历史名舰，现代保护：实时力监控稳定瑞典瓦萨战舰

核心挑战：一艘没有浮力的 400 岁老船

今天的工程挑战是明确而严峻的：这艘船现在矗立在陆地上，浮力不再支持它的重量。经过 PEG 处理、有 400 年历史的船体通过不连续的接触点传递重力，保护人员已经测量出缓慢但显著的变形。

这种情况引发了一些重大问题：

• 不确定的负载路径和单个 Support 点的隐性过载
• 经年累月的渐进变形可能在日常运行中被忽视
• 对不可替代的遗产资产进行结构性干预的高风险和高成本
• 需要根据假设而非数据做出决策

为了解决这个问题，博物馆正在用一个可调节的钢支撑系统取代旧的支架，该系统配备了 Gantner Instruments 公司的实时力监测解决方案。这样做的目的是使船体形状在多年内保持稳定，并在有害载荷造成损坏之前将其修复，不仅是在安装期间，而且随着时间的推移，船体、建筑和气候都会不断发生变化。

为什么旧摇篮必须拆除

The display cradle installed after salvage made public exhibition possible. However, decades of measurements showed non-uniform reactions at the contact points and a gradual lean to port side. In simple terms, the passive mechanical cradle had reached its limits as a safe, long-term support for the ship.

旧解决方案的主要问题：

• 没有随着时间推移平衡负载的主动方法
• 无法直接测量每个 Support 点的受力情况
• 只进行定期检查，有可能在两次检查之间仍然看不到破坏性趋势

为了解决这个问题，博物馆选择了一种可以随时间重新调整的可调式钢制支架，并将其与 Gantner Instruments 的实时力监控系统相结合。Gantner 的技术直接针对结构支撑 “盲目 “的痛点，将每个接触点都转化为可测量、可控制的变量。

现在，团队可以使用实时数据进行测量、验证和修正，而不是假设力会停留在设计模型预测的位置。

新的 Support可调式钢制支架和内部骨架

博物馆正在按照船体的形状安装一系列工程钢支架，并与龙骨下方的新连接点相连。
内部钢骨架将连接框架和甲板结构。
工作分阶段进行，以降低对船舶的风险。施工团队先调整一个区域，实时检查反作用力，然后再进行下一个区域的调整。安装工作于 2024 年开始，计划在本十年结束前实现外部和内部的完全稳定。

测量系统必须解决一系列不同的问题，因为施工和监测阶段要持续数年。

• 跨季节和跨年代测量的长期稳定性
• 在公共博物馆环境中易于维护
• 各代工作人员数据的一致性和不断变化的保护战略

Gantner 的模块化数据采集平台和时间同步架构正是为满足这些限制而设计的。

将结构转化为数据：182 个称重传感器和同步 DAQ

由 182 个称重传感器组成的网络将新支架变成了一个结构健康监测（SHM）系统。每个装有仪器的接口都能测量该点的实际受力，因此整个支架就像一个可调整的机械装置，而不是一个固定的钢结构。

这直接减轻了不知道负载真实位置的痛苦。现在，保护人员不再依赖于简化的模型和不频繁的勘测，他们可以：

• 每个 Support 点的实时力值
• 调整后立即反馈
• 船舶载荷分布随时间变化的连续记录

带有电气隔离电桥输入端的分布式测量模块安装在称重传感器附近。这样可以保持信号稳定，减少公共走廊中长电缆产生的噪音，并保持测量精度。同步采样可确保同时收集来自所有 Support 点的力数据。当您想比较全船的变化、跟踪多年来的缓慢趋势，以及证明一个支架的修正不会在其他地方造成新的问题时，这一点至关重要。

数据采集由 Q.bloxx XL A116 模块和 Q.station XB Controller 处理。GI.bench 用于配置通道、记录高分辨率数据和可视化结果。这种组合可长期使用。它提供精确、均匀的采样、可靠的时间同步和可重复的测量。这些功能对于比较多年的数据和防止可能影响保护决策的数据漂移至关重要。

从数据到实时结构模型：三维载荷图和数字孪生行为

长期保护项目的另一大痛点是模型与现实之间的差距。结构分析往往基于最初的假设，而这些假设从未在运行中得到充分验证。

在瓦萨项目中，实时力通道流入一个基于浏览器的仪表板，保护人员和工程师可在该仪表板上看到实时值、趋势线以及船体和支撑上负载的三维地图。这个三维视图就像一个可操作的数字孪生：它将每个测量通道与船上的某个位置联系起来，并显示当团队调整支架、更换紧固件或应对长期变形时，负载模式是如何变化的。

报警阈值使系统具有前瞻性。如果台座的移动超出了允许的受力范围，工作人员就会收到明确的警报，调整设置，并立即在屏幕上看到更新的负载分布，通常可以通过走廊里的平板电脑看到，而无需接触船舶。这就解决了对关键负载变化反应过迟的痛点。

同样的数据还能更新工程师用于规划的结构模型。随着时间的推移，这就在模型和现实之间形成了一个反馈回路：瓦萨的数字表征不断根据实际测量结果而不是假设进行校准。这就减少了不确定性，降低了风险，并改进了未来的决策。

如果没有清晰的可视化和明确的警报，关键的负载变化就会被忽视，团队的反应也会太晚。

保护背景：化学、气候和紧固件

结构工程是更广泛的保护战略的一部分。1961 年打捞出水后，瓦萨在受控条件下用 PEG 进行浸渍和干燥，以稳定受水浸泡的橡木。如今，博物馆严格控制温度和相对湿度，以减少木材的尺寸变化。

一项长期计划还更换了锈蚀的低碳钢螺栓，以去除铁源，改善船体的机械性能。

甘特纳的系统还解决了这些不同的保护措施是否能如期共同发挥作用的问题。新的可调节钢支撑和内部骨架与材料科学和气候控制共同发挥作用。工程学控制了作用在结构上的力和几何形状；保护科学则减缓了化学和物理衰变。

DAQ 系统提供了连接两个世界的长期测量主干，并显示出组合策略是否实现了预期的结构稳定性。

路线图和复制能力

随着安装工作的持续进行，博物馆将建立一个长期、连续的记录，以记录船只的行为：负载如何随季节变化，维护工作如何改变力的分布，以及随着时间的推移，整体几何形状如何保持稳定。我们的目标是建立一个稳定的、有据可查的负载路径和数据集，该数据集将延续至船建成 400 周年之后，并为下一代维护人员的决策提供支持。
瓦萨所面临的挑战并非独一无二。

• 实际荷载路径未知的复杂结构
• 时间跨度很长，趋势比单次测量更重要
• 对干预或损坏的容忍度极为有限

历史悠久的飞机、木质屋顶、纪念性雕像和桥梁都需要将结构模型与实际载荷连接起来，并证明其长期稳定性。

The combination used here includes adjustable steel supports, load cell sensors, synchronized data collection, and browser based visualization that understands the model. Together, these elements provide a clear example of how occasional manual inspections can become continuous, data driven structural monitoring, reducing risk and uncertainty for heritage owners and operators.

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参考文献和图片来源：Anneli Karlsson / 瓦萨博物馆 / 瑞典国家海事和运输博物馆 (SMTM)