意大利歷史建筑維護(hù)的海外教學(xué)實(shí)踐探索

［摘 要］同濟(jì)大學(xué)致力于培養(yǎng)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力與國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)力的創(chuàng)新人才。秉承國(guó)際化辦學(xué)傳統(tǒng)，土木工程學(xué)院部分師生于同濟(jì)大學(xué)海外校區(qū)——佛羅倫薩校區(qū)，開(kāi)啟了一次歷史建筑、現(xiàn)代科技和人文素養(yǎng)完美融合的低碳、智能與韌性技術(shù)應(yīng)用教學(xué)之旅。師生們通過(guò)理論教學(xué)、參加學(xué)術(shù)講座、實(shí)地考察、匯報(bào)交流等方式開(kāi)展了“尋訪羅馬和梵蒂岡的歷史建筑之美”“佛羅倫薩的低碳建筑嘗試”“比薩斜塔糾偏的智能系統(tǒng)”以及“韌性城市建設(shè)——圣母百花大教堂穹頂?shù)木S護(hù)工作”四個(gè)典型案例的教學(xué)實(shí)踐，深入了解了意大利的人文風(fēng)情，近距離學(xué)習(xí)了現(xiàn)代科技在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用。這對(duì)師生開(kāi)闊國(guó)際視野、提升綜合素質(zhì)具有重要作用。

［關(guān)鍵詞］海外教學(xué)； 低碳、智能與韌性；古建筑保護(hù)

［中圖分類號(hào)］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）21-0132-05

當(dāng)今世界正在經(jīng)歷百年未有之大變局，科技革命與產(chǎn)業(yè)變革興起。以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局作出了重大戰(zhàn)略決策，提出了“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo)，由此，發(fā)展綠色低碳技術(shù)、建設(shè)智慧韌性城市便成為落實(shí)城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)任務(wù)的重要途徑。低碳、智能與韌性正成為土木工程未來(lái)的核心發(fā)展方向。

低碳、智能與韌性不只是未來(lái)建筑的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)于歷史建筑的保護(hù)和修復(fù)也同樣具有至關(guān)重要的意義。歷史建筑既是過(guò)去留給后人的瑰寶，又具備難以衡量的文化價(jià)值，并能通過(guò)維護(hù)和再利用煥發(fā)新生，滿足當(dāng)下的需求。因此，在適應(yīng)城市建設(shè)新形勢(shì)、推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展的進(jìn)程中，如何將現(xiàn)代土木工程學(xué)科的知識(shí)與技術(shù)應(yīng)用于歷史建筑的保護(hù)、修復(fù)，已成為城市古舊建筑保護(hù)及改造再利用亟須解決的重要課題。

意大利是一個(gè)歷史悠久、文化遺產(chǎn)眾多的國(guó)家，而其建筑遺產(chǎn)保護(hù)理論與實(shí)踐的成就更是有目共睹[1]。意大利在古建筑修復(fù)與加固技術(shù)上具有一系列成熟精湛的手法，其理論和實(shí)踐都處于世界同行業(yè)的前列，它將以“修舊如舊”為原則的傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)綜合運(yùn)用，保護(hù)著這些歷史遺留給人類的無(wú)價(jià)之寶。意大利政府除了專門的文物保護(hù)部，還設(shè)立了文物修復(fù)研究所和全國(guó)文物普查登錄所，規(guī)定只有專門的文物建筑保護(hù)師才有資格做文物保護(hù)工作[2]。同時(shí)，一些知名歷史遺跡保護(hù)機(jī)構(gòu)與宣言也出自意大利，如總部設(shè)立在羅馬的國(guó)際文物保護(hù)與修復(fù)中心（ICCROM）、1964年通過(guò)的保護(hù)文物建筑及歷史地段的國(guó)際原則《威尼斯憲章》、1981年通過(guò)的歷史園林保護(hù)憲章《佛羅倫薩憲章》等。為調(diào)研學(xué)習(xí)意大利的歷史建筑加固、維護(hù)和修復(fù)技術(shù)，在歷史建筑、未來(lái)科技與人文精神中尋找“相融點(diǎn)”，2023年7月，依托暑期海外教學(xué)項(xiàng)目，同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院、本科生院、中意學(xué)院和外事辦公室共同組織了由3位教師和15名本科生組成的意大利暑期營(yíng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，前往同濟(jì)大學(xué)佛羅倫薩海外校區(qū)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

一、教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容

教師團(tuán)隊(duì)圍繞低碳、智能與韌性三個(gè)關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)本次海外教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)將理論教學(xué)與實(shí)地考察相結(jié)合，將教師的講解與學(xué)生的實(shí)地考察、匯報(bào)交流相結(jié)合（見(jiàn)表1）。

二、教學(xué)實(shí)踐

在前往意大利前，教師團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行了分組分工，要求學(xué)生預(yù)先對(duì)意大利的相關(guān)建筑維護(hù)、修復(fù)進(jìn)行了解，并為計(jì)劃的交流做好準(zhǔn)備。抵達(dá)意大利后，教師團(tuán)隊(duì)通過(guò)參加學(xué)術(shù)講座和匯報(bào)交流、實(shí)地考察等豐富的形式，開(kāi)展了教學(xué)實(shí)踐，加深了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有效達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。以下是本次海外教學(xué)的四個(gè)案例。

（一）尋訪羅馬和梵蒂岡的歷史建筑之美

為了讓學(xué)生深入了解歷史建筑的價(jià)值、掌握歷史建筑的修復(fù)維護(hù)方法，培養(yǎng)他們的歷史遺產(chǎn)保護(hù)意識(shí)與實(shí)踐能力，開(kāi)展了相關(guān)歷史建筑的實(shí)地考察。

在開(kāi)展調(diào)研前，將學(xué)生按小組進(jìn)行分工，調(diào)研相關(guān)建筑的歷史及其修繕、保護(hù)的現(xiàn)狀，為后續(xù)實(shí)踐打下基礎(chǔ)。在實(shí)地尋訪中，學(xué)生以小組為單位互相介紹相關(guān)歷史建筑，并將實(shí)例與國(guó)內(nèi)歷史建筑保護(hù)、修復(fù)進(jìn)行對(duì)比。這對(duì)加強(qiáng)中意兩國(guó)在歷史建筑保護(hù)、修復(fù)工作方面的交流，對(duì)提升國(guó)內(nèi)歷史建筑保護(hù)、修復(fù)水平具有現(xiàn)實(shí)意義，也有助于開(kāi)闊學(xué)生的視野和提升學(xué)生的思辨、認(rèn)知能力。在實(shí)踐過(guò)程中歸納的歷史建筑保護(hù)、修復(fù)重點(diǎn)如下。

1.注重“修舊如舊”，盡量使用原材料進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)不改變其外在形態(tài)。在實(shí)地調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)意大利對(duì)古建筑強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)性的維護(hù)，保持建筑的穩(wěn)定性，但不對(duì)其外表進(jìn)行修飾。雖然斗獸場(chǎng)、萬(wàn)神殿等建筑的結(jié)構(gòu)性維護(hù)一直在進(jìn)行，但是文物保護(hù)機(jī)構(gòu)保持了其經(jīng)過(guò)自然侵蝕的痕跡、戰(zhàn)爭(zhēng)留下的彈孔等痕跡，使其歷史能在建筑上顯現(xiàn)。而國(guó)內(nèi)的歷史建筑更多使用木材，在修復(fù)和維護(hù)工藝方面有所不同。此外，兩國(guó)在歷史建筑修復(fù)理念上也有所不同，例如北京的八達(dá)嶺長(zhǎng)城與武漢的黃鶴樓，在修復(fù)、翻新后都呈現(xiàn)出了與原本大為不同的外觀。

2.大力宣傳歷史建筑保護(hù)理念，對(duì)歷史建筑進(jìn)行有針對(duì)性的游客管理。意大利較早建立了文物古跡保護(hù)局，同時(shí)建立了完整的網(wǎng)站體系介紹相關(guān)歷史建筑及其維護(hù)情況。相關(guān)歷史建筑的開(kāi)放與票務(wù)也由整合化的網(wǎng)站進(jìn)行管理。游客可以提前在網(wǎng)站上非常便利地查詢到各個(gè)歷史建筑的介紹與開(kāi)放時(shí)間，節(jié)約了不少寶貴時(shí)間。

3.對(duì)于歷史建筑的維護(hù)不局限于建筑本身，也保護(hù)周圍的環(huán)境。羅馬的城市建設(shè)注重歷史景觀的保護(hù)，當(dāng)學(xué)生登上西班牙廣場(chǎng)與梵蒂岡圣彼得教堂的穹頂極目遠(yuǎn)眺時(shí)，圍繞羅馬城的山丘盡收眼底，整個(gè)羅馬完全沒(méi)有新建的高層建筑，城市的天際線仍保留著歷史的模樣——教堂的穹頂、鐘樓與大片的舊時(shí)房屋，著實(shí)令人感到震撼。漫步羅馬街頭，圍繞著古建筑的是用石子鋪成的道路，道路的兩旁是穿著各異的游客和叫賣的行商，師生們仿佛當(dāng)真來(lái)到了古羅馬帝國(guó)。

（二）佛羅倫薩的低碳建筑嘗試

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的確立與構(gòu)建人類命運(yùn)共同體目標(biāo)的確定，減少碳排放成為至關(guān)重要的議題。意大利作為發(fā)達(dá)國(guó)家，在低碳方面比發(fā)展中國(guó)家有更重的責(zé)任。在海外教學(xué)實(shí)踐中，來(lái)自佛羅倫薩大學(xué)建筑學(xué)院的Paola Gallo和 Rosa Romano兩位教授分別以“Environmental Governance in Italy”與“Smart Materials for Smart Envelopes in Mediterranean”為主題，將案例分析與理論相結(jié)合，向?qū)W生展示了意大利關(guān)于能源等方面的舉措及前沿技術(shù)，提升了學(xué)生對(duì)建筑工程中新材料、新科技的理解，增強(qiáng)了減排、減碳的意識(shí)，拓展了研究學(xué)習(xí)的思維?，F(xiàn)在以兩個(gè)建筑項(xiàng)目為例，闡述低碳建筑教學(xué)實(shí)踐的主要內(nèi)容。

1.巴迪亞博物館的改造：該博物館設(shè)于一座砌體結(jié)構(gòu)的老建筑中，為達(dá)成節(jié)能減排的目的，通過(guò)使用隔熱板代替玻璃屋頂、改變墻面顏色以減少熱量吸收、根據(jù)日光強(qiáng)度智能控制窗簾等方式控制博物館溫度。學(xué)術(shù)講座結(jié)束后，兩位教授帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地探訪博物館，實(shí)地觀察相關(guān)改造。

2.盧卡信息交流中心的建設(shè)：建造時(shí)，使用特殊墻體結(jié)構(gòu)收集風(fēng)能，在玻璃屋頂上使用太陽(yáng)能電池板，在玻璃屋頂下種植植物，這樣能在降低溫度的同時(shí)減少約百分之五十的碳排放。此建筑建成后，被當(dāng)作一個(gè)典型案例，引領(lǐng)意大利建筑行業(yè)的節(jié)能實(shí)踐。

（三）比薩斜塔糾偏智能系統(tǒng)

比薩斜塔與博洛尼亞斜塔是知名度非常高的兩處傾斜建筑，是重要的文化遺產(chǎn)。由于其傾斜、不穩(wěn)定的特質(zhì)，斜塔的保護(hù)、糾偏工作格外重要。在本次海外教學(xué)實(shí)踐中，師生們前往這兩座斜塔進(jìn)行實(shí)地考察，聆聽(tīng)參與比薩斜塔糾偏工程的教授關(guān)于斜塔糾偏的報(bào)告，并與教授們進(jìn)行交流互動(dòng)，深入了解了現(xiàn)代智能技術(shù)在斜塔糾偏中的運(yùn)用。

在開(kāi)始比薩斜塔實(shí)地考察前，學(xué)生先對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了解，帶著問(wèn)題進(jìn)行走訪。學(xué)生先通過(guò)當(dāng)?shù)貙?dǎo)游的介紹了解比薩斜塔的歷史，然后登上比薩斜塔觀察其糾偏的痕跡。比薩斜塔的傾斜是土力學(xué)課程中比較經(jīng)典的例子，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)地的探訪，加深對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的理解，提高專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用能力。

地基沉降是比薩斜塔傾斜的主要原因之一。在講座中，George Mylonakis教授與Camillo Nuti教授提到比薩斜塔的傾斜是由地基沉降和土壤的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的。斜塔建造在比薩市的河灘地帶，土壤主要由松軟的黏土和沙子組成。這種土壤在承受荷載時(shí)容易發(fā)生沉降和變形，導(dǎo)致斜塔的不均勻沉降。使用激光掃描、地下測(cè)量和地質(zhì)勘探等現(xiàn)代技術(shù)，可以精確測(cè)量塔體的傾斜情況和地基沉降速度，專家們?cè)诒人_斜塔的地基下挖掘了數(shù)米深的地基坑，注入混凝土來(lái)增加地基的穩(wěn)定性；為了降低土壤的受重和壓力，在塔樓的北側(cè)挖掘土壤，以平衡塔樓的傾斜；為了糾正塔樓的傾斜，在塔頂上放置了約800噸的鋼制重物，通過(guò)改變重心來(lái)減輕傾斜的影響；為了進(jìn)一步穩(wěn)定塔樓，將鋼索安裝在塔樓的北側(cè)，并連接到地面的固定點(diǎn)上，這些鋼索通過(guò)施加側(cè)向拉力來(lái)抵消傾斜的力量。在20世紀(jì)90年代進(jìn)行的修復(fù)工程中，專家們通過(guò)加強(qiáng)地基等調(diào)整塔樓的傾斜角度，將其從5.5度降低到目前的3.97度。穩(wěn)定斜塔整體結(jié)構(gòu)后，利用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析與監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)斜塔的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)其可能的變化，并利用數(shù)值模擬、有限元分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等知識(shí)，制定詳細(xì)的維護(hù)計(jì)劃，同時(shí)建立結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)追蹤塔體的變化，及時(shí)預(yù)警并采取措施，保障塔體的穩(wěn)定性。除此之外，由于斜塔建筑材料、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的特點(diǎn)，比薩斜塔對(duì)溫度和濕度非常敏感，為了保證比薩斜塔處于長(zhǎng)期安全的環(huán)境中，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也至關(guān)重要。現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔體周圍的環(huán)境參數(shù)，如濕度、溫度和地下水位等，幫助人們了解外部環(huán)境對(duì)塔體的影響，并安裝了空調(diào)、加濕器和除濕器等設(shè)備來(lái)控制其內(nèi)部環(huán)境。圖1為在比薩斜塔內(nèi)部拍攝的照片，可以看到相關(guān)傳感器的布置情況。

（四）韌性城市建設(shè)——圣母百花大教堂穹頂?shù)木S護(hù)工作

“韌性”被定義為系統(tǒng)抵御干擾并維持其基本功能的能力，它提供了一種應(yīng)對(duì)變化和災(zāi)難的新方法[3]。在城市研究中引入韌性理念，將韌性理念與城市研究、規(guī)劃設(shè)計(jì)相結(jié)合，是一種應(yīng)對(duì)氣候變化、災(zāi)害沖擊，提升城市安全性的新視角[4]。作為文藝復(fù)興的中心，佛羅倫薩時(shí)至今日仍然有相當(dāng)多保存完好的文藝復(fù)興時(shí)期的建筑。作為佛羅倫薩最矚目的建筑，圣母百花大教堂的維護(hù)、修復(fù)工作彰顯了該城市的韌性。在本次海外教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)于該教堂維護(hù)工作的研學(xué)也是重點(diǎn)之一。與上文斜塔糾偏案例的開(kāi)展形式類似，在本教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生通過(guò)實(shí)地考察、參加學(xué)術(shù)講座以及匯報(bào)交流的形式，深度了解意大利建筑的韌性是如何構(gòu)建的。

1.在內(nèi)部的結(jié)構(gòu)方面。不同于文藝復(fù)興時(shí)期建造的其他教堂建筑，圣母百花大教堂設(shè)計(jì)了格外宏大的穹頂，導(dǎo)致沒(méi)有足夠長(zhǎng)的木材可用于拱鷹架輔助建設(shè)。因此，在建造時(shí)，采用了雙殼結(jié)構(gòu)與肋狀骨架來(lái)保證穹頂整體的穩(wěn)定性，同時(shí)改良砌磚的形式來(lái)保證局部的穩(wěn)定。

雙層殼體可讓穹頂不受氣候影響，外表更為壯觀，同時(shí)降低整體結(jié)構(gòu)的重量。肋狀骨架由8個(gè)主肋和16個(gè)輔肋共同組成一個(gè)籠狀結(jié)構(gòu)作為支撐，其中主肋設(shè)置在8個(gè)端部，兩兩一對(duì)，共有4對(duì)肋拱，每對(duì)肋拱都能獨(dú)自承重。由于越向上堆砌，傾角越大，磚塊難以穩(wěn)定，建筑師便在兩個(gè)主肋之間添加了兩個(gè)輔肋，讓磚更好固定。在雙殼結(jié)構(gòu)和肋狀骨架的共同作用下，大跨度穹頂?shù)某兄貑?wèn)題迎刃而解。同時(shí)，建筑師在水平砌磚中間插入垂直的磚，將水平通縫打斷，使建筑整體性更強(qiáng)，可防止局部的破壞。

2.在外部的裝飾方面。本次海外教學(xué)實(shí)踐安排學(xué)生登上正在維護(hù)的教堂穹頂，實(shí)地探訪教堂的維護(hù)工作。教堂穹頂?shù)难b飾使用了馬賽克的工藝，不同顏色的裝飾源于石塊或玻璃塊。在進(jìn)行維護(hù)時(shí)，一方面，使用相同材料，貫徹“修舊如舊”的理念；另一方面，工程師對(duì)建筑進(jìn)行了激光清洗，在不破壞表面材料的同時(shí)達(dá)到維護(hù)的目的。得到允許后，師生登上了穹頂腳手架參觀，雖然由于教堂方的要求沒(méi)有留下照片，但是穹頂上琳瑯滿目的壁畫(huà)與厚重的歷史痕跡早已刻在了師生的腦海中。

三、教學(xué)拓展

學(xué)生分組開(kāi)展教學(xué)拓展。以意大利見(jiàn)聞為靈感，各小組選擇實(shí)地尋訪的知名地標(biāo)建筑作為模板，運(yùn)用軟件建模和3D打印技術(shù)制作了微縮模型（比例從1∶300到1∶1000不等），為本次海外教學(xué)實(shí)踐畫(huà)上了圓滿的句號(hào)，詳見(jiàn)圖2。

首先，學(xué)生通過(guò)在意大利拍攝的照片尋找靈感，然后查閱建筑的平面圖、剖面圖，最后結(jié)合課堂教學(xué)知識(shí)與自學(xué)知識(shí)，使用Rhino、Solidworks等軟件制作了歷史建筑模型。以博洛尼亞斜塔為例，學(xué)生詳細(xì)詢問(wèn)了講座教授，了解斜塔的高度、傾斜角度等參數(shù)，回國(guó)后使用Rhino軟件及其插件Grasshopper，按照1∶1的比例構(gòu)建主塔，并對(duì)門窗等細(xì)節(jié)進(jìn)行了精確繪制。而對(duì)于較低塔的傾斜特征，學(xué)生通過(guò)放樣底面、旋轉(zhuǎn)角度等技巧進(jìn)行建模。

在佛羅倫薩，學(xué)生們贊嘆富麗堂皇的教堂穹頂、鮮艷斑斕的馬賽克壁畫(huà)；在博洛尼亞和比薩，學(xué)生們驚訝于意大利高超的古建筑保護(hù)技術(shù)。通過(guò)教學(xué)拓展的形式，學(xué)生們凝練了意大利之行的見(jiàn)聞，運(yùn)用了多媒體技術(shù)及相關(guān)專業(yè)課中的知識(shí)，將美好的回憶通過(guò)制作的模型保存起來(lái)。建筑模型作品能保存許久，成為師生們?cè)趤喥綄幇雿u交流學(xué)習(xí)、一覽西方歷史文化精華的最好見(jiàn)證。

四、結(jié)語(yǔ)

在本次短期海外教學(xué)實(shí)踐中，師生們通過(guò)理念教學(xué)、參加學(xué)術(shù)講座、實(shí)地考察、匯報(bào)交流等形式，加深了對(duì)于意大利歷史建筑修復(fù)、保護(hù)方面的了解，強(qiáng)化了對(duì)新時(shí)代土木工程專業(yè)低碳、智能與韌性等特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生們比較了中意兩國(guó)關(guān)于歷史建筑的修復(fù)、保護(hù)方式，了解了兩國(guó)不同的發(fā)展基礎(chǔ)、不同的規(guī)劃方式。意大利強(qiáng)調(diào)人文精神，保持建筑原有的形態(tài)與周圍環(huán)境，使城市景觀更加貼近歷史形態(tài)，在未來(lái)城市建設(shè)的過(guò)程中，意大利的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以為我國(guó)提供參考。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 馮珊珊. 建筑遺產(chǎn)保護(hù)與修復(fù)的意大利經(jīng)驗(yàn)[J].建筑與文化，2014（6）：165-167.

[2］ 陳志華.意大利古建筑散記[M].合肥：安徽教育出版社，2003.

[3］ HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J]. Annual review of" ecology， erolution， and systematics，1973，4：1-23.

[4］ 魯鈺雯，翟國(guó)方. “雙碳”目標(biāo)下低碳韌性城市建設(shè)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及啟示[J].科技導(dǎo)報(bào)，2022，40（6）：56-66.

［責(zé)任編輯：鐘 嵐］