一面亲上边一面膜下边的含义为古建“延年”一面亲上边一面膜下边的含义

为古建“延年”一面亲上边一面膜下边的含义

在许多全球性组织中，大约需要十年或更多时间才能说服他们。但我相信，随着时间的推移，他们将意识到试图阻止亚洲人担任国际货币基金组织和世界银行等国际组织的关键职位是徒劳的。当他们的思想发生变化，我们将拥有一个更加稳定的世界。

　　一面亲上边一面膜下边的含义本报记者李祺瑶　　在古都北京，一座座古建筑如明珠散落，飞檐斗拱处，雕梁画栋间，书写着悠悠岁月。　　数百年来，这些木结构的建筑饱经风霜、雨雪、暴晒，出现各种各样的“病痛”。老工匠凭经验用锤子敲击，为古建“体检”——敲击声音清脆，说明古建“身子骨”硬朗；如果声音发闷，说明梁柱可能有病害。然而，即便工匠经验再丰富，也难以对病灶具体位置、糟朽程度作精准判断和快速“对症下药”。　　前不久举行的2024年北京市文物行业职业技能竞赛，让一处深藏在密云区郊野间的大院走进公众视野。按照传统工艺仿建的明长城墙体、等比例搭建的清陵宫殿以及各种先进的高科技仪器设备……集于北京木结构古建筑保护科研与实验基地（以下简称基地），一系列文物保护领域的创新技术在这里首秀，亮出文物部门与科研院所的多学科合作成果，为古建筑“延年益寿”提供新解。　　北京市考古研究院（北京市文化遗产研究院）遗产预防保护部主任张涛是基地的秘书长，和古建筑打交道近20年，在他眼中，古建筑是不会说话的“百岁老人”，为此，他带领团队依托基地开展了一系列科研项目，尝试为这些“老人”制定出一套健康监测和诊疗方案，让它们能够颐养天年。　　基地里，一座仿清代官式建筑的木结构模型格外打眼，放眼望去，像一组榫卯结构的大型“积木”。走进这间“积木”房，面阔三间、四梁八柱的结构一目了然。抬头看，一段木梁上，镶嵌着密密麻麻的传感器和各种颜色的线路，科研人员登上梯子，举着特制的仪器和工具，为木梁做“微创手术”。　　“这是国内首个1∶1全尺寸的古建筑实验模型。”站在木梁下，张涛解释，“我们按照古建营造的传统工法，采用传统木料，搭建了一座清东陵裕陵的朝房模型，负责施工的都是有着二三十年经验的木工工匠。”利用这一模型，文物工作者和科研人员还原了真实的古建修缮场景，一同开展木结构微创加固研究。　　在对古建筑进行结构安全检测的过程中，文物工作者经常会遇到类似的难题：古建筑中，位于最下层、最长的一根梁出现变形或糟朽等“病症”，而其他位置的梁架结构健康无损。　　“很多古建筑都有五架梁或七架梁的结构，如果要修或更换其中一根梁，最传统的做法是落架大修——需要拆卸整个屋面，从上往下一点点卸掉上层的梁架，将最底层有病害的梁换掉，再把所有梁架、瓦片重新安回去。”张涛坦言，这种修缮方法对古建筑的扰动比较大，“每修一回，古建筑的原始构架、历史信息都会有一定程度的损失。为此，我们开始探索一种不落架的修缮方法，希望通过‘微创手术’，最大限度保留古建筑细微之处蕴含着的宝贵信息。”　　“微创手术”怎么开展？张涛有个大胆的想法：在变形或糟朽的木结构内部“植入”加固材料。他查阅了大量相关文献资料，发现在上个世纪的欧洲，有学者曾提出将金属材料嵌入木梁中进行加固的方法，“但是在四季分明的北京，这个方法明显行不通。”张涛话锋一转，习惯性地向记者科普，“木材和金属的冷热收缩率有很大差异，到了夏天，嵌入的金属传热能力比较强，木材膨胀后很容易发生变形，两种材料还有可能完全脱开。”　　经过与研究团队的一番头脑风暴，张涛看中了一种力学性能非常优异的新材料——碳纤维。它的比重不到钢的四分之一，但抗拉强度却是钢的7至9倍，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。“碳纤维不仅自重轻，本身还具有一定柔性，几乎不会影响木结构的荷载。我们可以把它植入木梁里，既能对存在病害的木梁有一定程度补充，还能让碳纤维随着木材一起冷热收缩。”　　将设想付诸实践的过程，远比想象中困难。　　“最开始策划这个课题是2018年。从选用碳纤维材料，到前期的缩尺寸模型实验；从实验室里的摸索，到基地等比例模型上的实操，我们的研究是一步步呈梯度进行的。”回忆起一路走来的点点滴滴，张涛打开了话匣子。　　碳纤维布、碳纤维板、碳纤维杆，哪种材料更适合给古建筑“强健筋骨”？新木材和老旧木材具有不同的含水率和力学性能，植入碳纤维会对它们产生什么影响？单是研究这两个问题，张涛就跑了三年的实验室，做了上千次实验。　　“我们和北京工业大学、北方工业大学合作，在实验室里用5∶1缩小尺寸的木梁进行实验，开槽、植入不同的碳纤维材料，测试木梁加固后的力学性能。”张涛说，一切都要摸索着来，“大量使用新的木构件通过测试之后，我们还会从古建修缮工地找一些老旧的木材，再次重复实验，对前面得出的结论进行验证，最终我们发现碳纤维板是最适合用来加固木梁的材料。”　　古建修缮讲究慢工出细活，科研人员愿意潜下心来，为“百岁老人”寻得良方。　　2023年，基地正式挂牌，张涛和研究团队有了更广阔的实验平台。前期理论研究已成雏形，这才搭建起1∶1全尺寸的古建筑模型。“这相当于从实验室转到真实的修缮现场，很多问题难以预料。”张涛打趣道，实际操作的过程中，他才体会到“理想很丰满，现实很骨感”。　　最先面临的问题是，“微创手术”怎么“开刀”。“在实验室的操作台上给木材开槽很容易，但是在基地的古建筑模型里，我们就得蹬着梯子、举着锯，给木梁做原位开槽。”张涛笑着补充，为了方便下一步嵌入碳纤维板，这个槽必须是一条等宽等深的直线，“我们反复试了很多遍，经常开着开着就跑偏了，或者开完发现一头粗一头细。”　　为此，团队研发了一套特别的“手术刀”——两侧有导轨可以卡在木梁上，保证推动锯盘时运行的速度、锯盘的转速、锯盘切入木梁的深度等数据恒定。“每个数据我们都要反复调试，找到最合适的值，保证开出的槽是完美的。”　　这仅仅完成了第一步。为了把碳纤维板稳稳当当地植入只有6至8毫米的“刀口”里，研究团队又做了上百次实验。“我们下了很大功夫，才让固定碳纤维板的胶瞬间填满四五米长的槽。”张涛回忆，当时正是夏天最热的时候，他和团队成员一遍遍地爬上爬下，不断尝试各种注胶方法，研发了专用注胶工具，调配出最佳的胶体配比。　　开槽，向木梁内植入碳纤维板，再注胶，以形状相近的木条嵌入封口……经过“微创手术”，木梁内部有了一根非常结实的“筋”，力学性能有了大幅提升。“在古建屋面本身的基础重量上，我们又将总重近10吨的沙袋一袋袋运到屋顶上，测试极端条件下它的最大承重量。”张涛自信地说，测试结果既令人惊喜又在意料之中，“它的承载力远高于木结构。”　　这项“古建筑大木构件碳纤维板隐蔽式修缮加固”研究，目前在北京已落地应用。今年，经过一年多改陈升级、焕新重张的首都博物馆中，就有一件“老文物”用上了这项新技术。　　今年春节假期，首博再次传出久违的京腔，数以万计的观众走进老北京民俗展厅，品淳厚民俗，听梨园京韵。细心的观众发现，不仅展厅全面升级，仿古戏楼的体验环境也提升了——张涛和团队的“微创手术”就应用在这儿。　　“2006年，首博仿照阳平会馆戏楼复原了这座戏楼，用来展示馆藏京剧文物，定时举办演出。作为兄弟单位，我们也给首博做过大型木结构建筑的结构安全检测评估。”张涛回忆，由于复原戏楼时使用的木材含水率偏高，经过多年使用，戏楼局部木结构出现了轻微的开裂现象，当时，团队给首博出具了一份报告，“我们建议，戏楼二层平台每平方米载荷不要超过200公斤。之后，博物馆在使用过程中，通过采取限流等措施来保护建筑和观众的安全。”　　2022年3月开始，首博闭馆全面改造提升基本陈列，也给馆内文物保护提供了一个契机。　　“首博的领导非常注重科学文保理念，特意找到我们寻求合作。”张涛说，首博给研究团队开出的条件很简单：不大量拆卸木构件，在最小扰动的前提下，提升仿古戏楼看台的承载力，以便重新开馆时能够多上一些展柜和展品，接待更多的观众。“这正好是一次检验研究成果的实践机会。”张涛的语气中透着兴奋。　　2023年下半年，研究团队正式进驻首博，为仿古戏楼及看台量身定制了一套全面的“健骨”方案。“我们给主梁植入了碳纤维板，开裂的柱子用碳纤维布加固。经安全测试，戏楼的承载力得到大幅提升。现在，看台可以容纳更多观众，将来再上一些大的展柜也没问题。”张涛特意补充说明，整个碳纤维“微创”加固工程的经费还不及替换一根梁架结构所需修缮经费的十分之一，却能达到事半功倍的效果，“目前，我们正在编写相应的技术导则，争取在木结构文物建筑的修缮加固工程中逐步推广。”　　研究项目在首博的成功应用，是张涛和团队交上的一份满意答卷。然而，他们并没有止步于此。　　基地中，古建筑实验模型里，“术后”的木梁装上了“心电监护”。“木梁性能如何，从监测数据上就能一目了然。”张涛指着木梁上连接的五颜六色的线路和传感器说，“我们引入光纤传感技术，以最小干预的方式，实现‘微创手术’后木梁的智能监测，它可以实时观察构件的受力、变形情况，以确保文物的安全。”目前，研究团队也在积极尝试光学测量及图像识别等新手段，进一步优化监测方案。　　更多古建筑保护领域的难题亟待解决。　　2023年7月，一场特大暴雨，让北京地区很多文保单位措手不及。“那一两个月，我们都在忙着给古建筑排水、抢险。”张涛对此记忆犹新，这场暴雨过后，基地里的几家科研单位一起开了课题策划会，“近几年的文保实践中，我们发现，古建筑现在面临的问题不单单是承载力不足，还有渗漏，特别是强降雨等极端天气带来的威胁。”　　因此，对古建筑渗漏点的快速检测，成为张涛和团队下一阶段研究的重点。“我们做了一些实验，有了初步的研究设想。”爱动脑的张涛又提出了一个“新潮”的方案——类似医院发热门诊的红外热成像自动识别系统，检测古建筑的渗漏点也可以用上红外热成像仪。　　“只不过一个是检测高温，一个是检测低温。”他解释，在前期实验中，拿着红外热成像仪向古建筑屋顶一扫，再细微的渗漏点都能找到，“下雨时，我们可以迅速在屋面上找到渗漏点并苫盖塑料布，雨季过后，再局部修缮屋面。这种方法既快速，针对性又强。”　　基地里，还有一小段高约3米、长约5米的“长城”城墙。仔细看，墙面有些斑驳，一些地方还有浅浅的白色粉笔标记。“这是仿照密云区明代长城特制的一小段模型，砌砖的材料以及技艺都尽量还原。”张涛说，这段“长城”虽然表面上看着完好，却是一段“患病”的长城，墙面上每一处标记都代表着不同的病害，相对应的，其内部有着大小不一、形状各异的空洞。　　这是市考古研究院和北工大合作的“长城城墙病害无损检测”研究项目。两家单位合作的缘起要追溯到2019年，“当时，我们配合长城修缮设计开展了现状病害勘察工作，对密云区蟠龙山段长城305至308号敌台以及周围的边墙进行了检测，发现墙体已经出现了大面积垮塌趋势，急需进行抢救性修缮。”当年勘察时的场景，张涛还历历在目，“这促使我们想要研发更高效的技术，来判断长城墙体是否安全。”　　即便是砖石垒就，长城也有“软肋”。“在修缮现场我们发现，长城墙体打开后，其实不是实心的。”张涛做了个形象的比喻，“就像夹心巧克力，外皮有两三层砖，里面是夯土掺着碎砖石块杂填而成的。这种砌筑形式影响了长城结构的稳定性。”他进一步举例，山体的自然沉降、风霜雨雪的侵袭、植被根系生长等因素，都可能导致长城“生病”，出现变形、空鼓、塌陷等。　　“大规模的变形，可以通过遥感技术和无人机来发现；局部的形状变化，可以采用三维激光扫描等技术进行分析判断。但深藏在内部正在生长的病害，是很难从外表看出的。”张涛说，如果能提前定位并识别出来，进行预防性保护，就能避免更大的损伤，这就需要给长城做个“CT”检查。　　如何做“CT”？张涛和研究团队想到了现代建筑业中经常使用的探地雷达设备。他解释，探地雷达在道路桥梁的安全检测中应用已经非常成熟，但针对长城特有的地质条件和砖石灰土的混合材料组合，如何精确判断病害类型、位置和程度，都需要更加深入地研究。　　此后三年间，张涛和团队在长城上进行了持续检测，积累了大量数据。“但是不能拆开长城来验证我们收集到的数据。需要通过逆向模拟试验，对雷达检测结果的精度进行验证，不断提升检测精度。”他说，为此，团队在基地内搭建了一段“病长城”模型。　　目前，研究团队已经完成脱空病害的试验验证，基本可以确定病害位置、程度与范围。“对长城墙体不密实、裂隙等其他病害类型的分析仍在进行中，同时，我们也在结合建筑材料强度等因素开展综合评估，希望为长城的保护修复提供更加科学、精准的解决方案。”张涛说，近期研究团队还将走进长城修缮施工现场，进行试验效果验证。　　依托基地，越来越多的高校、科研院所向市考古研究院抛出橄榄枝。该院副院长葛怀忠说，基地广纳高校、科研院所、勘察设计与文物保护施工单位、行业协会等10多家单位，健全“产学研用”链式创新构架，搭建古建筑文物保护信息交流平台和科技创新平台，加速科技成果的转化，提升古建筑文物保护科技创新水平。　　“一群志同道合的朋友，有了一个能够交流共享的平台。”张涛说，在基地，从事古建筑相关研究的机构可以拿出各自的看家本领，共同解决文物保护领域亟待解决的问题。　　眼下，基地里各种实验开展得火热。张涛还关注到了更“年长”的古建筑——他们和北京交通大学合作，开展了“唐代殿堂型古建筑木结构铺作层及木架构受力性能研究”，涉及全国多处古建筑。团队希望对山西应县木塔等千年古建筑开展长期健康监测，分析游客、交通环境振动等因素对古建筑结构的影响。　　“古建筑保护是门注重实践的科学，我要坚持到爬不动架子为止。”张涛给自己和基地定了个小目标：“条件成熟时，我们想搭建一个1∶1全尺寸的唐代木结构建筑模型，开展更高价值的专项研究。”

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编辑:赵大华

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