《Buildings》：Safety Assessment Method for Cracks in Ancient Timber Structures Based on an Improved Entropy Weight–Fuzzy Matter-Element Model
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古木结构是珍贵文化遗产的重要载体，其结构安全直接决定了历史建筑能否长期安全服役。裂缝是古木结构中最普遍且重要的损伤形式之一，可直接导致构件截面削弱、承载能力退化以及整体结构安全风险的逐渐发展。针对现有裂缝评估方法在权重确定主观性强、等级边界判别精度不足以及与力
古木结构是珍贵文化遗产的重要载体，其结构安全直接决定了历史建筑能否长期安全服役。裂缝是古木结构中最普遍且重要的损伤形式之一，可直接导致构件截面削弱、承载能力退化以及整体结构安全风险的逐渐发展。针对现有裂缝评估方法在权重确定主观性强、等级边界判别精度不足以及与力学性能耦合不充分等局限性，本研究提出了一种基于改进熵权-模糊物元模型（Improved Entropy Weight–Fuzzy Matter-Element Model, IEFMEM）的古木结构裂缝安全评估方法。研究人员建立了包含裂缝几何特征、结构承载能力和服役时间效应的多维度评价指标体系。研究人员引入力学驱动的承载能力退化指数，定量表征裂缝扩展对结构性能劣化的影响机制。研究人员采用熵权法（Entropy Weight Method, EWM）客观确定各指标权重，并引入非对称贴近度（Asymmetric Closeness Degree, ACD）对传统模糊物元模型进行改进，从而增强了安全等级分类的稳定性和准确性。研究人员以沈阳建筑大学八王寺（Bawang Academy）为案例进行工程验证，通过图像识别和三维激光扫描技术获取裂缝参数，并进行综合结构安全评估。结果表明，所提方法能准确反映结构的实际损伤分布和劣化水平，为古木结构的裂缝安全评估和预防性保护提供了可靠的理论基础和技术支持。
**论文解读：基于改进熵权-模糊物元模型的古木结构裂缝安全评估方法**
**研究背景与问题**
古木结构是中国文化遗产的重要载体，在现存的古建筑体系中占比约70%，但由于木材的各向异性、干湿循环、长期荷载和环境劣化，裂缝成为最普遍且危害最大的损伤形式，占比超过50%。裂缝直接导致构件截面削弱、承载能力退化，并可能引发整体结构安全风险。现有评估方法存在权重确定主观性强（如层次分析法AHP）、等级边界判别精度不足（如最大隶属度原则）、以及难以与力学性能有效耦合等局限。灾害导向的研究（如地震、火灾）主要关注极端工况，而服务状态下的渐进劣化行为研究不足。为此，本研究提出一种基于改进熵权-模糊物元模型的裂缝专项安全评估方法，以解决上述问题并服务于预防性保护。
**研究内容与结论**
研究人员构建了以裂缝为中心的多维度评价指标体系，包含裂缝几何特征、结构承载能力和服役时间效应三大类共6个指标（裂缝长度比、最大裂缝宽度、裂缝倾斜角、裂缝深度比、承载能力、服役时间），并针对木柱和木梁分别定义承载能力退化系数。采用熵权法客观计算指标权重，引入非对称贴近度改进传统模糊物元模型，提升了等级分类的稳定性和准确性。以沈阳建筑大学八王寺（建于1415年，2008年迁建）为案例，通过YOLOv8模型进行图像识别提取二维裂缝参数，结合三维激光扫描点云数据获取裂缝深度及构件几何信息，最终完成全结构安全评估。结果表明：整体安全等级为三级（较危险），其中承载木柱整体为一级（安全），但部分柱裂缝长度比已达三级，存在纵向贯通裂缝；承载木梁整体为三级（较危险），裂缝长度比、最大宽度均为三级，深度比超梁径四分之一，尽管抗弯承载力尚在安全范围但劣化趋势明显。该案例验证了方法能准确反映实际损伤分布和劣化水平，为古木结构裂缝评估与保护提供了理论与实践依据。论文发表在《Buildings》。
**关键技术方法**（不超过250字）
本研究采用的主要关键技术方法包括：（1）基于YOLOv8的裂缝自动检测模型，从高分辨率图像中提取裂缝长度和宽度；（2）使用Faro Focus 3D X330系统进行多站三维激光扫描，通过点云配准和拼接重建完整三维几何模型，获取裂缝深度及构件截面尺寸；（3）建立包含6个指标的多层次裂缝评价体系，并基于力学原理推导承载能力退化系数——针对木柱引入稳定性、截面积和初始偏心率的综合损伤指数，针对木梁考虑弯曲和剪切破坏机制并引入裂纹发展指数；（4）采用熵权法客观计算各指标权重；（5）改进传统模糊物元模型，以非对称贴近度替代最大隶属度原则进行安全等级判定。
**研究结果**
**4.4.1 承载木柱安全状态分析**
通过评估模型计算，承载木柱整体安全等级为一级（安全）。服役时间指标处于安全范围（2008年修复后）。基于几何和承载指标，木柱抗压承载能力在安全阈值内，但裂缝长度比达三级（较危险），现场实测显示个别柱存在纵向贯通裂缝，导致有效截面积和惯性矩降低。综合表明：木柱尚未发生失稳或压溃，但局部裂缝已引入潜在风险，建议对存在贯通或扩展裂缝的柱加强监测并适时加固。
**4.4.2 承载木梁安全状态分析**
评估结果显示承载木梁整体处于三级（较危险），对结构安全起控制作用。服役时间指标达四级（危险），表明材料老化显著。抗弯承载能力虽在相对安全范围，但裂缝长度比和最大宽度均达三级，裂缝深度比达三级（超过梁径四分之一），表明裂缝已深入截面内部，有效承载面积减小。裂缝倾斜角为0.058，低于规范要求弯构件干预阈值0.1，裂缝形态尚未主导应力行为。综合表明：木梁尚未整体失效，但裂缝已显著影响承载能力，建议优先监测并针对性加固。
**讨论与结论**
讨论部分指出，研究所提方法在工程案例中表现出良好一致性，可区分木柱和木梁的不同安全状态，为裂缝评估和预防性保护提供实用工具。但方法存在局限性：仅基于单一案例（八王寺）验证，需在更多遗产木结构上扩展验证；部分分类阈值和模型参数依赖工程解释，可能引入主观性；未与既有结构安全评估方法进行系统对比。未来研究将完善案例库、增强参数鲁棒性并开展对比分析。
研究结论部分翻译如下：
本研究提出了一种基于熵权改进模糊物元模型的古木结构综合裂缝评估模型，并通过工程案例验证了其有效性。得出以下结论：（1）建立了以裂缝损伤为中心、适用于古建筑木柱和木梁的多层次评价指标体系，通过耦合裂缝几何特征与结构承载行为，实现了裂缝损伤对结构性能退化影响的定量表征；（2）将熵权法引入评估模型，实现了指标权重的客观确定，有效减少了传统专家赋权的主观性，提高了评估结果的稳定性和可靠性；（3）通过引入非对称贴近度改进传统模糊物元模型，克服了最大隶属度原理在等级边界附近误判和鲁棒性差的问题，显著提升了等级识别的准确性和可靠性；（4）工程案例表明，所提方法与实际结构损伤状态高度一致，能准确识别木柱和木梁的差异化安全等级，为古木结构的裂缝安全评估和预防性保护提供了实用工具和理论基础。综上所述，所提方法在古木结构裂缝综合评估中表现出良好的工程适用性和决策支持能力，可为结构状态评估和保护策略制定提供技术依据。
