建筑遗产砖石表面微生物劣化的环境成因及其控制方法研究

Microbial spores are ubiquitous in the air; they can attach and deposit on the masonry surface of architectural heritage materials, causing microbial deterioration of heritages. Reproduction of microorganism on the surface of masonry materials is very common, so the study on methods of controlling microbial deterioration is a basic scientific problem in the field of heritage conservation, as well as a common scientific problem in contemporary architecture field. At present, Surface steam cleaning and various sterilization methods are popular measures for controlling microbial deterioration in heritage protection engineering, they are temporary solutions but not radical measures. While developing methods based on environmental control is a radical measure for microbial deterioration. This research will focus on deterioration problems on the masonry surface of architecture heritages caused by microorganism, taking Tishun Hall in Yangxin Yard in the Palace Museum in Beijing and Shangfang Sunwu Tomb in Nanjing as cases. Through a series of experiments, the microorganism propagation processes and correlation models under different lighting modes and lighting wavelengths, different temperature, relative humidity and moisture content can be built, environmental factors and corresponding measures for microbial deterioration on masonry surfaces can be analyzed and summarized; and then, daily management models and environmental control guidelines for controlling microbial degradation on building heritages can be refined. These results will provide scientific support and basis for protection engineering design, daily management control and preventive conservation of building heritages including historic buildings, historic tombs and ancient sites.

空气中微生物孢子无处不在，它会随空气流动沉积和附着于建筑遗产材料表面，引发遗产本体的微生物劣化。建筑遗产砖石材料表面的微生物繁殖现象非常普遍，因此微生物劣化的控制方法研究是遗产保护领域中的基础科学问题，也是当代建筑领域的共性科学问题。目前在遗产保护工程领域针对微生物劣化的防治方法有表面蒸汽清洗法和各种灭菌法，从微生物繁殖的机理来讲属于“治标不治本”，而发展以环境控制为主的微生物劣化控制方法将有利于“治本”。本课题将聚焦于微生物引起的建筑遗产砖石表面劣化问题，以北京故宫养心殿体顺堂、南京上坊孙吴墓为案例，实验研究不同采光波长及采光方式、不同温湿度及含水量情况下的微生物繁殖进程及相关性模型，分析和总结砖石表面微生物劣化的环境成因和环境控制方法，提炼控制建筑遗产微生物劣化的日常管理模式和环境控制导则，为古建筑、古墓葬、古遗址类建筑遗产的保护工程设计、日常管理控制、预防性保护提供科学支撑和依据。

课题针对建筑遗产砖石表面微生物劣化的环境成因及抑制微生物劣化的环境调控方法，开展了砖石材料物性，热湿环境作用规律，不同采光波长及采光方式、不同温湿度及含水量下的微生物病害发育特征等研究，总结了砖石表面微生物劣化类型和环境成因。依托案例点赋存环境特征与病害特征，开发建筑遗产砖石表面微生物病害量化评估模型，提出了建筑遗产微生物劣化的环境控制方法。.主要成果有：（1）揭示不同地区不同年代青砖的吸湿性差异，阐释了微生物劣化与材料湿物性的关联；（2）针对墙基处微生物繁殖，实验揭示了典型墙体中毛细水上升的规律；（3）通过实验揭示了和建立了不同湿度下霉菌繁殖特征和模型，发现极高湿环境对微生物的抑制效果；（4）揭示了隋炀帝墓、南唐二陵、上坊孙吴墓砖材、徐达墓石刻表面微生物菌类特征、分布与环境的关联；（5）揭示了墙体孔洞对室内霉菌繁殖的影响；（6）实验揭示了不同色光及采光方式下砖石遗产表面微生物繁殖进程，得出绿色波段有助抑制微生物繁殖；（7）提出了新的μHAM-CFD瞬态流固热湿耦合模型，实现了流体与固体内含水量、温度的实时耦合模拟；（8）揭示了南唐二陵、上坊孙吴墓、故宫养心殿体顺堂、保圣寺罗汉塑像、南京城墙微生物劣化的环境成因，并基于劣化评估模型提出了环境调控方法。.研究计划稳步推进，超额完成了研究课题指标。发表SCI/A&HCI/EI检索论文23篇，其中SCI检索论文8篇（6篇 “卓越国际科技论文”，5篇Q1区论文），A&HCI论文1篇，EI期刊论文1篇，本学科国际顶级/重要学术会议12篇。与微生物劣化与控制研究相关培养硕士研究生8名，产生江苏省优秀硕士论文1篇，东南大学优秀硕士论文2篇，获江苏省文博系统优秀论文奖一等奖2篇，专利6项。本课题的研究成果推动了遗产保护领域中对砖石表面微生物劣化的环境成因及其控制的认知和进步，为古建筑、古墓葬、古遗址类砖石建筑遗产微生物劣化控制提供了支撑。