博物館光敏感展品年曝光量智能化保護方法初探

伍林芳 王明鎖 張志東

（山西博物院）

博物館是文物保護、收藏、研究、展示和宣傳教育機構，更是展示、傳承古今中外文明的重要載體。文物極易因環境因素受損，需對文物所處的環境溫度、濕度、空氣質量及光輻射進行嚴格把控。對于室內溫度、濕度、空氣質量均可通過建設文物保存環境監測平臺、環境調控系統和專有裝置等專業技術措施進行調節控制，減小文物受損程度，但對光輻射的把控還處于剛剛起步階段。博物館文物展陳照明一方面要滿足視覺環境和藝術效果，給觀眾創造良好的視覺環境；另一方面要避免光輻射對文物展品造成損害。展陳照明效果與文物展品保護形成了鮮明的矛盾。博物館儲藏的大量文物，如何科學地避免光輻射成為博物館必須直面的一大問題。

一、為減少光輻射對文物展品的損傷，博物館展陳照明采取的保護措施

博物館的展品可以分為兩大主要保護類別:礦物質或無機物材料(石頭、金屬和玻璃等)，有機物材料包括植物類有機物(紙張、紙草、木材、自然紡織品、多種顏料和染料)和動物類有機物(骨、象牙、皮毛，也包括一些顏料和染料)。總體說來，無機物材料對光輕度敏感或不敏感，有機物材料對光中度敏感或高度敏感，因此通常將有機物材料質地的展品分為光特別敏感展品和敏感展品，不受光輻射影響的礦物質或無機物材料質地的展品劃為不敏感展品[1]。為減少光輻射對展品的損傷，按展品類型限定照射到展品上的可見光數量，對展品實施分級保護，主要的限制參數包括照度值和年曝光量(照度×時間)。GB/T23863-2009《博物館照明設計規范》中對展品的照度值(表一)和年曝光量(表二)進行了明確規定。

表二 陳列室展品年曝光量限制值

表一 陳列室展品照度標準值

博物館展陳照明應嚴格遵循相應照度標準值，但實際照度水平低于國家規范要求的標準值并不意味著對文物展品破壞的停止，而只是減緩[2]，博物館展陳照明照度標準值的制定只是在滿足視覺環境和藝術效果的前提下規定了展品能夠承受的最大損壞程度，往往還要借助對文物展品年曝光量的控制與調節來保護展品，避免其長時間暴露在光照環境下，防止光對文物展品的材料、色彩、質地等造成不可恢復的破壞。光特別敏感展品的年曝光量應小于等于50000lx·h/a，按照每天正常展出時間8小時計，在不采取減少曝光量措施的情況下，其每年僅能展出125天，如果年展出時間超過這個期限，為達到展品保護要求，GB/T23863-2009《博物館照明設計規范》9.2.2條建議的照明控制方式為：對光敏感的展品，宜設置相應傳感器,自動控制開、關照明電源。目前采用人體探測感應技術，觀眾靠近展品時燈光開啟，參觀完畢離開后燈光自動熄滅。采用這種方式可有效減少展品的年曝光量，卻同時為展品的曝光時間的統計帶來了難題，只能依據照度和大概的照射時間進行估算。另外由于一些特殊的原因，為使觀眾能夠清楚地欣賞光敏感展品，其照度值需根據實際需求進行一些調整，這樣更應統計好展品的曝光量，及時采取相應的保護措施。

二、展品年曝光量智能化保護方法

山西博物院晉國霸業展廳的侯馬盟書、民族熔爐展廳的漆器、佛風遺韻展廳的隋人寫經卷及水陸畫、翰墨丹青展廳的書畫等光敏感展品的照明控制方式由不同的設計施工單位完成，采用不同的產品和控制系統，但感應控制器的控制原理基本相同，輸出的控制信號可分為有源信號與無源信號，經市場產品調研，感應控制方式也同樣為這兩種方式。故我們以不同感應控制措施的應用為立足點，開展不同感應開關開閉時間的統計研究，通過硬件設置、數據采集及軟件編程實現曝光量的實時統計分析，研究思路框圖如圖一，并據此研發了曝光量記錄分析儀（專利號：ZL 2014 2 0234176.9，發明人：伍林芳、王明鎖、張志東）。

圖一 研究思路框圖

曝光量記錄分析儀主要由以下元器件組成：SD2405時鐘模塊、SPX117M3.3電源模塊、ATmega64數據處理模塊、FM26數據掉電備份模塊、CH376接口模塊和CAN通信模塊，其中SPX117M3.3電源模塊連出有電源插頭，CH376接口模塊的讀卡接口卡在數據主機殼體上并插有SD卡，CAN通信模塊連有 ATmegal6傳感器控制模塊，ATmegal6傳感器控制模塊連出若干照度傳感器。

曝光量記錄分析儀可以針對不同的感應開關，實時檢測需保護展品每日的照射次數、每次的照射時間及每日的累計照射時間和曝光量，并可通過上位機調取某段時間內展品的總曝光量，通過統計數據分析觀眾流量、對展品的關注度、光源的選擇及安裝位置的合理性、人體感應控制裝置的運行狀態及穩定性等，為展品的展示時間、展示方案與保護提供最直接更可靠的參考數據。

三、年曝光量數字化保護方法的實際測試結果展示與分析

展品的照度值測量方式依據國家標準規范GB/T5700-2008《照明測量方法》，按展品不同的布展情況采用四角布點法或中心布點法[3]進行測量。

圖三（2） 2019年12月1日累計亮燈時長

（一）翰墨丹青第15號展柜西半部

1.展柜立面實測照度值依據GB/T5700-2008《照明測量方法》四角布點法（圖二）。

圖二 四角布點法

2.四角布點法的平均照度按式（1）計算：

式中：

Eav——平均照度，單位為勒克斯（lx）；

M——縱向網格數；

N——橫向網格數；

Eθ——測量區域四個角處的測點照度，單位為勒克斯（lx）；

Eο——除Eθ外，四條外邊上的測點照度，單位為勒克斯（lx）；

E——四條外邊以內的測點照度，單位為勒克斯（lx）；

15號展柜西半部平均照度值為:Eav=126.83 lx

3.2019年12月1日（星期日）開閉燈時段及累計亮燈時長（曝光量）統計（圖三）。

從圖三統計中可看出展品被照亮129次，累計亮燈時間17073秒（4小時44分33秒），累計曝光量602.30lx·h。

4.2019年12月3日（星期二）開閉燈時段及累計亮燈時長（曝光量）統計（圖四）。

從圖四統計中可看出展品被照亮93次，累計亮燈時間8456秒（2小時20分56秒），累計曝光量298.31lx·h。通過圖三和圖四的對比可觀察到星期日的觀眾流量明顯比星期二要多。

（二）佛風遺韻2-8龕隋人寫經卷

1.寫經卷平面實測照度值依據GB/T5700-2008《照明測量方法》中心布點法（圖五）。

圖五 中心布點法

2.中心布點法的平均照度按式（2）計算：

式中：

Eav——平均照度，單位為勒克斯（lx）；

M——縱向測點數；

N——橫向測點數；

Ei——在第i個測點上的照度，單位為勒克斯（lx）；

圖四（1） 2019年12月3日開閉燈時段

圖四（2） 2019年12月3日累計亮燈時長

寫經卷平均照度值為:Eav=336.11 lx

3.2019年12月10日（星期二）開閉燈時段及累計亮燈時長（曝光量）統計（圖六)。

從圖六統計中可看出展品被照亮60次，累計亮燈時間1524秒（0小時25分24秒），累計曝光量142.29lx·h。從表三可看出此展品在上午10點55分57秒至下午16點間無觀眾參觀，同時通過照度測量值可發現其光源選擇需改進，應選擇大角度小功率光源。

表三 2019年12月10日開閉燈時段及累計亮燈時長（曝光量)統計表

4.2019年12月11日（星期三）開閉燈時段及累計亮燈時長（曝光量）統計（圖七）。

從圖七統計中可看出展品被照亮12次，累計亮燈時間25455秒（7小時4分15秒），累計曝光量2376.58lx·h。從表四可看出人體感應控制裝置在上午10點06分41秒時發生故障，使展品一直處于照射狀態。

從上述案例看出，曝光量記錄分析儀可對文物展品每天的點亮次數及累計亮燈時間、累計曝光量進行實時準確統計，實現了光敏感展品曝光量的實時量化，通過統計數據還可發現照明燈具、控制設備出現問題的時間、處理問題的時間，從而不斷提高管理效率。

曝光量記錄分析儀的記錄數據不僅具有上述作用，還可為博物館其他業務人員提供相應的數據指引。一是為后續展覽的策劃及內容和形式設計提供參考依據。比如通過檢測數據的橫向比對，在整個展廳的參觀流線上某個展品的亮燈次數多、亮燈時間長，說明觀眾對這個展品比較有興趣，是關注的重點，否則相反，那么策展人員就可進行相關方面的分析，是展品的歷史價值高、其背后具有精彩的故事內容，還是展示形式、擺放位置、燈光照射等原因引起觀眾的關注。若再要進行更細致更進一步的分析，可結合展廳監控錄像，了解在此展點觀眾群的特點，從觀眾的性別、年齡等構成情況及交流、記錄、拍照等綜合行為上進行深入的分析判斷，為后期的展覽提供借鑒。二是文物科技保護人員可對文物展品照度及曝光量檢測數據進行長期的數據積累，對同時期展品材質、顏料等物理、化學的變化情況與光照的關聯性進行橫向比較分析，通過這種深層次的數據挖掘利用，為文物展品的光照保護研究及采取相對應的保護措施提供更加詳實可靠的數據支撐。

圖六（1） 2019年12月10日開閉燈時段

圖六（2） 2019年12月10日累計亮燈時長

圖七（1） 2019年12月11日開閉燈時段

圖七（2） 2019年12月11日累計亮燈時長

四、結 語

曝光量記錄分析儀應用于博物館所有光敏感展品保護中，實現了光敏感展品曝光量的實時量化及統計，使博物館照明設計規范——〔7.2對于光敏感展品或藏品其年曝光量限值為50000 lx·h/a（光特別敏感展品）360000 lx·h/a（光敏感展品）〕[4]內容具有更準確的操作性，為展品的展示與保護提供更豐富的數據支撐，對光敏感展品的保護更是起到數據指引，以做到精益求精。

曝光量記錄分析儀在使用過程中也發現了一些不足，如內存容量偏小，需每星期拷貝檢測數據存入電腦；在測量精度上由于光源的光衰變化，照度值存在偏差，使曝光量統計存在一定的誤差。隨著現代化技術的發展，今后可利用物聯網，對記錄儀進行改進：或擴大內存容量，加裝液晶顯示屏可現場顯示統計數據；或加大照度值采集頻率，減少偏差；加裝無線傳輸功能，通過上位機來實時統計顯示等，并與其他的智能設備進行數據共享。

[1]北京照明學會照明設計專業委員會編：《照明設計手冊》，中國電力出版社， 2006年。

[2]索經令、倪翀：《臨時展覽中光輻射對藏品的損壞及應對措施》，《首都博物館論叢》 ，2017年。

[3]GB/T5700-2008《照明測量方法》。

[4]GB/T23863-2009《博物館照明設計規范》。