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文物古建筑熱災(zāi)害預(yù)警解決方案
一. 行業(yè)背景
文物古建筑的熱災(zāi)害是一個復(fù)雜的問題，熱災(zāi)害的后果也是多樣的，例如木質(zhì)建筑氧化開裂、表面油彩起甲和空鼓等，最惡劣的是發(fā)展為火災(zāi)，這種情況往往損失都會比較大。因此從文物古建筑的熱災(zāi)害角度出發(fā)，建設(shè)防治系統(tǒng)意義重大。
我國是一個歷史悠久、文物古跡眾多的國家，豐富的歷史文化遺存遍布于全國。作為歷史文化載體的古建筑群，擔(dān)負著重要的文化傳承作用。
現(xiàn)存古建筑中，很多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)的建筑，木質(zhì)表面，或繪有精美彩繪，或輔以桐油做防腐處理，或長期直接暴露于空氣中，為歲月侵蝕出各種的細碎裂縫。在各種自然環(huán)境的洗禮下，高溫導(dǎo)致的熱災(zāi)害，是其中最為危險的一種情況。
經(jīng)過試驗表明，當(dāng)木建筑表面溫度由于大功率的景觀光源照射，或太陽光的直接或間接的影響，導(dǎo)致表面溫度升高，直接引起彩繪的起甲和空鼓，產(chǎn)生細裂紋，褪色速度明顯加速等彩繪劣化的表現(xiàn)。如表面溫度上升到大于50度-120度之間，木質(zhì)甚至開始緩慢的熱分解，開始出現(xiàn)少量揮發(fā)不可見的可燃性氣體，此時，不僅木質(zhì)開始劣化，出現(xiàn)火情的幾率也會大為增加。對于文化價值較高的木質(zhì)古建筑，特別是收藏陳列珍貴碳基文物（如木質(zhì)家具，絲綢，字畫等）的重要場所，及時檢測環(huán)境溫度及文物表面的溫度，可有效減少維護成本，延長文物的壽命。如果將長期（經(jīng)過數(shù)個完整的寒暑交替周期）采集到的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)擬合成大數(shù)據(jù)，甚至可以了更科學(xué)的了解并量化分析溫度變化對文物的細微影響。
文物熱災(zāi)害的影響，不僅表現(xiàn)在木質(zhì)表面溫度異常增高導(dǎo)致的彩繪或木質(zhì)劣化，并且由于木質(zhì)建筑的結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜，防護間距不夠，使得耐火等級低，熱災(zāi)害荷載過大，當(dāng)木質(zhì)表面溫度超過50度以上開始過熱，尚未產(chǎn)生煙氣，已經(jīng)開始有少量可燃性物質(zhì)揮發(fā)，如果散熱不佳，加上已有設(shè)備無法檢測到溫度異常，如果熱量緩慢累計，或有外來因素，如周圍電線出現(xiàn)過熱，可能導(dǎo)致陰燃，甚至失火，彼時即便迅速發(fā)現(xiàn)煙火，及時撲滅，文物也勢必遭受損失，極易造成重大的社會影響。、
分析古建筑群熱災(zāi)害的發(fā)生特點及原因，主要集中在以下兩個方面：
1）電氣類熱災(zāi)害：敷設(shè)在古建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)上的電氣線路由于線路老化、絕緣破損，容易引起表面溫度升高，室內(nèi)建筑物內(nèi)的大功率照明及用電設(shè)備，長期溫度過高，造成局部過熱，也容易引起周圍文物物質(zhì)表面的理化變化；電氣設(shè)備箱、電氣設(shè)備柜為也是熱災(zāi)害的高發(fā)區(qū)域，多數(shù)因電氣設(shè)備老化、負載過重、剩余電流以及電氣短路等情況造成，經(jīng)過一個甚至是長期過熱的過程，最終可能引起火災(zāi)發(fā)生。
2）人為意外性熱災(zāi)害：大量游客在室內(nèi)外參觀，可能會存在偷偷吸煙、亂扔煙頭，不在指定范圍內(nèi)燃香等可能引起火災(zāi)的不文明行為；甚至如韓國崇禮門事件中的故意縱火行為，采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)的古建筑，也會存在發(fā)生災(zāi)害的隱患。
3）自然災(zāi)害：由于雷擊、漏水等問題，也很容易造成對古建筑的破壞。雖然漏水不是一種熱災(zāi)害，但熱災(zāi)害探測系統(tǒng)卻可以通過溫度的變化分辨出異常，給出預(yù)警提示。
但是上述災(zāi)害的發(fā)生中，都存在一個溫度上升、局部過熱的階段，最終引起不可控的災(zāi)害發(fā)生。因此古建筑類的熱災(zāi)害防治，如能在古建筑各種表面溫度出現(xiàn)異常，甚至過熱階段，即自動預(yù)警，如此可極大延長古建筑的壽命，保護古建筑的安全。
二. 系統(tǒng)框架
熱災(zāi)害對文物古建筑的影響是明顯的，如果不能極早期發(fā)現(xiàn)、早期處理，一旦發(fā)展下去，一方面可能造成對古建筑和展品的破壞，另一方面極端的就發(fā)展成火災(zāi)，這是對文物古建筑損壞最的。因此近年發(fā)展出了基于新型分布網(wǎng)絡(luò)紅外測溫監(jiān)控技術(shù)的熱災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控解決方案。主要解決快速發(fā)現(xiàn)防護區(qū)域內(nèi)的熱點，包括煙頭、電線電纜過熱等，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)建筑和展品的溫度變遷，避免長時間溫度異常造成損害。下圖是熱災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)在建筑應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)異常的示例，包括墻體溫度異常、橋架溫度異常、短路引起的線路過熱等。
圖1.1 熱災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用
系統(tǒng)如下圖所示。通常由分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測儀、監(jiān)控中心監(jiān)控管理服務(wù)器、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲與分析服務(wù)器、工作站、存儲設(shè)備、移動服務(wù)器、防火墻、移動APP報警監(jiān)控端以及網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等組成。分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器均為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，直接通過以太網(wǎng)接口接入以太網(wǎng)交換機。由于需要實現(xiàn)移動手機報警監(jiān)控，所以系統(tǒng)增加防火墻，以確保系統(tǒng)的安全。
三. 系統(tǒng)特點與優(yōu)勢
– 適應(yīng)于任何光照環(huán)境
傳統(tǒng)攝像機依靠自然或環(huán)境光照進行攝像，而分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器無需任何光照，依靠物體自身輻射的紅外熱能即可清晰的成像。分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器適用于任何光照環(huán)境，不受強光影響，無論白天黑夜都可清晰地探測和發(fā)現(xiàn)目標，識別偽裝及隱蔽的目標。因此可真正實現(xiàn)白天/黑夜24小時監(jiān)控。
– 具備真正的云霧穿透能力
大氣、云霧煙塵等會吸收可見光和近紅外線，但是對于3～5微米（中波紅外區(qū)）和8～14微米（長波紅外區(qū)）的熱紅外線卻是透明的，因此傳統(tǒng)攝像機很難在云霧密布的環(huán)境下拍攝到清晰的圖像，而分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器能有效穿透大氣、云霧等環(huán)境拍攝出清晰的圖像，并可以非常準確的指示異常溫度點具體位置。
– 目標熱能分布溫度場監(jiān)測
分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器能夠顯示物體溫度，將人眼不能直接看到的目標表面溫度分布情況，變成人眼可以看到的代表目標表面溫度分布的熱圖像，通過對溫度場的監(jiān)控可即時發(fā)現(xiàn)溫度異常，預(yù)防由于溫度異常引發(fā)的隱患，徹底解決古建筑群安全隱患中涉及的各類火災(zāi)問題。
– 獨特的熱能狀態(tài)異常診斷能力
分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器是唯一一種可將熱信息瞬間可視化并加以驗證的診斷技術(shù)。分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器通過對非接觸探測到的紅外熱能加以量化，能準確測量被攝物體表面溫度，通過對被攝場景的熱能分布和溫度分析，實現(xiàn)對環(huán)境或物體的異常診斷?？勺粉檲鼍盎騾^(qū)域高溫目標，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時可發(fā)出報警。
四. 系統(tǒng)應(yīng)用
1. 西安鐘鼓樓熱災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)
西安鐘鼓樓熱災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)由前端分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器、網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺及后端管理系統(tǒng)、移動服務(wù)器和移動監(jiān)控終端等組成。在鐘鼓樓二、三層 分別設(shè)置一臺接入交換機，在鼓樓設(shè)備間設(shè)置一臺中心交換機，一臺管理服務(wù)器及一套磁盤陣列（存儲空間為64Tb),在監(jiān)控室、管理處辦公室和市政府文物局文物處辦公室各設(shè)置一套熱災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控工作站。
分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器及測溫信號傳輸采用CAT5e或CAT6類網(wǎng)線傳輸方式，前端設(shè)備的信號通過網(wǎng)線就近的交換機，由交換機通過光纜再傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。每個探測器線纜的最大傳輸距離小于80米。
分布網(wǎng)絡(luò)熱災(zāi)害預(yù)警探測器接入鐘樓監(jiān)控室的UPS不間斷電源，若原有UPS功率不夠，需重新增設(shè)UPS電源。監(jiān)控中心配置網(wǎng)絡(luò)存儲磁盤陣列1套，企業(yè)級2T硬盤32塊，保證存儲錄像不小于30天。
五. 推薦產(chǎn)品
ThermalViewTM TV5000
iSense602
iSense600
iSense602-PTZ
六. 典型應(yīng)用案例
西安鐘鼓樓熱災(zāi)害預(yù)警探測系統(tǒng) 云南姚安龍華寺