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    文博技术产品

    关于博物馆环境监控技术的探讨

    发布时间:2016-11-14唐铭

    文物预防性保护的理念已经成为当前文化遗产保护的共识。就博物馆藏品保护而言,对其保存环境实施有效的监测和控制,提升藏品的风险预控能力,最大限度地防止或减缓环境因素对藏品材料的破坏作用,是文物藏品预防性保护工作的关键。

    1博物馆环境监测技术

    目前博物馆环境监测方式大致分为三类:仪器分析、便携式检测和无线传感器监测。仪器分析是化学领域发展成熟的对微量样品进行精准检测的方法;便携式检测是使用小型便携仪器设备进行即时检测;无线传感器监测是通过环境传感器与无线传输网络对博物馆环境进行连续监测。三种监测方式各有优势和弊端,

    其中无线传感器监测和便携式检测技术近年来在文物保护领域发展迅速,是当前文博单位建设的重点。

    1.1无线传感器监测系统

    在国内,陕西历史博物馆于2008年建立首个“博物馆无线环境传感器监测系统”,对其展厅、库房和部分展柜进行实时连续监测,涉及的环境指标有温度、相对湿度、降尘、光照和污染气体等。迄今为止,国内省(直辖市、自治区)级及以上的博物馆(院)和文博单位大多已经建立了基于无线传感器网络Wireless Sensor Network, WSN,又称无线感知网络的环境监测系统,初步实现了对博物馆文物保存环境数据的信息化管理。

    目前已经建成的博物馆无线环境监测系统中,使用的无线网络传输模式有两类:433MHzZigBee,这两种无线数据传输技术各有其优缺点。433MHz技术的优点是,传输距离远,设备价格便宜;缺点是:数据传输会被干扰,有时会发生数据丢失。ZigBee技术的优点是:数据信号传输稳定,网络扩展性好,终端节点设备电池可持续时间长;缺点是:传输距离近,设备价格较高。

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    1.2便携式检测

    博物馆常用便携式仪器设备有有机挥发物(TVOC)测定仪、甲醛测量仪、照度紫外测量仪、颗粒物测量仪等,主要用来对博物馆不同位置的环境状况进行不定时即时检测。便携式检测仪器设备的优势是方便移动,操作简易。

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    对博物馆环境进行控制,即对博物馆建筑环境、展厅和库房的小环境以及展柜(或储存柜)和囊匣等微环境进行调控,尽量使得文物处在安全和相对稳定的环境中。

    博物馆环境的控制是比较复杂和困难的。以温湿度控制为例,采用恒温恒湿空调系统对博物馆建筑内的温湿度进行总体调控,可以实现博物馆室内温湿度的大致稳定,这种方式整体效果较好,但连续运行的成本较高;有的博物馆采用局部空间内安装单体恒温恒湿机的方式,对部分展厅和库房进行温湿度控制。另外,对于展柜、储存柜、囊盒等微环境的控制,目前普遍采用的方式是加装小型恒湿机、净化机、放置调湿和吸附材料等。

    以中国国家博物馆为例,展厅和库房环境通过24h运行的恒温恒湿中央空调控制,保证其温湿度平稳;空调风机机组采用进风粗效过滤和中效静电杀菌除尘过滤这两级过滤,对室内空气起到净化作用。对个别展柜使用小型调湿机进行单独调控,以达到更好效果;在密闭性较好的存储柜中加入调湿材料起到缓冲微环境的作用。

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    3.1 无线传感器监测系统性能

    1)种类和功能有限

    当前的环境传感器能够检测的项目有温湿度、光照紫外、颗粒物、CO2、甲醛、有机挥发物总量(TVOC)等,但从文物预防性保护的角度出发,博物馆文物保存环境监测工作中所关注的指标还有很多,比如空气中的臭氧浓度,甲酸、乙酸等有机酸浓度等,而目前没有这方面的传感器;另外,传感器的功能有限,智能化程度低。

    (2)分辨率和精度待提高

    当前的温湿度传感器的分辨率和精度已经可以满足博物馆环境监测工作。但目前市面上的有机挥发物(TVOC)传感器、污染气体传感器(如SO2传感器),颗粒物传感器等,均存在分辨率不高,精度不够的问题。导致博物馆内污染气体无法被检测出(低于传感器检测下限),或是检测误差很大。

    (3)无线传输稳定性与用户体验

    从目前建成的博物馆无线环境监测系统来看,无论是采用哪种无线传输模式,都存在不同程度的无线信号不稳定,数据传输丢失的情况,这对收集连续完整的博物馆环境数据造成障碍;另外,由于一些偶发状况导致的临时断电、断网等情况,目前的传感器也无法很好做到数据的自动续传。

    在传感器设计方面,以显示问题为例:很多无线环境传感器均不带显示屏,使得读数和校准不方便;再以光照紫外传感器为例,博物馆实际工作中需要照度(单位:lux)、紫外强度(单位:μW/cm2)和紫外相对含量(μW/lm)三个数值,但目前普遍是将照度和紫外分别做成两个传感器,使用起来很不方便。

    除此以外,现有的无线传感器监测系统还存在后期维护不便利、软件配套功能不全等问题。软硬件方面存在的缺陷,给实际使用带来麻烦,用户体验不佳。

    3.2 便携式检测设备与博物馆需求的匹配

    博物馆环境检测工作往往需要在一个时间段内对多个不同位置的环境状况进行即时检测,这就要求便携式检测设备具有操作简单、灵敏度好、响应速度快、精度高的特点。目前博物馆工作人员使用的便携式环境检测仪器设备,多是选用市面上用于其他领域的仪器设备,并没有专门针对文博行业实际需求的便携式设备,所以在检测参数、灵敏度、响应速度或精度等方面存在不同程度的缺陷。

    3.3 微环境控制难度大

    当前对展柜、储存柜、囊匣等微环境的控制手段主要有:加装小型恒湿设备、放置调湿板、调湿剂等湿度缓冲材料和气体吸附材料、用特殊材料对文物进行包装等,但这几种方式都存在不同程度的缺陷。比如小型恒湿机对展柜、储存柜的密封性要求高,而且需要保证24小时不间断运行;现有调湿材料、吸附材料等存在湿度缓冲作用有限,使用周期较短、经济成本高的问题;目前市面上有的防腐蚀、抗氧化、无酸无害的文物包装材料,又缺乏相关的使用标准和规范。综上,文物微环境调控技术面临诸多困难。

    4 讨论与展望

    基于博物馆环境监测与控制技术的现状和问题,在未来或有以下重点研究和发展的方向:

    (1)监测设备性能的提升

    不论是哪种监测方式和设备,最基本的要求是要测得准确,因此未来应用于博物馆环境监测的设备仪器,其分辨率、精度和灵敏度的提高是应该首要解决的技术问题。其次,在现有基础上,对性能和功能上继续优化,使之更加方便于博物馆的工作需要。

    (2)环境监测与文物本体监测的结合

    博物馆开展环境监测的最终目的是保护文物安全,当前的技术是针对文物保存环境进行感知,未来如果能有将文物环境和文物本体变化同时进行感应的监测技术出现,必然会在文物预防性保护领域发挥重要作用。

    (3)环境控制的精细化

    对博物馆环境进行精准细致的控制是文物预防性保护的核心环节。首先,应当开展博物馆环境友好型材料的研发和筛选,确保文物的包装材料、博物馆装修和布展等所使用材料的安全性和环保性,从源头上防止污染;其次,不同区域、不同材质的文物,其保存环境的控制标准和方式是不同的,如何通过技术手段让文物稳定地保存在安全适宜的环境中,同时符合绿色节能的可持续发展理念,是博物馆环境调控领域研究的重点和难点;再次,环境监测与环境调控应该形成系统智能联动,实现监测和调控的一体化。

    (4)软件平台的完善化

    将博物馆环境监控过程中获取的数据进行分析和研究亦是今后的重点,这就对博物馆环境监控相配套的软件系统提出了一定要求。建议继续开发基于博物馆预防性保护研究的数据平台,通过软件系统不仅做到对监测数据的实时呈现、存储记录和数据管理,而且能对文物环境分布特征和变化规律进行全面分析,发掘文物环境与文物保护之间的关系,为文物预防保护研究工作提供数据支撑。

    5)交流与合作

    包括环境监控在内的文物预防性保护技术装备的研发,既需要文博单位之间的业务交流,也需要文博单位与生产企业的技术合作, 通过产学研用的结合,才可能解决文博技术产品与文物保护工作需求之间的对接问题。作为文博工作者需要及时关注文博技术的发展动态,了解文物保护技术装备的最新进展;作为文博技术产品的生产企业,要准确把握文物保护工作中的痛点,为用户提供有针对性的解决方案。

    唐铭,中国国家博物馆馆员,从事文物环境研究工作。


    编辑yhp