主要完成单位：中国航空规划设计研究总院有限公司 上海博物馆 北京交通大学 株洲时代新材料科技股份有限公司 雅安市博物馆成都博物院

　　主要完成人：葛家琪 吴来明 马伯涛 杨维国 宁响亮 黄河 潘红兵

　　获奖等级：二等奖

　　本项目以博物馆文物防震迫切需求为导向，以国家文物局、工信部下达的文物防震规范标准编制及装备产业化与应用示范项目为基础，开展博物馆文物防震技术研究与示范应用。建立了馆藏文物防震规范体系；提出了博物馆文物全系统防震设计理论方法，编制了国际首部《馆藏文物防震规范》；开发了全系统防震技术装备，编制了我国首部《馆藏文物防震防震装置技术要求》产品标准；实现了“安全服务+设备产品”集成应用，具备了自主产权全产业链服务能力；完成了雅安市博物馆全系统防震技术示范应用，在2015年1月14日四川乐山地震中，有效保护了博物馆内展陈文物的安全。

　　地震是博物馆文物主要危害之一，强震带上博物馆文物存在突发地震下大规模损毁的风险。“十二五”之前我国博物馆安全规范标准体系对文物防震没有要求，致使地震中存在馆舍安全而文物损毁的突出问题。

　　地震动经馆舍基础、结构、展陈（柜）等传递到文物，任何一个环节出现震害都会危及文物安全。国际上，以美国Getty博物馆和日本东京国立博物馆为代表，基于“震源+展柜+文物”安全设计方法，开展了博物馆文物防震研究和实践，将防震装置作为与展柜配套的定型产品进行开发应用，但是由于忽视馆舍的地震放大作用，存在安全隐患。2004年的日本新潟地震，就发生了隔震设备上珍贵文物损毁事件。在我国，上海博物馆于1990年代率先提出了先进的考虑馆舍楼层动力放大系数的设计概念，并开展基础研究；文物防震设备产品方面，已实施项目中90%以上采用进口产品或国外专利产品，根源在于现行国家规范标准及财政预算的缺失，致使国产化文物防震设备产能基本为零，远不能满足文物防震预防性保护的巨大需求。

　　为此，国家文物局于2008年紧急下达了《博物馆建设标准》《馆藏文物防震规范》《馆藏文物防震防震装置技术要求》等系列标准编制任务，2013年与工信部联合组织文物保护装备产业化应用示范项目。本项目承担了以上任务，在文物防震安全设计方法、专利产品与产业化方面取得了系列成果。

　　一、提出了博物馆文物全系统防震设计方法和安全指标

　　任何新系统新技术的应用，设计理论方法与安全指标都是首先要解决的核心问题。本项目首次提出了博物馆文物全系统防震设计理论方法，建立了我国文物防震规范标准体系。

　　本项目开展地震工程、建筑工程、机械工程、文物保护多领域交叉集成创新，进行博物馆“地震动+馆舍+展陈（柜）+文物”全系统地震动响应性能化分析，结合模型试验和大量震害分析研究，揭示出博物馆中不同楼层、不同位置文物的地震动响应频谱不同，且都与地震源频谱存在本质变化的力学特征机理。论证了国际现行的忽略馆舍动力放大作用的设计方法存在安全隐患。项目研究发明了基于文物安全的馆舍基础及结构防震性能提升方法、展陈（柜）设计方法、馆藏文物防震安全稳定方法等系列设计方法。在国际上首次提出了博物馆全系统防震设计理论方法。

　　国内外有关博物馆文物防震被划分为馆舍工程、文物保护两个完全独立的安全评价体系，馆舍工程防震的规范标准以地震产生的剪力与倾覆力矩效应为安全设计指标，文物防震则以地震产生的加速度效应为安全设计指标。本项目基于团队博士后课题《博物馆及馆藏文物防振（震）安全性研究》理论研究成果，并结合模型试验及工程实测分析，揭示出对于博物馆馆舍多质点复杂空间结构体系，不存在单质点结构具有的地震剪力、倾覆力矩与加速度之间线性关系的力学机理。解释了历次大地震中馆舍安全不能保证文物安全灾害现象的本质原因。提出了基于文物安全的馆舍防震动安全设计指标，弥补了现行博物馆规范对文物防震安全的缺陷。

　　本项目深入研究了博物馆文物在地震作用下破坏机理，发现文物本体防震安全设计的两个关键参数是地震响应的能量幅值和频率，能量幅值可采用楼层包络值设计，而频率因素会与展陈（柜）及文物本体结构发生动力放大（共振）效应，只能个性化设计。因此，国内外现行仅用地面加速度峰值参数进行文物本体防震的设计方法是不安全的。项目基于全系统防震理论方法进行了大量结构动力学仿真分析，结合模型试验分析，采用以概率理论正态分布进行数值统计，首次制定出95%保证率的文物本体防震滑移、倾覆、材料强度等安全设计指标体系。

　　馆舍、展陈（柜）及文物底座中的任何一个环节出现震损均会威胁馆藏文物安全。由于超出了传统文物保护领域技术范畴，文博人员难以对馆藏文物防震安全隐患进行有效评估排查。基于博物馆文物防震全系统设计理论方法及安全评价标准，项目在全国十余座地震带上博物馆文物现状调研分析基础上，探索了我国博物馆文物常见震损规律，提出了展陈结构、文物本体的防震易损性分级与安全性评估方法，针对博物馆数以万计的文物能够快速、量化地开展安全性评估。成果纳入了《馆藏文物防震规范》，填补了国内外空白。

　　国际上文物防震设备普遍是基于特定地震波开发为定型产品，忽视了各博物馆建筑、楼层、展柜和文物位置的地震动响应的差异性，产品设计存在不可靠性。本项目开发了馆舍、展陈及文物防震技术措施系列产品及智能监测系统，实现文物在地震下的损坏率降低90%以上的目标，编制了我国首部《馆藏文物防震防震装置技术要求》产品标准。

　　二、开发了博物馆文物全系统防震关键技术及装备

　　项目开发了馆舍减隔震关键技术措施。博物馆内各处文物自身几何形态、材料属性各异，地震作用效应不同，对所有文物采取防震设备费用高、难度大。对馆舍实行基础减隔震，整体降低博物馆地震作用响应，是国际公认的博物馆文物防震安全的最有效措施。但国内外馆舍隔震支座普遍存在抵御竖向地震作用性能差的特点，减弱了隔震效率并且存在强震作用下馆舍整体失稳风险。项目发明了新型隔震支座抗拉装置，并提出该技术的安全设计方法，解决了馆舍减隔震实际应用的关键技术难题。

　　镶嵌于博物馆建筑墙体中展陈柜的文物防震，由于涉及建筑工程与文物保护两个领域，现实中处于两不管状态。国内外相关研究成果及技术措施很少，成为博物馆文物防震全系统中震损最严重的环节。本项目开展馆舍建筑工程与文物保护交叉技术领域集成研究，提出展陈防震构造措施，发明博物馆展陈防震安全设计方法，项目成果应用于雅安市博物馆并被《馆藏文物防震规范》所采用。

　　文物保护领域科研人员从大量的震害中总结出了大量文物本体防震经验措施，如鱼线绑扎、支架加固等，对减少文物震害起到了一定的效果。但由于地震作用的不确定性及地震作用响应的高度复杂性，传统防震措施的可靠性不能得到有效保证。本项目将现代结构工程动力学方法与文物保护传统经验方法相结合，实现了文物本体防震传统措施可靠性的量化科学评价，提高了传统防震措施的科学性及防震安全可靠性。

　　馆藏文物展线上的墙柜、独立柜以及库房里的普通柜架、密集柜，各种展具形式差异大，防震装置产品需求不同；不同年代的薄壁青铜器、陶器、瓷器等材质易损性不同，各种文物的高宽比、界面摩擦系数不同，防震装置产品需求也不同。本项目研究以及历次地震中文物震损情况表明，将文物防震设备作为定型产品开发应用是不可靠、不安全的。基于此，本项目提出了文物防震安全个性化设计方法，针对不同展柜及文物类型，开发了多元化防震设备产品，形成了拥有我国完全自主知识产权的博物馆防震系列产品，打破了我国博物馆文物防震依赖国外产品的现状。

　　地震过程中基础、楼面、展陈（柜）及文物的震动响应时程监测，对提升地震应急决策能力，优化防震技术措施和产品的性能至关重要，目前国内没有成熟应用的防震监测系统。项目首先研发了博物馆文物防震监测系统，同时针对采样频率高、供电要求高、设备尺寸小等关键问题开发了系列关键设备，并针对震前演练、震中应急、震后抢险进行了博物馆文物防震应急管理体系研究，研发了博物馆防震减灾“应急工具包”工作体系，成果在雅安生态博物馆中应用，并纳入《馆藏文物防震规范》。

　　三、建立了馆藏文物防震规范标准体系和全产业链成套技术

　　本项目以我国博物馆文物防震的迫切需求为导向，以国家文物局、工信部下达的文物防震规范标准编制及装备产业化与应用示范项目为基础，编制了《博物馆建设标准》《馆藏文物防震规范》《馆藏文物防震防震装置技术要求》，建立了我国博物馆文物防震完整的规范标准体系。开发了博物馆及馆藏文物全系统防震措施和装备的及系列化设备产品，形成了我国博物馆文物防震保护完全自主知识产权的全产业链成套技术。其中《文物防振（震）系统解决方案》成果获得了中关村国家自主创新示范区新技术新服务认证，“博物馆文物展陈防震预防性保护技术安全服务”获得了北京市新技术新服务认证，“馆藏文物全系统防震技术和装备”获得了第二届全国十佳文博技术产品称号，为我国“十三五”全面实施博物馆文物防震预防性保护奠定了坚实基础。

　　此外，本项目还以国家文物局、工信部共同组织的“博物馆文物展陈防震装置产业化及应用示范”课题为依据，将文物防震设计理论方法、安全设计、全系统构造措施及防震产品设备、智能监测装备进行集成。

　　项目在上海博物馆首先开展了基础性研究，主要包括：博物馆结构的动力特性测试，设防地震动输入及结构地震动反应研究，隔震装置的研制和地震模拟振动台试验评价，玉器馆中防震装置应用示范。在国家文物局和工信部指导下，在雅安市博物馆首先开展了博物馆结构的动力特性测试，其次开展了馆舍、展陈及文物全系统防震安全设计，提出了展陈防震安全统一技术措施，随后开展了通柜和独立柜的防震装置开发、地震模拟振动台试验和工程示范，成套技术在2015年1月9日安装应用于雅安市博物馆，并在2015年1月14日乐山地震中得到检验。在成都博物馆进行了主要包括馆舍结构整体隔震设计与应用，结构动力特性测试，馆舍、展陈及文物全系统防震安全设计，重型文物的展陈防震安全性验算，独立柜防震装置示范等。

　　截至2016年2月，项目已完成云南省博物馆等十余家单位文物防震预防性保护项目方案；已构成技术集成、产能高效的“设备产品+安全服务”联合体，项目集成和服务能力达到30个项目/年，产品生产年产能超3000台；在国际上首次实现文物防震产品万次往复地震模拟振动台试验检验，产品合格率为100%。