基于古建筑的保護(hù)及修繕方法探究

王靜

（甘肅省文物考古研究所，蘭州730000）

1 引言

我國擁有悠久的歷史，至今留下來的建筑物都是稀世瑰寶，是幾千年來無數(shù)工匠們?cè)陂L期建筑實(shí)踐中所積累下來的經(jīng)驗(yàn)，是一份寶貴財(cái)富。我國的古建筑可根據(jù)其所使用的建筑材料大致分為木結(jié)構(gòu)古建筑、磚木結(jié)構(gòu)古建筑、磚結(jié)構(gòu)古建筑三大類[1]。隨著歲月的增長和氣候環(huán)境的改變，越來越多的古建筑都面臨年久失修的狀態(tài)。部分建筑的承重結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部位的殘損點(diǎn)或其組合已影響建筑結(jié)構(gòu)的安全和正常使用，有必要采取加固或修理措施，甚至部分建筑的承重結(jié)構(gòu)的局部或整體已處于危險(xiǎn)狀態(tài)，隨時(shí)可能發(fā)生意外事故，必須立即采取搶修措施，這些嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)都在時(shí)刻提醒我們要加快對(duì)古建筑進(jìn)行保護(hù)。

2 古建筑保護(hù)和修繕中存在的主要問題

通過查閱相關(guān)資料和實(shí)際案例，本文將古建筑保護(hù)和修繕工作中存在的主要問題總結(jié)如下：（1）缺乏專業(yè)的修繕人員。我國現(xiàn)存的古建筑多為木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)，如對(duì)其進(jìn)行修繕必須熟練掌握我國歷代古建筑的營造法式，但目前我國只有極少數(shù)的大學(xué)院校開設(shè)了古建筑相關(guān)專業(yè)課程，每年所能夠培養(yǎng)的專業(yè)人員數(shù)量極其有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足古建筑修繕和保護(hù)的人員需求。（2）缺乏科學(xué)便捷的檢測(cè)技術(shù)。古建筑都具有一定的保護(hù)價(jià)值，致使檢測(cè)人員無法對(duì)其進(jìn)行破損式檢測(cè)，使古建筑構(gòu)件內(nèi)部的完好性無從掌握，僅僅憑借肉眼對(duì)構(gòu)件外觀進(jìn)行目視檢測(cè)或依靠敲擊定位等傳統(tǒng)方法無法全面客觀地對(duì)建筑物構(gòu)件力學(xué)性能進(jìn)行全面的評(píng)估。（3）缺乏合適的修繕材料。由于我國古代建筑工匠存在嚴(yán)格的師承體制，許多在古建筑中使用的工藝或材料屬于“絕對(duì)機(jī)密”，除了工匠本人或其師承其他人無法知曉整個(gè)工藝流程或材料配比，一旦該工匠家族或師承出現(xiàn)意外，將會(huì)導(dǎo)致其所使用的工藝或材料失傳，后人便無法知曉其具體的工藝或配比。

3 超聲波檢測(cè)技術(shù)在古建筑保護(hù)與修繕中的應(yīng)用

目前，許多古建筑因?yàn)榛A(chǔ)和承重結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損而損壞，但無論是木結(jié)構(gòu)還是磚木結(jié)構(gòu)的古建筑，其基礎(chǔ)或承重結(jié)構(gòu)通常隱藏在建筑物地下或內(nèi)部，如采用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行目視檢測(cè)無法察覺到基礎(chǔ)或承重構(gòu)件內(nèi)部的細(xì)小裂縫，一旦已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的基礎(chǔ)或承重構(gòu)件繼續(xù)受力將造成裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致基礎(chǔ)或承重構(gòu)件斷裂。因此，定期對(duì)古建筑的基礎(chǔ)和承重構(gòu)件進(jìn)行定期的檢測(cè)是十分必要的。首先，應(yīng)當(dāng)在古建筑基礎(chǔ)及其內(nèi)部設(shè)置合理的沉降觀測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)其進(jìn)行復(fù)測(cè)，從而獲取測(cè)量期內(nèi)古建筑基礎(chǔ)和建筑的沉降變化量。如果所測(cè)得的沉降量與歷年相近，則表示古建筑尚在可控的范圍內(nèi)。其次，對(duì)于部分沉降量發(fā)生較大變化的古建筑可對(duì)其基礎(chǔ)或承重構(gòu)件進(jìn)行敲擊回聲測(cè)試，或?qū)Σ糠只A(chǔ)、承重構(gòu)件在不影響結(jié)構(gòu)外觀的前提實(shí)施局部破損檢測(cè)。最后，可利用超聲波技術(shù)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)，從而最終確定和評(píng)估建筑物的安全情況。

超聲波檢測(cè)技術(shù)是通過向測(cè)量物體發(fā)射固定頻率的聲波，并利用物體內(nèi)部不同材質(zhì)對(duì)聲波發(fā)射速度的差異性來判別被測(cè)量物體內(nèi)部是否存在雜質(zhì)或空隙等。最初的超聲波檢測(cè)技術(shù)被應(yīng)用在機(jī)械鑄造領(lǐng)域，用于檢測(cè)精密機(jī)械構(gòu)件，如檢測(cè)大型軸承、齒輪等鑄造加工完成后其內(nèi)部是否存在雜質(zhì)、砂眼、細(xì)微裂縫等問題。隨著超聲波檢測(cè)技術(shù)的普及，其在民用建筑中也被廣泛用于檢測(cè)建筑樁基礎(chǔ)或承重結(jié)構(gòu)。在古建筑保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，也是利用了聲波在不同物體內(nèi)傳播速度不一這一物理學(xué)原理。作業(yè)時(shí)，超聲波發(fā)射器被固定在測(cè)量對(duì)象的表面，而聲波接收器則被固定在測(cè)量對(duì)象的另一側(cè)，待發(fā)射和接收設(shè)備固定完成后，接通電源，發(fā)射裝置波開始源源不斷地向測(cè)量對(duì)象發(fā)射固定頻率的超聲波，如測(cè)量對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布均勻，不存在空隙、裂縫、蛀洞等損傷點(diǎn)，所有聲波始終在物體被保持固定的傳播速度和傳播角度，而此時(shí)在接收設(shè)備上所顯示的波形較為平滑。一旦物體內(nèi)部存在空隙、裂縫、蛀洞等損傷點(diǎn)，勢(shì)必會(huì)造成空氣等雜質(zhì)進(jìn)入物體內(nèi)部，或是在物體內(nèi)部形成一處近似于真空的空鼓，當(dāng)超聲波傳遞到此處時(shí)，超聲波的傳播速度和傳播路徑發(fā)生較大改變，從而使接收器上所顯示的波形出現(xiàn)細(xì)微波動(dòng)。目前，最新型的多普勒超聲波探測(cè)儀（見圖1）可同時(shí)發(fā)出數(shù)組不同頻率的超聲波，其接收裝置可同時(shí)接收和換算不同頻率波段所發(fā)生的波動(dòng)，最終顯示器上可直接顯示空隙、裂縫、蛀洞等損傷點(diǎn)的具體位置和大小等信息，如設(shè)備再結(jié)合室內(nèi)激光測(cè)繪技術(shù)則可直接將損傷點(diǎn)的具體位置和大小等信息在數(shù)字模型上進(jìn)行標(biāo)注，以便及時(shí)對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估和修繕。

圖1 超聲波探傷儀

4 復(fù)合樹脂注膠和復(fù)合材料膜包裹技術(shù)在古建筑保護(hù)與修繕中的應(yīng)用

對(duì)古建筑基礎(chǔ)和承重構(gòu)件進(jìn)行檢查可及時(shí)發(fā)現(xiàn)其構(gòu)件內(nèi)部存在的缺陷，而如何對(duì)其進(jìn)行加固和修復(fù)也成為目前古建筑保護(hù)和修繕的難題之一。首先，許多木結(jié)構(gòu)建筑所損壞的構(gòu)件往往處在建筑物結(jié)構(gòu)的深處。而木結(jié)構(gòu)的古建筑往往是采用榫卯式工藝進(jìn)行固定的，如若需要更換其中一個(gè)構(gòu)件則必須事先拆除大量其他的構(gòu)件，整個(gè)過程也將會(huì)對(duì)古建筑本身造成巨大損害。其次，部分已損壞的構(gòu)件如建筑的大梁、立柱等原先是由一整根木材進(jìn)行加工的[2]，但如今如此大規(guī)模的原木已經(jīng)十分罕見，且其采購價(jià)格很高。除此之外，木結(jié)構(gòu)古建筑中許多先進(jìn)的榫卯工藝已經(jīng)失傳，現(xiàn)今的工匠無法拆解和復(fù)原古建筑中的構(gòu)件。

復(fù)合樹脂注膠技術(shù)是通過將預(yù)先調(diào)配好的復(fù)合樹脂利用注射器沿著預(yù)先開鑿的孔洞注入構(gòu)件內(nèi)部，并沿著構(gòu)件內(nèi)部已經(jīng)存在的裂縫和孔隙逐步上末端延伸，并最終填充滿整個(gè)孔隙和裂縫。復(fù)合樹脂本身具有一定的黏合性，能夠較好地黏合木材、石料、磚瓦等材料。復(fù)合樹脂材料具有一定的和易性，能夠被加壓設(shè)備順利地注入孔隙中，同時(shí)其材料本身的分子結(jié)構(gòu)較小，使其能夠深入材料內(nèi)部細(xì)微的裂縫或空隙中。在注射完成后，復(fù)合樹脂能夠在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行固化，固化后構(gòu)件內(nèi)部的空隙和裂縫將完全被樹脂填滿，共同形成一個(gè)新的整體，從而提高構(gòu)件的整體力學(xué)性能[3]。

復(fù)合材料包裹技術(shù)則是采用高強(qiáng)度的復(fù)合織物對(duì)現(xiàn)有的構(gòu)件進(jìn)行纏繞、包裹，其材料本身的抗拉性和延展性較高，在施工過程中能夠十分緊密地貼合在大梁、立柱等大尺寸構(gòu)件外側(cè)。復(fù)合材料本身是由化工材料構(gòu)成，適宜粉刷油漆，從而可進(jìn)一步降低修繕工作對(duì)構(gòu)件本身外觀的影響。通過利用復(fù)合材料進(jìn)行包裹后，大梁或立柱本身存在的開裂、空隙等在外力的作用下重新被擠壓在一起，整個(gè)構(gòu)件又重新恢復(fù)了整體。此項(xiàng)工藝尤其適合對(duì)古建筑的大梁、立柱等進(jìn)行修繕和加固，從而提高古建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

雖然，復(fù)合樹脂和復(fù)合材料包裹技術(shù)是目前應(yīng)用比較廣泛、施工效率較高的幾種古建筑修繕工藝，但其依舊存在一定的缺陷。例如，復(fù)合樹脂在修復(fù)存在大量的裂縫或蛀蝕嚴(yán)重的構(gòu)件時(shí)較難把握注膠的壓力，壓力太大會(huì)導(dǎo)致原有的構(gòu)件遭到損壞，壓力太小則無法將裂縫或蛀洞填滿；復(fù)合包裹材料則在修復(fù)斗拱、窗框等小體量的構(gòu)件時(shí)，因包裹體積小而無法實(shí)現(xiàn)全方位的包裹，進(jìn)而影響其修復(fù)效果。

5 結(jié)語

古建筑是現(xiàn)代社會(huì)的寶貴財(cái)富，不僅是啟發(fā)愛國熱情和民族自信心的實(shí)物，而且蘊(yùn)含我國勞動(dòng)人民的智慧。古建筑中所采用的工藝值得人們繼承和思考。古建筑本身所承載的歷史文化也是中華民族數(shù)千年的瑰寶，是研究歷史的實(shí)物例證。因此，對(duì)古建筑進(jìn)行全面有效的保護(hù)和修繕，不僅能進(jìn)一步弘揚(yáng)歷史文化，而且能為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)和藝術(shù)創(chuàng)作提供重要借鑒。