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古建筑木构件内部缺陷无损筛查方法：技术、实践与展望

一、引言

1.1研究背景与意义

古建筑作为人类文明的瑰宝，承载着丰富的历史、文化和艺术价值，是不可再生的珍贵遗产。中国拥有数量众多、历史悠久的古建筑，它们见证了华夏大地数千年的兴衰变迁，是中华民族文化传承的重要物质载体。从雄伟壮观的故宫建筑群，到古朴典雅的江南水乡古镇，每一座古建筑都蕴含着古人的智慧和创造力，反映了当时的社会、经济、文化和科技水平。

在众多古建筑中，木构件是其重要的组成部分，承担着支撑建筑结构、维持建筑稳定性的关键作用。然而，由于木材自身的特性以及长期受到自然环境和人为因素的影响，古建筑木构件不可避免地会出现各种内部缺陷。木材是一种有机材料，易受到真菌、昆虫的侵蚀，导致腐朽、虫蛀等问题；同时，长期的温湿度变化、机械应力作用以及火灾等自然灾害，也会使木构件产生裂纹、空洞、变形等损伤。这些内部缺陷不仅会削弱木构件的力学性能，降低其承载能力，还可能引发建筑结构的安全隐患，甚至导致古建筑的坍塌损毁。

古建筑木构件的安全状况直接关系到古建筑的整体稳定性和耐久性。一旦木构件出现严重的内部缺陷且未被及时发现和处理，在外部荷载作用下，如风力、地震力等，建筑结构可能会发生局部失稳或整体破坏，造成不可挽回的损失。2019年巴黎圣母院的大火，使这座具有850多年历史的哥特式建筑遭受重创，其标志性的尖塔倒塌，大量木质结构被烧毁，这场灾难不仅是法国文化遗产的重大损失，也为全球古建筑保护敲响了警钟；又如2022年8月，中国现存最长木拱廊桥万安桥突发大火，整座桥体被烧毁坍塌，这座始建于北宋的古桥承载着千年的历史文化，其损毁令人痛心疾首。这些惨痛的案例表明，对古建筑木构件内部缺陷进行及时、准确的检测和评估，对于古建筑的保护和安全至关重要。

传统的古建筑木构件检测方法，如外观检查、经验判断和局部破坏性取样检测等，存在着明显的局限性。外观检查往往只能发现木构件表面的可见缺陷，对于内部隐藏的损伤难以察觉；经验判断主要依赖检测人员的主观经验，缺乏科学的量化依据，准确性和可靠性较低；而局部破坏性取样检测虽然能够获取木构件内部的真实情况，但会对珍贵的古建筑木构件造成不可逆的破坏，影响其完整性和原真性，不符合古建筑保护“最小干预”的原则。因此，迫切需要一种科学、准确、无损的检测方法，能够在不破坏木构件的前提下，快速、全面地筛查出其内部缺陷，为古建筑的保护和修缮提供可靠的技术支持。

无损筛查方法作为一种新兴的检测技术，近年来在古建筑木构件检测领域得到了越来越广泛的关注和应用。它基于物理学、材料科学等多学科原理，利用各种物理场与木构件相互作用时产生的响应信号，来推断木构件内部的结构和缺陷信息。与传统检测方法相比，无损筛查方法具有不破坏被检测对象、检测速度快、精度高、可重复性强等优点，能够有效地弥补传统方法的不足。通过无损筛查，可以及时发现古建筑木构件内部的早期缺陷，为采取针对性的保护措施提供依据，避免缺陷进一步发展导致木构件的损坏和建筑结构的安全事故。同时，无损筛查技术还可以为古建筑的日常监测和维护提供数据支持，实现对古建筑木构件安全状况的实时跟踪和评估，保障古建筑的长期稳定保存。开展古建筑木构件内部缺陷无损筛查方法的研究，具有重要的现实意义和理论价值，对于推动古建筑保护事业的发展具有深远的影响。

1.2国内外研究现状

在古建筑木构件无损筛查领域，国内外学者开展了大量研究，取得了一系列成果，多种无损检测技术被应用于该领域。

应力波检测技术利用应力波在木材中的传播特性来检测内部缺陷，是较早应用于古建筑木构件检测的技术之一。国外学者在该技术的理论研究方面起步较早，建立了较为完善的应力波传播模型，通过研究应力波在不同缺陷木材中的传播速度、能量衰减等参数变化，实现对缺陷的定位和定量分析。例如，日本学者[具体学者姓名]通过实验研究了应力波在腐朽木材中的传播规律，发现应力波传播速度与木材腐朽程度呈显著负相关，为利用应力波检测木材腐朽缺陷提供了理论依据。国内对该技术的研究也在不断深入，中国林业科学研究院木材工业研究所的研究团队将应力波断层扫描仪应用于故宫、恭王府等古建筑的木结构勘查，通过应力波扫描得到木材内部各个层面的断层扫描图，能够直观地显示木构件内部的缺陷位置和形状，为古建筑的修缮提供了重要参考。

超声波检测技术基于超声波在木材中的传播特性来判断木构件内部的缺陷情况。国外相关研究集中在优化超声波检测设备和算法，提高检测精度和分辨率。如美国某研究机构研发的新型超声波检测系统，采用多探头阵列和信号处理算法，能够更准确地检测出微小缺陷和复杂结构中的缺陷。国内研究则结合古建筑木构件的特点，探索超声波检测的应用方法。有学者通过实验研究了不同树种、不同含水率木材的超声波传播特性，建立了超声波传播参数与