基于古建筑的保护及修缮方法探究

王静

（甘肃省文物考古研究所，兰州730000）

1 引言

我国拥有悠久的历史，至今留下来的建筑物都是稀世瑰宝，是几千年来无数工匠们在长期建筑实践中所积累下来的经验，是一份宝贵财富。我国的古建筑可根据其所使用的建筑材料大致分为木结构古建筑、砖木结构古建筑、砖结构古建筑三大类[1]。随着岁月的增长和气候环境的改变，越来越多的古建筑都面临年久失修的状态。部分建筑的承重结构中的关键部位的残损点或其组合已影响建筑结构的安全和正常使用，有必要采取加固或修理措施，甚至部分建筑的承重结构的局部或整体已处于危险状态，随时可能发生意外事故，必须立即采取抢修措施，这些严峻的现实都在时刻提醒我们要加快对古建筑进行保护。

2 古建筑保护和修缮中存在的主要问题

通过查阅相关资料和实际案例，本文将古建筑保护和修缮工作中存在的主要问题总结如下：（1）缺乏专业的修缮人员。我国现存的古建筑多为木结构或砖木结构，如对其进行修缮必须熟练掌握我国历代古建筑的营造法式，但目前我国只有极少数的大学院校开设了古建筑相关专业课程，每年所能够培养的专业人员数量极其有限，远远不能满足古建筑修缮和保护的人员需求。（2）缺乏科学便捷的检测技术。古建筑都具有一定的保护价值，致使检测人员无法对其进行破损式检测，使古建筑构件内部的完好性无从掌握，仅仅凭借肉眼对构件外观进行目视检测或依靠敲击定位等传统方法无法全面客观地对建筑物构件力学性能进行全面的评估。（3）缺乏合适的修缮材料。由于我国古代建筑工匠存在严格的师承体制，许多在古建筑中使用的工艺或材料属于“绝对机密”，除了工匠本人或其师承其他人无法知晓整个工艺流程或材料配比，一旦该工匠家族或师承出现意外，将会导致其所使用的工艺或材料失传，后人便无法知晓其具体的工艺或配比。

3 超声波检测技术在古建筑保护与修缮中的应用

目前，许多古建筑因为基础和承重结构出现破损而损坏，但无论是木结构还是砖木结构的古建筑，其基础或承重结构通常隐藏在建筑物地下或内部，如采用传统技术进行目视检测无法察觉到基础或承重构件内部的细小裂缝，一旦已经出现裂缝的基础或承重构件继续受力将造成裂缝进一步扩大，最终导致基础或承重构件断裂。因此，定期对古建筑的基础和承重构件进行定期的检测是十分必要的。首先，应当在古建筑基础及其内部设置合理的沉降观测点，定期对其进行复测，从而获取测量期内古建筑基础和建筑的沉降变化量。如果所测得的沉降量与历年相近，则表示古建筑尚在可控的范围内。其次，对于部分沉降量发生较大变化的古建筑可对其基础或承重构件进行敲击回声测试，或对部分基础、承重构件在不影响结构外观的前提实施局部破损检测。最后，可利用超声波技术对构件进行无损检测，从而最终确定和评估建筑物的安全情况。

超声波检测技术是通过向测量物体发射固定频率的声波，并利用物体内部不同材质对声波发射速度的差异性来判别被测量物体内部是否存在杂质或空隙等。最初的超声波检测技术被应用在机械铸造领域，用于检测精密机械构件，如检测大型轴承、齿轮等铸造加工完成后其内部是否存在杂质、砂眼、细微裂缝等问题。随着超声波检测技术的普及，其在民用建筑中也被广泛用于检测建筑桩基础或承重结构。在古建筑保护领域应用超声波检测技术，也是利用了声波在不同物体内传播速度不一这一物理学原理。作业时，超声波发射器被固定在测量对象的表面，而声波接收器则被固定在测量对象的另一侧，待发射和接收设备固定完成后，接通电源，发射装置波开始源源不断地向测量对象发射固定频率的超声波，如测量对象内部结构分布均匀，不存在空隙、裂缝、蛀洞等损伤点，所有声波始终在物体被保持固定的传播速度和传播角度，而此时在接收设备上所显示的波形较为平滑。一旦物体内部存在空隙、裂缝、蛀洞等损伤点，势必会造成空气等杂质进入物体内部，或是在物体内部形成一处近似于真空的空鼓，当超声波传递到此处时，超声波的传播速度和传播路径发生较大改变，从而使接收器上所显示的波形出现细微波动。目前，最新型的多普勒超声波探测仪（见图1）可同时发出数组不同频率的超声波，其接收装置可同时接收和换算不同频率波段所发生的波动，最终显示器上可直接显示空隙、裂缝、蛀洞等损伤点的具体位置和大小等信息，如设备再结合室内激光测绘技术则可直接将损伤点的具体位置和大小等信息在数字模型上进行标注，以便及时对其进行安全评估和修缮。

图1 超声波探伤仪

4 复合树脂注胶和复合材料膜包裹技术在古建筑保护与修缮中的应用

对古建筑基础和承重构件进行检查可及时发现其构件内部存在的缺陷，而如何对其进行加固和修复也成为目前古建筑保护和修缮的难题之一。首先，许多木结构建筑所损坏的构件往往处在建筑物结构的深处。而木结构的古建筑往往是采用榫卯式工艺进行固定的，如若需要更换其中一个构件则必须事先拆除大量其他的构件，整个过程也将会对古建筑本身造成巨大损害。其次，部分已损坏的构件如建筑的大梁、立柱等原先是由一整根木材进行加工的[2]，但如今如此大规模的原木已经十分罕见，且其采购价格很高。除此之外，木结构古建筑中许多先进的榫卯工艺已经失传，现今的工匠无法拆解和复原古建筑中的构件。

复合树脂注胶技术是通过将预先调配好的复合树脂利用注射器沿着预先开凿的孔洞注入构件内部，并沿着构件内部已经存在的裂缝和孔隙逐步上末端延伸，并最终填充满整个孔隙和裂缝。复合树脂本身具有一定的黏合性，能够较好地黏合木材、石料、砖瓦等材料。复合树脂材料具有一定的和易性，能够被加压设备顺利地注入孔隙中，同时其材料本身的分子结构较小，使其能够深入材料内部细微的裂缝或空隙中。在注射完成后，复合树脂能够在一定时间内进行固化，固化后构件内部的空隙和裂缝将完全被树脂填满，共同形成一个新的整体，从而提高构件的整体力学性能[3]。

复合材料包裹技术则是采用高强度的复合织物对现有的构件进行缠绕、包裹，其材料本身的抗拉性和延展性较高，在施工过程中能够十分紧密地贴合在大梁、立柱等大尺寸构件外侧。复合材料本身是由化工材料构成，适宜粉刷油漆，从而可进一步降低修缮工作对构件本身外观的影响。通过利用复合材料进行包裹后，大梁或立柱本身存在的开裂、空隙等在外力的作用下重新被挤压在一起，整个构件又重新恢复了整体。此项工艺尤其适合对古建筑的大梁、立柱等进行修缮和加固，从而提高古建筑结构的稳定性。

虽然，复合树脂和复合材料包裹技术是目前应用比较广泛、施工效率较高的几种古建筑修缮工艺，但其依旧存在一定的缺陷。例如，复合树脂在修复存在大量的裂缝或蛀蚀严重的构件时较难把握注胶的压力，压力太大会导致原有的构件遭到损坏，压力太小则无法将裂缝或蛀洞填满；复合包裹材料则在修复斗拱、窗框等小体量的构件时，因包裹体积小而无法实现全方位的包裹，进而影响其修复效果。

5 结语

古建筑是现代社会的宝贵财富，不仅是启发爱国热情和民族自信心的实物，而且蕴含我国劳动人民的智慧。古建筑中所采用的工艺值得人们继承和思考。古建筑本身所承载的历史文化也是中华民族数千年的瑰宝，是研究历史的实物例证。因此，对古建筑进行全面有效的保护和修缮，不仅能进一步弘扬历史文化，而且能为现代建筑设计和艺术创作提供重要借鉴。