博物馆建设工程的智能应用场景研究

林楠LIN Nan

（上海建科工程咨询有限公司，上海 200032）

0 引言

博物馆是国家文博行业的支柱型机构，是展示历史变迁、社会经济文化发展和各类历史文物的重要场所。博物馆是征集、典藏、陈列和研究代表自然和人类文化遗产的实物的场所，对馆藏物品分类管理，为公众提供知识、教育和欣赏的文化教育的机构、建筑物、地点或者社会公共机构。

随着现代信息技术的发展和博物馆公众服务要求的提升，以信息技术、控制技术、软件技术、网络技术等为支撑的建筑智能化系统逐渐成为博物馆建设不可缺少的组成部分。

对智能化应用虽然已经进行了大量的研究，但针对公共博物馆工程的智能化应用建设尚缺乏针对性，未充分考虑公共博物馆的特点。在博物馆工程建设中，如果直接套用常规公共建筑的智能化建设模式，可能不会完全满足博物馆功能需求，限制博物馆的功能发挥。

本文将结合博物馆建设工程的特点，逐一梳理博物馆工程对智能化应用的需求。智慧博物馆的智能化应用以人的需求为驱动，重新梳理和构建博物馆各要素，提供“物、人、数据”三者之间的双向多元信息交互通道。

1 加载智能化应用已成为现代博物馆建设的必然趋势

随着物联网、人工智能、区块链、大数据等新兴技术的兴起和逐渐发展，智慧城市、智慧建筑、智慧场馆成为必然趋势，现代博物馆作为重要的公共活动空间，必然需要顺应时代潮流，考虑智能化应用。

1.1 智能技术的发展

物联网（Internet of Things，IoT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网技术运用在现代博物馆中，可通过传感器等收集参观者对不同展品的注意力数据，剖析参观者行为，优化运营。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，通过生产类似以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能技术运用在现代博物馆中，可还原文物生动有趣的一面，有助于使单一静态的展陈方式更加生动有趣。

区块链（Block Chain）是利用加密链式区块结构来存储与验证数据、利用分布式共识算法来新增和更新数据、利用运行在区块链上的代码来保证业务逻辑自动强制执行的一种全新的多中心化基础与分布式计算范式。区块链技术运用在现代博物馆中，利用其可追溯性的特点可帮助辨识艺术品的来源和去向，改善博物馆展品的流通和收藏等。

大数据（big data），指的是所涉及的资料量规模巨大，撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。大数据技术运用在现代博物馆中，有助于使藏品和展品资源更加清晰明了，有助于馆藏文物展示在线上平台，避免文物“沉睡”。

1.2 参观者需求的转变

随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，人民群众对精神文化的需求与以往相比发生了许多改变。公共博物馆作为展示历史文化的重要载体，已成为人们学习、娱乐及旅游的场所，如图1 所示，近十年来博物馆参观人次逐年上升（2020 年因新冠疫情原因暂时大幅回落），参观对象从过去的团体参观居多到现在的家庭参观和个体参观者居多，参观者的需求和兴趣也更加个性化和多样化。运用新技术加载智能化应用以适应和满足不断变化和更新的参观者需求已经成为现代公共博物馆发展的必然趋势。

图1 近十年我国博物馆参观人次（数据源自中国统计年鉴）

2 博物馆建设工程的特点分析

大型博物馆建设工程作为公共建筑，具有使用上的开放性、大量的交通和人流以及功能上的多样性等特点。

此外，相对于一般的公共建筑，它还具有以下几个特点：

2.1 防火要求高

博物馆内收藏着大量的文物，一旦发生火灾将产生不可挽回的损失，而且部分藏品如纸质书画、纺织品等遇水即损，不可使用普通的喷水灭火系统。

博物馆内严格控制使用明火。博物馆内配电设备、电气线路、电器选型、安装等应符合相关规范和防火要求，并配备适用的电器火灾防控装置。博物馆内宜使用低压弱电供电和冷光源照明，一般不得使用电热器具和大功率用电器具。博物馆保护范围内严禁生产、使用、储存和经营易燃易爆危险品，严禁燃放烟花爆竹。严禁使用燃气，不得铺设燃气管线，不得堆放柴草、木料等可燃物，并应明显设立“禁止燃放烟花爆竹”、“禁止吸烟”、“禁止烟火”等标志。藏品库区、陈列室的墙体应为非燃烧体，室内装修也应该尽量选用阻燃材料。

2.2 防潮除湿要求高

博物馆室内空间如果较潮湿，则容易导致书籍卷宗出现泛黄、斑点、纸张粘连、霉变腐蚀等现象。尤其是南方地区梅雨天气或者温差较大时，热胀冷缩的现象更会加速和催化文物损坏。

2.3 防盗设计和展品安全要求高

博物馆陈列的文物、古籍等较为珍贵，需要进行防盗方面的考虑，展品对安全技术的要求较高。

3 现代博物馆作为公共建筑属性对智能应用的需求

现代大型公共建筑对智能应用的需求主要集中在以下几方面：

3.1 门禁、安防、视频监控

大型公共建筑因人员聚集和出入，需要设置出入口安检、出入口控制、反恐防冲撞、视频监控等内容。安全预警采用现场报警、无线传输与保安、公安建立通信联系并实现与区域报警中心联网。

借助智能化手段，可依托5G 和WIFI 构建高速基础网络环境，借助人工智能、大数据、物联网、VRAR 等前沿技术，布设智慧化应用系统，具体包括在入场通道加装人脸识别和电子检票系统，布设综合安防系统进行人员和车辆轨迹跟踪、人流分析、烟火识别、告警监控等。

3.2 设备监控管理系统

对建筑的冷热源、供暖通风和空气调节、给排水、供配电、照明等设备采集温度、湿度、照度、气体浓度等基础数据，并进行实时监控和管理。

3.3 应急响应系统

在人流量密集的室内空间设置火灾自动报警，并与公共广播系统相连，一旦发生可疑紧急情况，可通过应急响应系统及时进行信息传递和人群疏散。

4 博物馆的特殊属性对智能应用的需求

现代公共博物馆因其文物保管、陈列、研究等功能上的特殊属性，对智能应用还存在以下几点需求：

4.1 更精细的设备监控保障

①监测公众区域空气中的温湿度、二氧化碳、硫化物的含量，自动调节空调以保证游览群体的舒适度。

②在藏品熏蒸、消毒、修复的工作区域监测有害气体，自动调节新风量，当达到阈值时进行预警，从而保障工作人员的安全和健康。

③在展品和藏品库区进行温湿度数据采集，报警和空调调节，使得文物处于其各自最合理的保存温度和湿度水平。

④藏品库区设置漏水报警，一旦检测到库区有漏水现象，立即自动开启警报，提醒博物馆的运营工作人员进行紧急处理，以减少对文物的毁坏。

⑤分区域对火情进行预警，在高大空间的展厅设置红外光束感烟探测器、吸气式火灾探测器，在机房、系统控制室和重要设施隐蔽处设置缆式线型定温探测器。

4.2 更智能的控制管理

①智能防渗除湿系统：针对古建筑、文物储藏对温湿度控制的需求，以及根据不同文物和储存空间的实际工况，匹配不同规格型号的电渗透，可以有效控制环境的相对湿度，减少附着在文物表面上的水分，抑制细菌繁殖，避免出现霉变长斑的情况。尤其在我国南方的梅雨季节，需要对文物所处环境进行密切的关注并及时采取措施，通过智能防渗除湿系统可以有效避免文物因受外界气候和环境的影响而收到破坏。

②珍贵展品的实时定位和追踪：对较重要的珍贵展品尤其是古文物进行定位和实时追踪等，完善现有藏品管理系统。

4.3 更丰富的观展体验

博物馆常规的观展方式为馆方挑选部分藏品放置在玻璃陈列柜中，参观者进入展厅观赏，信息交互表现为最直接的从“物”到“人”。在智能化应用系统的支持下，可通过物联网、人工智能和大数据等手段，将藏品进行信息化转化为“数字”，然后通过网络进行线上展示，信息交互表现为从“物-数字”和“数字-人”。

同时，在常规展览方式下受制于有限的场地空间，不是所有的藏品均有机会在展厅进行陈列。某个时段内，需要根据不同的主题挑选一部分展品进行陈列。在智能化应用模式下，不再有空间和时间的限制，可以在对藏品实物进行数字化处理，使得所有藏品同时展出在技术上没有障碍。如图2 所示。

图2 智能博物馆与传统博物馆的观展比较

①文物3D 数据管理：基于文物保护的目的，博物馆内的展品都收藏在展柜中，受到展柜空间的限制，观众无法近距离观看展品细节，也看不到文物被展柜遮挡的部分。同时，还有一些文物不可或不便移动如壁画、石窟等。借助三维建模、高动态影像、摄影测量等技术，采集文化遗产环境的实景，获取高分辨率图像资料，方便参观者进行观赏，对物品的表面、纹理和色彩等细节方面获得更丰富的感知。

②线上阅览平台：通过三维激光点云和三维高清影像及纹理原始数据，采集高清照片，搭建文物的三维数据库，并制作配套的视频，使公众在博物馆数字资源平台上能够鉴赏文物、观看视频、学习专业知识，突破实体博物馆在时间、空间和展示形式上的局限性，使得温度、湿度、光线等问题不再成为制约展示的障碍，扩展博物馆的延伸空间，最大限度的拓展博物馆功能，满足社会大众的多层次多方位需求。

③数字交互体验系统：利用kinect 体感互动、unity 等技术，打造体感互动展项，使得历史人物的照片和画像在流水幕布上缓缓流动，游客双手可触摸，交错展示时间轴和人物事迹，能更好地发挥社会功能和教育功能。在实体文物旁边放置立体显示触摸屏终端，或者在必要的参观引导处悬挂立体显示设备，让参观者与该数字文物进行交互，实现对虚拟文物的旋转、放大缩小等操作，随意从任何角度多种精度观赏高真实数字文物，并能获取大量平时无法从实体文物中获取的信息，从而实现了真实文物无法提供的新颖的交互式参观模式。这一模式可以弥补智能参观模式下人与物之间联系的分离，并加强了人与物之间并行关系的处理，提供给参观者更多的体验感和参与感。

④数字古建复原：基于古建筑保护的目的，很多时候，参观者只能在围栏外或者隔着玻璃参观古建筑内景，受到室内光线和参观距离的限制，室内陈设模糊不清，往往无法达到理想的参观效果。虚拟现实技术引入后，可将文物古迹用数字化形式展现给观众，让观众在实际游览中无法进入的著名宫殿建筑中无忧畅游，零距离观赏宫殿内部陈设和古建筑原貌，在保护文物古迹不被损伤的同时满足了人们的求知欲。使用虚拟现实技术对古建筑、文博遗址进行数字古建复原，帮助参观者了解古迹的发现、挖掘和重建、修复的过程。

4.4 更先进的运营管理

①智慧导览和讲解：利用多媒体信息手段，拓展语音导览内容及形式，为参观者提供更多语种、更多版本、针对性更强的导览内容，满足公众多元化参观需求，持续提升广大参观者的观展体验。

②定点人数统计，以头部为识别目标统计展厅中陈列的各展品的瞬时人数，进行用户画像，并根据受欢迎程度调整展品，将参观者停留时间长和停留人数多的展品陈列在更明显的位置，同时优化展线。

③智慧客流分析：通过人脸动态识别技术和红外线技术，对观众的参观路径与动态进行实时跟踪和统计消除安全隐患，保障参观人群的安全和舒适。通过客流分析结果防止人群过于密集，在达到博物馆单个展厅可承受上限时发出预警，及时进行智能化导流和分流，必要时进行限流，减少排队等待时长，帮助民众实现舒适化游览等。

4.5 更精密的文物修复和研究

①文物修复方案可行性检验：博物馆在运营过程中，随着时间的推移，其文物可能会出现脆化、脱色、剥落等现象，利用虚拟现实技术可以数字化记录文物古迹的现实状态，跟踪监测受损程度，还可以制定出相应的虚拟修复方案，预先模拟修复过程，检验修复技术和手段的可行性，从而避免直接人工操作带来的不必要的文物损伤。

②文物残缺补全研究：依靠大量算法分析和数据智能梳理，辅助修复专家进行文物清理预判、残缺补全，有效补充专家经验，提高修复的准确性、可靠性以及修复效率。

③古籍智能研究：古籍作为历史文化和先人智慧的重要载体，具有重要意义，但因其多为纸质文献，易被损毁且难以传播。通过数字化，让古籍文字实现从纸本到网络的空间转移，不仅能长久地留存古籍内容，延长古籍的文化生命力，而且还可以打破传统古籍的种种限制，提升了古籍文献的普及率。借助光学字符识别技术，识别版刻古籍，并转化为文本格式，再根据特定算法把古籍文本自动标注现代中文标点符号。对古籍进行全文解析、分级主题标注等实现智能化信息检索。利用知识图谱手段，运用大数据的计量统计、定位查询、聚类查询、空间分析、数据关联等技术，实现古典文献和研究成果的图谱化、智能化。为现代人减轻古文献阅读障碍，使得古籍阅读更加容易，将专业领域的科研成果转化为社会大众共享的文化资源。

5 案例

5.1 项目概况

华东地区某省级博物馆，陈列面积两千余平方米，馆藏文物二十余万件。

5.2 智能化应用建设

该博物馆在进行智能化建设时，以藏品资源建设为核心，以信息基础设施和综合业务平台建设为基础，加载了智慧客流分析、智慧安防监测、馆内智能导览、智能辅助文物修复、古籍文献智能研究等应用场景系统。（表1）

表1 某博物馆智能化应用建设内容

以智慧客流分析系统为例，其数据来源、数据分析、数据用途如图3 所示。

图3 某博物馆的智慧客流分析系统

5.3 智能化应用效益

智能化应用系统投入使用后，取得了多样化的收益，包括但不限于降低能源消耗、节约人力成本、提升运营管理效率、增加入馆参观人数、提升游客满意度、辅助文物和古籍研究等方面。有些收益可以通过折算进行定量化，有些只能定性描述，还有部分短时间内未看到明显效果但从长期来看是有价值的。根据该馆加载智能化应用前后的年度记录，整理其具体效果如表2 所示。

表2 某博物馆智能化应用建设效果

6 结语

随着智慧城市和智慧场馆的发展，博物馆工程在建设或改造时需要考虑当下和未来的智慧化应用，本文结合博物馆工程的特点，分别梳理了其作为公共建筑属性和特殊属性对智能应用的要求，并结合实际案例进行了智能应用的效益分析，以期为后续博物馆工程建设提供借鉴和参考。