Strona główna

Archiwum z roku 2002

Spis treści numeru 3/2002

Komputerowa ochrona zabytków
Poprzedni Następny

Badania naukowe

Zamiar był dość prosty: należy zbadać przyczyny i ewentualne zmiany, jakie mogą 
nastąpić w konstrukcji budynku w chwili jego zagrożenia. Dzięki nowoczesnym środkom oraz modelowi numerycznemu, można wymuszać przemieszczenia i przewidywać, 
jaki wpływ będą miały na budowlę.

Monika Szabłowska

Fot. Monika Szabłowska

Od lewej:
dr. M. Skłodowskich, 
prof. J. Holnicki-Szulc,
dr D. Wiącek

 Postulaty ochrony obiektów historycznych śmiało można zaliczyć do haseł zawsze aktualnych. Dziedzictwo kulturowe, określanie tożsamości narodowej to – niestety, często bez potwierdzenia w rzeczywistym świecie – zagadnienia bardzo popularne w obecnej chwili. Jak zwykle, pięknie brzmiące słowa, w mniemaniu wielu decydentów, mają zastąpić konkretne działania.

Problem rozwoju zniszczeń w budynkach historycznych na szczęście (lub na nieszczęście, że w ogóle istnieje) nie dotyczy wyłącznie polskich obiektów zabytkowych. Znanymi wszystkim przykładami tego typu zniszczeń, grożących całkowitym zawaleniem się zabytków, są wieża w Pizie oraz Bazylika św. Marka w Wenecji. Do nawoływań historyków i konserwatorów przyłączyli się również inżynierowie i naukowcy. Problem przestał mieć tylko lokalne znaczenie, stał się międzynarodowy, dlatego tak istotna jest współpraca wielu zespołów badawczych z różnych krajów.

MODEL NUMERYCZNY

Przy ul. Świętokrzyskiej w Warszawie mieści się Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN. Tu właśnie nad pierwszym w Polsce modelem numerycznym oraz monitorowaniem obiektu zabytkowego pracowali: prof. Jan Holnicki-Szulc i dr Dariusz Wiącek. – Zainteresowanie budowlami historycznymi – mówi profesor – nasiliło się na początku lat 80., kiedy to pod Mediolanem, ku zaskoczeniu wszystkich, runęła średniowieczna wieża ceglana. To właśnie wydarzenie, jak i ogólne zainteresowanie uczonych (czego przykładem są już dwie międzynarodowe konferencje) sprawiło, że podjęto prace na skalę międzynarodową. Potrzeba ratowania dziedzictwa kulturowego obaliła wszelkie granice.

– Komitet Badań Naukowych finansuje poznawczą część badań – mówi prof. J. Holnicki-Szulc – wdrożeniową powinny się zająć firmy działające na rynku. Niestety, nasza praca nie została do końca zrealizowana.

Całość rozpoczęła się w chwili, gdy Nadbałtyckie Centrum Kultury, będące formalnym właścicielem kościoła św. Jana w Gdańsku, zwróciło się do IPPT z prośbą o dokonanie ekspertyzy i przeciwdziałanie zagrożeniu, w jakim znalazł się wspomniany obiekt. Pracę nad monitorowaniem kościoła oraz stworzeniem jego modelu numerycznego rozpoczęto w 1998 r., a ukończono w 2000. Sprzyjającą okolicznością okazały się obchody 1000-lecia Gdańska. Zamiar był dość prosty: należy zbadać przyczyny i ewentualne zmiany, jakie mogą nastąpić w konstrukcji budynku w chwili jego zagrożenia. Praca była ogromna, tym bardziej że nagle okazało się, jak małą wiedzą dysponujemy na temat dawnych obiektów.

– Kościoły polskie nie mają dokumentacji inżynierskiej – wyjaśnia dr D. Wiącek. – Właściwie nie ma niczego, co mogłoby pomóc w odtworzeniu przebiegu budowy obiektu i jego późniejszych renowacji. Dopiero poprzez obserwację oraz pomiar, mierzenie deformacji, obciążeń dynamicznych można rozpoznać parametry konstrukcyjne takiej budowli. Jest to odwrócenie podejścia inżynierskiego w rozumieniu tradycyjnym. Aby przewidzieć zagrożenia, najlepszym rozwiązaniem jest stworzenie modelu numerycznego danego obiektu. Musimy zbudować sieć pomiarową i model komputerowy, które współpracując pozwolą zdobyć wiedzę o tym budynku.

PEŁNY MONITORING

Turysta, wchodząc do kościoła, nie zauważa wielkich zmian czy rys na ścianach. Zachwyca się wystrojem wnętrza, polichromią. Dla badaczy każde pęknięcie jest sygnałem ostrzegawczym. Współczesna technika komputerowa stwarza wiele możliwości. Dzięki odpowiednim programom obliczeniowym można przewidzieć, jak zachowywać się będzie dany obiekt, np. przy różnych obciążeniach. – Najlepsze byłoby monitorowanie go w czasie rzeczywistym – stwierdza z uśmiechem prof. Jan Holnicki–Szulc.

W kościele św. Jana w Gdańsku, po pracach melioracyjnych przy jednej z odnóg Wisły, zaczęły wysychać grunty, przy których stoją budynki otaczające kościół. Skłoniło to Nadbałtyckie Centrum Kultury do podjęcia inicjatywy (szczególnie warto wymienić dwie osoby: Jadwigę Kaczyńską oraz dr. inż. Jakuba Szczepańskiego, architekta). Plany były wspaniałe. W Polsce pierwsze próby podjęto na Jasnej Górze, w Sandomierzu i we Wrocławiu, żadna z nich nie zakończyła się pełnym wykonawstwem.

Dr Dariusz Wiącek dumny jest z wyniku swojej pracy. Celem monitorowania jest to, aby model zachowywał się tak samo, jak konstrukcja rzeczywista. Trzeba to robić, jeżeli zależy nam na ochronie obiektów historycznych. Takie działanie wydaje się jedynym racjonalnym sposobem decydowania o zachowaniu dawnej konstrukcji.

Opiekunem i inicjatorem projektu monitorowania kościoła św. Jana, jako zadania naukowego, jest prof. Jan Holnicki-Szulc. Wiele pracy i zaangażowania wymaga opracowanie tak szczegółowego i prekursorskiego, jak na polskie warunki, zadania. A chyba nie tylko polskie, bo jak dodaje dr Marek Skłodowski: – Na świecie są tylko cztery w pełni monitorowane obiekty (jeśli chodzi o deformację) oraz sprawdzony model numeryczny, np. katedra w Mexico City czy wieża w Pizie. Kościół św. Jana w Gdańsku jest wyjątkiem na skalę Polski. Natomiast we Włoszech, Portugalii czy Hiszpanii jest bardzo wiele obiektów zabytkowych, do których tworzone są modele numeryczne i prowadzone pomiary, lecz najczęściej są to pomiary doraźne, dokonywane metodami geodezyjnymi.
Zdaniem profesora, działanie nie może być doraźne i jednostkowe. Warte uwagi są również takie obiekty, jak zamek w Malborku, kościół św. Jana w Warszawie, kościół Mariacki w Gdańsku czy kościół Dominikanów na lubelskim Starym Mieście.

Zdaniem wszystkich zaangażowanych w przedsięwzięcie badaczy, jak najistotniejsze jest, aby do końca przeprowadzono zamierzone działania. Za pomocą rozmieszczonych wewnątrz kościoła czujników można np. określić zmianę odległości pomiędzy szczytami dwóch filarów, zmianę poziomu dwóch sąsiadujących fundamentów. Zebrane dane wprowadza się do komputera i wtedy można symulować różne rodzaje obciążeń, zwłaszcza obniżanie nierównomierne podłoża i przewidywać, jaki to ma wpływ na konstrukcję budowli – wyjaśnia prof. Holnicki-Szulc.

Wykres numeryczny Kościoła św. Jana

 

NIEPOWTARZALNE PIĘKNO

Szkoda tylko, że brak środków finansowych nie pozwolił na całkowitą realizację powyższych rozwiązań. Szkoda, bo ta metoda mogłaby zapobiec wielu nieodwracalnym zmianom, którym ulegają obiekty historyczne pod wpływem czynników atmosferycznych czy... działalności człowieka. Trud naukowców był ogromny, pozyskanie wiedzy bardzo czasochłonne, nadzieje, niestety, niespełnione.
– Czujniki muszą być na kieszeń właścicieli obiektów zabytkowych – mówi z uśmiechem dr Skłodowski. – Czujniki laserowe, światłowody z kamerami telewizyjnymi czy tzw. czujnikami czasu przelotu, kiedy mierzy się wiązką laserową odległość między filarami, są znacznie droższe od pomiarów mechanicznych.

By zostały wykorzystane przez zleceniodawców, muszą być tańsze, a obniżenie kosztów ich produkcji wymaga jeszcze sporego nakładu czasu i garści pomysłów konstruktorskich.

Praca prof. Holnickiego oraz dr. Wiącka na pewno nie pójdzie na marne. Pracują już nad nowym projektem. Dr Marek Skłodowski, który przez cały czas aktywnie współpracował z nimi, stwierdza: – Ja pozostałem wierny tematyce budowli historycznych, zainspirowany właśnie tą pracą. Moją pasją jest rozwój metod pomiarowych i czujników. Dr Skłodowski zapewnia, że gdy tylko zaistnieje możliwość dalszej współpracy, od razu ją wykorzysta, by kontynuować podjęte zadania.

Na komputerowym monitorze widzę kolorowy przestrzenny wykres przemieszczeń pionowych w kościele św. Jana w Gdańsku. Dr Dariusz Wiącek tłumaczy znaczenie poszczególnych barw: granat – to największe przemieszczenia, czerwień – zerowe, pośrodku gama kolorów prezentująca różne stany. Dzięki nowoczesnym środkom oraz właśnie modelowi numerycznemu, można wymuszać przemieszczenia i przewidywać, jaki wpływ będą miały na budowlę. Jest to bardzo istotne, gdyż czas już na to, aby nie tylko zachwycać się osiągnięciami współczesnej techniki, ale wykorzystać je szybko i efektywnie. Można wiele uczynić, przede wszystkim przenieść rezultaty naukowych doświadczeń i badań do rzeczywistości.

– Kościół św. Jana jest pod stałą kontrolą. Nie taką, o jakiej marzyliśmy, ale cały czas jest monitorowany – zapewnia prof. Holnicki-Szulc.

Profesor współpracuje z zespołami naukowymi na całym świecie. Opowiada o słynnym moście pod Edynburgiem. Szkoci tak go ukochali, że aby go ratować (stara konstrukcja nie wytrzymywała ciężaru przejeżdżających pociągów) poruszyli wręcz niebo i ziemię. Udało się, i są z tego bardzo dumni.

Ochrona zabytków historycznych to problem na skalę światową, nie zapomnijmy o naszym małym podwórku, które również wymaga opieki. Polscy naukowcy, inżynierowie potrafią stworzyć konstruktorskie rozwiązania godne najlepszych pochwał. Przyjemnie jest ratować miejsca, czasem nawet odległe w przestrzeni, lecz poświadczające nasze zakorzenienie w przeszłości. Tym bardziej że są to głównie zabytki klasy zerowej, a zatem ich piękno jest niepowtarzalne, nawet w konfrontacji z innymi obiektami tego typu. Pojawia się zatem przed współczesnym człowiekiem wielkie zadanie: ratowanie znaków historii dawnej. Nie wolno bagatelizować tego problemu, budynek łatwo może się rozpaść, lecz jego nieobecność stanie się brakiem doświadczającym każdego z nas.

Komentarze