石窟寺岩体的风化与破坏,与太阳辐射引起的温度应力密切相关。岩体表层在日照下快速升温,内部升温缓慢,二者之间的温度差异在表层形成循环交变的热应力。长期作用下,裂隙与表层剥落往往首先出现在受光面及棱缘部位。准确量化这种温度梯度及其诱发的应力分布,是制定针对性保护策略的前提。
西安建筑科技大学团队完成的《高分辨率、多维太阳辐射评估技术——用于建筑遗产地的科学保护》研究,针对这一问题建立了可计算的评估框架,相关成果已发表于Nature子刊。格物优信红外热像仪在该研究的现场实测环节提供了红外热成像监测数据。
该研究从物理边界与几何边界两个维度构建模型。物理边界方面,研究者在遗产地布设气象站,连续采集辐射与气象要素,并利用多维天空穹顶获取全天空直射辐照(DNI)与散射辐照(DHI),通过Python程序调用Radiance天空模型计算引擎,将日照条件转化为可输入模型的参数。几何边界方面,采用无人机倾斜摄影获取遗址高精度三维网格,对评估区域进行划分编号,使各岩壁的朝向、遮挡关系纳入计算。
为验证模型可靠性,研究在典型岩面划定详细扫描区域并布设测点,使用格物优信红外热像仪连续记录表面温度场的实际变化,并与模拟结果逐点比对。对比显示,模拟温度场与实测数据高度吻合,表明上述计算框架能够反映真实的热环境。热成像方法具备非接触、大面积、可重复的特点,适用于体量庞大、难以布设接触式传感器的遗产对象。
计算结果表明,太阳辐射驱动的热应力在空间上呈显著梯度分布:突出表面及边缘区域承受的热应力为400–500 kPa,相邻阴凉区域仅为50–100 kPa,二者相差超过五倍。这一量化结果解释了病害为何集中分布于特定部位——向阳面与背阴面所处的应力环境存在量级差异。
该研究的贡献在于建立了一套可复用的评估框架,能够针对具体遗址给出性能指标,识别高风险岩壁及其受力时段,为文物保护材料的研发与保护策略的制定提供依据。同时,红外热像仪在石窟寺监测场景中的应用成效得到了同行评议的验证。