环境关联
叠加温度、湿度、降雨、地下水及风速数据。
9. 施工事件管理
记录邻近施工、文物修缮、搭设脚手架、构件拆装等事件。
10. 巡视检查档案
监测异常可关联现场照片、文字记录和人工测量结果。
11. 三维模型管理
有条件的项目可将测点关联到三维激光扫描模型或文物数字化模型，实现空间化管理。
二十一、数据分析与智能应用
1. 古塔倾斜矢量分析
同时分析两个正交方向变化，形成倾斜方向及变化幅度，而不是只显示单轴角度。
2. 整体倾斜与局部变形区分
塔基至塔顶多个位置同步向相同方向变化，更接近整体变形特征。
只有某一高度范围出现明显差异，则应重点分析局部砌体、裂缝或结构节点。
3. 沉降—倾斜关联
如果塔基一侧持续沉降，同时塔身向相同方向逐步倾斜，两类数据具有较强的工程关联价值。
4. 裂缝—倾斜关联
结构倾角变化同时伴随邻近裂缝持续扩大时，关注等级通常高于只有一个参数变化。
5. 温度周期剥离
经过完整年度数据积累后，可以识别温度造成的周期变化范围，更清楚地观察长期残余趋势。
6. 风后恢复性分析
高塔强风期间产生变化后，平台自动比较风前和风后稳定状态。
7. 多年趋势分析
文物建筑监测通常具有长期价值。平台应支持多年数据比较，而不仅用于短期报警。
8. 修缮效果分析
比较修缮前后的变化速率，而不是简单要求修缮后建筑角度归零。
9. 相似季节比较
将今年夏季与往年夏季、今年冬季与往年冬季进行同季节比较，有助于降低环境周期造成的误判。
二十二、预警机制与风险研判
古塔古建筑不适宜直接使用一个统一的倾角值作为所有建筑的安全界限。
数百年历史建筑本身可能已经形成一定历史倾斜，因此真正重要的是现状是否稳定、变化速率是否增加以及多种病害是否同步发展。
1. 数据异常
单个测点突变时，首先核对设备安装、通信、人员触碰、施工活动和环境事件。
2. 长期趋势关注
某测点连续多个周期向同一个方向发展，并明显偏离历史季节变化范围时，进入重点观察。
3. 多点关联关注
同一结构多个独立测点同时发生方向相关的变化时，提高关注等级。
4. 多参数关联关注
倾角、沉降、裂缝等两个或更多独立参数同时持续发展时，应组织现场复核。
5. 快速变化
长期稳定的古建筑突然出现变化速率明显增加，应及时调查地基、施工、极端天气或其他外部原因。
6. 灾害事件后
地震、暴雨、台风、洪水、火灾及大型施工振动之后，应立即比较事件前后结构基准。
7. 推荐处置流程
监测异常 → 数据有效性核查 → 安装点检查 → 对比相邻测点 → 对比沉降和裂缝 → 查询温湿度及施工事件 → 现场巡视 → 专业测量复核 → 文物建筑结构专业评估 → 制定保护措施 → 持续监测。
二十三、项目实施方案
1. 历史资料收集
收集建筑年代、历史测绘、修缮记录、历史照片、倾斜资料、裂缝记录和基础地质资料。
2. 现状调查
对建筑材料、结构体系、已有倾斜、裂缝、基础、排水、虫蛀、腐朽和其他病害进行现场调查。
3. 历史倾斜调查
已有古塔倾斜不应简单视为本次监测产生的变形，应尽量利用历史测绘资料还原长期变化过程。
4. 保护价值评估
监测设备和安装方案应服从文物本体保护要求。
5. 监测设计审批
涉及文物本体固定、钻孔、粘结或其他可能影响本体的安装，应按照文物保护工程管理要求履行相应审批和技术确认程序。
6. 监测点布置
根据病害类型和结构体系选择最少但具有代表性的监测位置，避免为了增加数据量而过度安装设备。
7. 基准体系建立
变形测量的基准点应设置于监测影响范围之外并保证长期稳定。
8. 初始数据采集
设备安装后应经历稳定观测期，并结合人工测量建立正式基准。
9. 环境影响识别
正式设置告警之前，宜至少观察温湿度、昼夜和典型天气条件下数据特征。
10. 系统联合调试
完成倾角、沉降、裂缝、环境及第三方平台数据时间同步。
11. 项目验收
形成监测设计、安装记录、监测点照片、固定方式、初始值、设备参数、数据接口和基准测量成果。
二十四、运维与文物保护要求
1. 监测设备本身也需要巡视
检查安装支架是否松动、设备是否发生人为触碰及通信是否正常。
2. 不得擅自迁移测点
古建筑监测的长期价值依赖测点连续性。迁移后必须完整记录，并重新处理基准关系。
3. 修缮施工前保护设备
脚手架、施工工具和材料可能碰撞监测终端，施工期间应明确设备保护责任。
4. 定期人工复测
自动倾角数据应定期与全站仪、水准、人工裂缝检查及其他独立测量结果进行交叉验证。
5. 环境设备维护
温湿度、风速及其他环境设备也应进行维护，避免因环境数据错误影响结构解释。
6. 长期资料归档
古建筑结构监测应尽可能形成跨年度长期数据，不宜项目结束后只保留告警结果而丢失原始历史数据。
二十五、方案价值
1. 从观察现状升级为观察变化过程
古建筑现在存在倾斜并不是最关键的问题，持续监测可以回答这种倾斜是否仍然继续发展。
2. 区分历史变形与当前活动变形
通过长期稳定基准，避免把保存数十年甚至数百年的历史倾斜简单理解为当前危险。
3. 将整体变形与局部变化分开分析
多高度、多位置监测可以判断古塔是整体倾斜还是局部塔层发生变化。
4. 将结构变化与环境因素关联
温湿度、水位、降雨、风和交通振动都可以进入统一时间轴。
5. 支持预防性保护
在明显宏观病害出现之前发现长期变化趋势，为进一步检查和保护争取时间。
6. 支持修缮工程科学评价
修缮前后连续数据可反映结构是否重新进入稳定状态。
7. 减少对文物本体反复人工测量
合理采用自动和非接触式监测，可以降低频繁近距离操作对脆弱文物部位产生的干扰。
8. 建立文物数字健康档案
把历史测绘、病害照片、倾角、沉降、裂缝和环境信息长期积累，形成可以持续更新的文物结构档案。
二十六、应用场景
砖石古塔：用于整体倾斜、分层变形、塔基沉降和裂缝长期监测。
木塔：用于木构架姿态、柱架倾斜、基础和环境变化监测。
古寺庙：用于主要木柱、梁架、山墙和台基结构长期状态监测。
古城楼和钟鼓楼：用于高耸木砖混合结构长期姿态及风致响应监测。
古牌坊：用于基础差异沉降及高宽比较大结构的倾斜监测。
古城墙：用于分段墙体倾斜、鼓闪、裂缝及基础变化监测。
古民居：用于柱架、墙体和基础长期变形监测。
历史建筑：用于具有保护价值的近现代建筑倾斜、裂缝和沉降监测。
邻近地铁或道路的文物建筑：用于交通振动和长期结构状态联合监测。
邻近基坑施工的古建筑：用于施工前、施工中及施工后的保护性监测。
文物修缮工程：用于加固、纠偏、顶升和构件维修全过程结构监测。
二十七、标准规范与技术依据
古塔和古建筑监测同时涉及文物保护、建筑变形测量、古建筑结构以及振动影响等多个标准体系。正式项目应根据文物级别、建筑材料、结构类型和所在地主管部门要求确定最终适用标准。
- GB/T 39056-2020《古建筑砖石结构维修与加固技术规范》。
- GB/T 50452-2008《古建筑防工业振动技术规范》。
- CH/T 6005-2018《古建筑测绘规范》。
- JGJ 8-2016《建筑变形测量规范》。
- GB 55018-2021《工程测量通用规范》。
- GB 50026-2020《工程测量标准》。
- DB11/T 1473-2017《文物建筑安全监测规范》。
- LY/T 3141-2019《古建筑木构件安全性鉴定技术规范》。
- 适用地区现行文物建筑保护、结构安全鉴定和文物保护工程相关地方标准。
- 文物保护工程设计文件、勘察报告、历史测绘成果及修缮档案。
其中DB11/T 1473-2017为北京市地方标准，可作为文物建筑安全监测方法的重要技术参考。该标准明确包含沉降、水平位移、挠度、倾斜、裂缝以及环境影响等监测内容，并强调仪器监测与巡视检查结合。
GB/T 39056-2020适用于古建筑砖石结构类房屋、塔、城墙、桥梁、牌楼等保护、评估、维修与加固工作，对于砖石古塔尤其具有较强相关性。
古建筑允许倾斜量、裂缝控制值和变形预警指标不能简单统一。具体监控指标应根据历史状态、结构类型、现状鉴定、保护要求和专业评估制定。
二十八、典型应用案例（示例）
案例一：某砖石古塔长期整体倾斜监测
某砖石古塔已有数百年历史，历次测绘资料显示塔身存在一定方向的历史倾斜，但近年来是否继续发展缺少连续数据。
项目在塔基环向设置沉降观测点，通过全站仪周期测量塔身不同高度空间位置，并在经保护设计确认的代表性刚性监测位置设置无线倾角终端。
系统运行后发现，塔体虽然存在明显历史倾斜，但大部分时间整体倾斜方向和塔基沉降保持稳定。
通过连续监测，管理单位得以区分“历史上已经存在的倾斜”和“当前是否继续发展”两个不同问题。
案例二：某古塔基础差异沉降与倾斜联合监测
某古塔所在区域地下水环境发生变化，现场同时发现塔基一侧局部砖石病害加重。
项目在塔基不同方向布置沉降点，并对塔身下部和中部进行姿态监测。
一段时期后，塔基一侧高程持续发生变化，同时塔身主要倾斜方向也出现缓慢同步变化。
由于沉降和倾斜两个独立参数表现出较强空间一致性，项目组织进一步地基调查和专业测量。
该项目表明，古塔倾斜数据与基础沉降数据联合使用，比单独观察塔身角度更具有工程解释能力。
案例三：某木构古建筑柱架长期变形监测
某古寺主体为传统木构架，部分木柱存在历史侧倾和柱础局部沉降痕迹。
项目选择主要承重柱、历史倾斜柱及对照柱设置长期姿态监测，同时对柱础进行高程测量，并监测室内外温湿度。
连续一年数据发现，多根木柱存在与环境季节变化相关的小幅周期变化，但长期中心位置总体稳定。
其中一根历史病害柱在不同季节周期之外出现缓慢单方向漂移，因此被列入后续专项检查对象。
这种方式避免把木结构正常季节性响应与真正的长期发展性变形混淆。
案例四：某古建筑邻近基坑施工保护监测
某文物建筑邻近区域进行地下工程施工，基坑开挖和降水可能影响古建筑基础环境。
施工前对建筑完成三维测绘并建立沉降、倾角和裂缝监测基线。
施工过程中，平台准确记录开挖、支撑、降水等主要工况，并将监测数据与施工时间同步。
当某一阶段建筑局部倾角和沉降数据出现变化时，监测人员通过相邻点位、裂缝数据和人工水准进行交叉复核。
全过程监测为施工方和文物管理单位提供了可以追溯的建筑状态记录。
案例五：某古塔邻近道路交通振动联合监测
某古塔邻近城市道路，大型车辆经过时现场能够感受到一定振动，管理单位希望判断长期交通环境对塔体状态是否产生影响。
项目采用专业振动设备记录地面和塔体振动，同时利用倾角、裂缝和周期性测绘长期观察结构状态。
监测过程中发现车辆通过会造成明显短时振动，但长期倾角基准和裂缝没有出现同步持续发展。
系统因此能够把“存在交通振动”和“古塔正在发生永久变形”两个概念区分开来。
案例六：某古建筑修缮工程前后状态跟踪
某历史建筑需要开展基础局部加固和木构架维修。工程实施前已存在柱倾斜和墙体裂缝。
项目在施工前建立多点倾角、沉降和裂缝基准，并在加固、卸载和构件调整过程中连续记录。
部分监测点在施工过程中按照设计发生主动变化，工程结束后进入新的稳定位置。
平台同时保存原始历史基准和修缮后新基准，使后续管理人员仍然能够追溯修缮过程中建筑几何状态发生了什么变化。
二十九、参考文献
- S-CGTS无线倾角监测终端产品技术资料及出厂检验资料。
- GB/T 39056-2020《古建筑砖石结构维修与加固技术规范》。
- GB/T 50452-2008《古建筑防工业振动技术规范》。
- CH/T 6005-2018《古建筑测绘规范》。
- JGJ 8-2016《建筑变形测量规范》。
- GB 55018-2021《工程测量通用规范》。
- GB 50026-2020《工程测量标准》。
- DB11/T 1473-2017《文物建筑安全监测规范》。
- GB/T 39056-2020相关古建筑砖石结构保护技术资料。
- LY/T 3141-2019《古建筑木构件安全性鉴定技术规范》。
- 项目文物保护工程设计、勘察、历史测绘、修缮和结构评估资料。
本方案适用于砖石古塔、木塔、寺庙、祠堂、宫殿、城楼、钟鼓楼、牌坊、古城墙、古民居以及其他具有历史文化价值建筑的长期形变、倾斜、沉降和结构状态监测。
S-CGTS无线倾角监测终端主要解决“某个代表性刚性位置的姿态是否正在变化以及变化趋势如何”的问题，不能单独代表整座古塔或整栋古建筑的结构安全状态。古塔整体变形应结合全站仪、GNSS、三维扫描、精密水准、裂缝监测及必要的结构专业检测进行综合评价。
文物建筑监测还应遵循最小干预、可识别、可逆和保护文物本体的原则。任何设备安装、钻孔、粘结或构件固定方式，在涉及文物本体时均应服从文物保护设计及主管管理要求，不能为了安装监测设备而造成新的不可逆损伤。