在草原上，蒙古包既是生活空间，也是流动的文化遗产。面对大风、暴雪和昼夜温差带来的结构风险，中央民族大学蒙韵筑影团队尝试把光纤传感、有限元仿真和小程序预警结合起来，让传统木构建筑从“靠经验看安全”走向“用数据做预警”。

图1 草原环境中的蒙古包实景

蒙古包的安全，过去很大程度上依靠人的经验。哈那是否松动、乌尼是否变形、套瑙附近是否受力异常，往往要等到牧民或工匠巡查时才能发现。遇到大风或暴雪天气，这种“看得见才处理”的方式，很难捕捉早期的细微变化。

在前期调研中，团队注意到，传统蒙古包虽然便于拆装、适应草原环境，但其木质柔性结构也更容易受到持续风荷载、积雪压力和材料老化影响。对于牧户、景区和民俗文旅园区来说，如何在不破坏传统结构的前提下获得连续、量化的安全信息，是一个现实问题。

一根光纤，如何感知木杆受力

团队采用的核心技术手段是光纤布拉格光栅传感，即业内常说的FBG光纤传感。简而言之，当光纤被敷设于木构件附近时，木杆受力后产生的轻微拉伸、压缩或弯曲，会促使光纤内部反射波长发生改变。系统通过检测这种“波长漂移”现象，即可推断出结构应力与应变的变化态势。

相较于传统电阻应变片，光纤传感器具备体积小巧、无源传输、抗电磁干扰性能突出等优势，尤其适合草原风沙、雨雪及温差明显的户外使用环境。针对哈那、乌尼、套瑙这类不宜大规模钻孔布线的传统木构节点，光纤传感采用轻量化布置方式，能够最大限度减少对原始结构和传统工艺的扰动。

图2 FBG光纤在蒙古包模型中的布设示意

实验数据让预警更有依据

为了验证监测方法的可行性，团队选用反射波长分别为1542.91纳米和1554.94纳米的两段布拉格光栅光纤进行熔接，并分别布设在3D打印蒙古包模型的顶杆和柱体位置。一段用于感知温度变化，一段用于感知受力变化，再通过温度补偿降低环境变化对结果的干扰。

实验结果显示，波长偏移量与温度变化的线性拟合值达到0.9993；在顶杆加载测试中，压力变化与波长偏移量的线性拟合值达到0.99689。这意味着系统对外力变化具有较好的敏感性，也具备继续向实际场景验证的基础。团队负责光纤监测的队员说：“对蒙古包而言，监测的重点不是把传统建筑改造成复杂设备，而是在关键节点上补上一套尽量轻量、可长期工作的安全感知能力。”

把仿真结果转化为安全阈值

仅有实时监测数据尚不足以判断风险，确定“是否危险”还需参照基准。团队根据实地测绘资料建立了蒙古包三维模型，并运用SolidWorks Simulation开展有限元仿真，将暴雪处理为竖向载荷、强风处理为水平载荷，分析顶杆、围壁以及连接节点在不同工况下的应力与位移分布情况。

仿真结果显示，蒙古包整体具备较好的应力分散性能，但斜竖向围壁木杆件、围壁与顶杆连接节点等区域更易成为应力集中的部位。这些区域由此被确定为后续传感器布设和预警阈值标定的重点对象。

图3 蒙古包结构有限元仿真云图

预警最终要回到使用场景

在系统设想中，前端光纤传感器负责采集结构应力变化，温湿度、风速、雨量等环境传感器同步记录外部条件。数据上传后，平台会将实时监测值与仿真阈值、历史趋势和环境变化进行比对。当出现节点应力异常、构件变形趋势明显或极端天气叠加风险时，系统可通过小程序向用户或管理端推送提示。

对于牧民家庭，这套系统可以提醒用户在大风、暴雪前后检查关键节点，及时进行绑扎、加固或维护。对于草原景区、民俗园区和文保单位，平台则可以同时管理多顶蒙古包，形成结构健康台账和巡检记录，降低人工巡查遗漏风险。

图4 蒙古包木结构光纤监测预警链路示意

技术守护，也是文化守护

对蒙古包的保护，不能仅仅停留在影像记录和外观展示层面。对于仍被用于居住、展陈及文旅运营的传统木构建筑而言，结构安全本身就是活态传承的重要根基。光纤监测技术的价值，正体现在将过去依赖经验的主观巡检，转变为连续、可量化、可追溯的数据化判断。

从项目实践来看，光纤传感并非孤立存在的硬件设施，而是与力学仿真、数字孪生及移动端预警共同构成“感知-分析-判断-提醒”的完整闭环。前端的传感器使蒙古包的结构变化能够被有效捕捉，仿真模型为风险判定提供参照标准，小程序和网页平台则将专业数据转化为用户易懂且可执行的维护建议。

面向未来，随着更多实地样本、长期监测数据和极端天气案例的积累，该系统有望进一步优化安全阈值和运维指导方案。对于草原上的传统民居而言，这既是一次监测技术方面的积极探索，也为非物质文化遗产建筑在现代环境中获得持续、安全且可感知的保护提供了一条新路径。

供稿人：中央民族大学 戴圣阳

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