在历史建筑的保护与更新过程中，如何在最小干预的前提下，科学评估构件的劣化风险与环境适应性，是当前文化遗产保护面临的重要挑战之一。近年来，建筑物理领域的热湿气耦合（HAM）模拟技术，正日益成为连接遗产保护理念与工程实践的关键工具。

热湿气耦合模型能够系统模拟建筑围护结构中水分与热量的传递过程，预测特定材料或结构在不同气候条件下的热湿响应行为，从而支撑病害诊断、干预措施评估与节能策略制定。在欧洲，该技术已广泛应用于历史建筑的节能改造、病害识别与环境风险评估。例如，在干预实施前，研究者可在模型中构建不同保温材料与厚度的情景组合，输入历史或未来气象数据，计算能耗或评估冷凝、冻融、霉菌滋生等风险。这种“模拟－评估－实施”的机制，显著提升了设计方案的科学性与风险控制能力。

相较于传统依赖经验与单点实测的方式，热湿气耦合模拟提供了“计算预测－方案优化－精准实施”的技术路径，为文化遗产保护决策注入了更强的科学支撑。然而，由于热湿传递过程的非线性特征、材料的非均质性以及气候条件的多变性，目前主流模型在边界处理、数值算法与参数设定方面差异显著，预测结果常存在偏差。明确各模型的适用范围与误差容忍度，已成为提升模拟可信度与工程指导性的关键课题。

科学基准与国际合作：

全球最大规模热湿气耦合实证研究

为回应上述挑战，国际上已启动多项合作研究项目。早期如国际能源署IEA Annex 24项目“建筑保温围护结构的热湿气传递”（1996）系统性比较了模型算法和输入参数；欧盟EU HAMSTAD项目“热湿气耦合数值模拟的标准化”（2001）首次开展了模型准确性研究，采用五组虚拟工况进行跨模型对比；欧盟RIBuild项目“历史建筑能效提升的稳健性”（2015—2020）则聚焦历史建筑内保温改造，建立了从材料选择到施工方法的完整评估体系。

2023—2024年，由比利时鲁汶大学主导的“稳态边界条件下建筑部件热湿响应计算的跨模型效度确认研究”成为该领域迄今规模最大、参与最广的国际合作项目。项目由比利时荷语鲁汶大学建筑物理与可持续性设计系党新元博士、Hans Janssen教授与Staf Roels教授共同发起，联合来自19个国家、38个研究团队的70余位研究者，依托全尺度“热箱－冷箱”实验平台，采用循环实证方法，对多种热湿耦合模型开展系统化评估。

基准实验选用四组由硅酸钙、岩棉、木纤维板等典型保温材料构成的墙体，监测其在不同边界条件下的瞬态水分迁移与能量交换过程，并测试了导热系数、吸放湿曲线、蒸汽扩散系数、液水传递系数等关键热湿属性，为模拟输入提供标准化依据。

所有参与者采用不同的热湿气耦合模型进行三阶段模拟。第一阶段仅提供基本材料信息，评估模型对缺失输入条件的稳健性；第二阶段提供完整材料属性和热湿响应监测结果，评估模型在充分输入条件下的可靠性；第三阶段允许参数优化，测试模型的可调性与适配能力。

结果显示，即使在统一实验数据支持下，不同模型在湿度与水分含量等变量的预测上仍存在显著偏差，反映出材料属性输入方式和表面传输系数设定等对模拟结果的深远影响。这表明，提升热湿气模型在遗产保护中的效度与适配性，需在建模流程标准化、输入数据可靠性与用户操作界面等方面持续优化。

该研究还公开了基准实验和多阶段多模型的计算结果，构建了可共享、可复现、可拓展的数据集。

他山之石与本土路径：

热湿气耦合模拟参与遗产保护刍议

本次合作不仅拓展了建筑物理领域对模型效度的科学认知，也为文化遗产保护中的环境响应模拟提供了坚实的理论基础。参与团队多来自长期致力于建筑材料热湿性能测定、模型开发与历史建筑性能评估的研究机构，如英国伦敦大学学院、德国德累斯顿工业大学、加拿大康考迪亚大学、比利时根特大学、爱沙尼亚塔林理工大学、葡萄牙波尔图大学等，体现了该技术在遗产保护领域的广泛关注与应用深度。

各国在热湿气耦合模拟应用于文化遗产保护方面存在差异。欧美国家尤其重视模型在工程决策中的“采信机制”，即将模拟结果纳入遗产保护项目的前期评估与设计审批流程。例如在阿姆斯特丹国家博物馆改造中，热湿气耦合模拟计算结果直接影响了保温材料的选型与施工方式；英国建筑水分研究协会则将热湿模拟作为室内环境控制与病害预警的核心工具，推动其在政策层面的制度化嵌入。

在中国，热湿耦合模拟正从基础研究逐步拓展至工程实践。参与本次合作的国内科研团队中，重庆大学开展了多孔材料热湿性能的全尺度实验，上海交通大学聚焦建筑外墙风趋雨边界条件建模，东南大学参与莫高窟与麦积山等世界遗产的热湿环境分析，中国建筑科学研究院则在国家标准制修订中发挥了重要作用。

然而整体来看，仍存在多重挑战：尚未建立跨学科、系统化的研究与教育体系，建筑物理（尤其是热湿传递研究领域）作为独立学科方向在高校中设置不足；历史建筑材料的热湿物理参数缺乏系统测试与归档，数据多为个案，难以支撑普适建模；模型验证机制不完善，实验数据标准化程度低，难以支撑跨模型效度比对；工程实践中应用机制不明，模拟结果尚未被明确纳入干预决策或审批流程，影响其制度效能。

未来发展应聚焦“易用性”与“标准化”。在政策层面，建议将热湿耦合模拟纳入历史建筑保护技术标准与评估体系，作为干预策略论证的重要组成部分；在实践层面，推动其参与示范项目设计，探索在项目立项、审批、施工等环节的制度性嵌入方式。此外，高校应增设建筑物理交叉课程，培养具备遗产保护意识与建模能力的复合型技术人才；构建遗产材料热湿物性数据库，支持标准化建模；鼓励科研机构与文保部门联合开展基准实验与模拟实证研究。

热湿耦合模拟技术正成为文化遗产保护决策与建筑节能改造中的重要支点。模型可靠性和稳健性的评估不仅是理论研究的基础，更是保护实践的核心需求，其准确性直接影响干预策略的科学性与可持续性。从国际能源署和欧盟主导的既往项目，到此次由比利时鲁汶大学发起的跨模型循环实证合作，一个多学科、跨国界、数据驱动的热湿耦合导向的遗产保护新范式正在形成。这一范式不仅推动了建筑物理与文化遗产保护的深度融合，也为全球遗产保护技术体系的标准化、透明化和协同化奠定了基础。

面对这一趋势，我们亟须把握关键机遇，积极做好标准对接、方法适配和人才协同等工作，推动热湿耦合模拟从科研工具向制度工具转型，将其纳入文物保护项目的技术评估体系与设计审批流程，提升干预策略的科学性与可控性。同时，应加强基础数据建设与教育体系完善，构建具有中国特色的遗产保护建模平台与人才培养机制。文化遗产保护是薪火相传的事业，既需要历史的敬畏，也需要科学的支撑。热湿耦合模拟作为连接传统与现代的桥梁，正为我们提供一条更精准、更可持续的保护路径。唯有在理念、技术与制度层面形成合力，方能真正实现文化遗产的科学守护与永续传承。

［本文系国家留学基金委“国家建设高水平大学公派研究生项目”阶段性成果（202006090005），作者单位：比利时荷语鲁汶大学建筑物理与可持续性设计系］