浅析历史建筑检测与修缮方法——以周宣灵王庙为例

江 凌 胡彧翾

1. 衢州市博物馆衢州市文物保护管理所 浙江 衢州 324000

2. 衢州市国土空间规划设计研究院 浙江 衢州 324000

历史建筑是城市风貌、文化、特色的象征，如何不破坏原有建筑风貌的同时又兼顾历史文化特性，是目前历史建筑研究的重点[1]。近年来，国内各地出台了一系列关于历史建筑保护与利用的政策，从一定程度上对历史建筑起到了保护作用，历史建筑的保护与修缮工作也在逐步进行[2-3]。

历史建筑年代久远，原材料也不尽相同，且施工工艺复杂，结构形式多种多样，传统的结构分析方法难以得到准确的结构信息。而三维激光扫描技术的发展给历史建筑提供了新的测量方法，融合人航空倾斜摄影技术，可快速获取历史建筑的全部信息，满足历史建筑保护与设计的需求[4]。本文以衢州市历史建筑——周宣灵王庙为例，融合三维激光扫描技术与航空倾斜摄影技术，测绘建筑点云信息，建立三维模型，从而分析其结构受损程度，制定保护修缮方法，为历史建筑的保护与开发提供可行性参考。

1 历史建筑检测方法

周宣灵王庙位于浙江衢州水亭门景区内，占地面积约3600m2，始建于南宋嘉定年间，建筑特色明显，木雕水平高超，具有较高的文物价值。周宣灵王庙坐东朝西，平面呈不规则方形，共分南、中、北三路轴线，主体建筑由门楼、门厅、正殿、厢楼、后殿、穿廊、寝宫等组成，平面及剖面布局如图1～图2所示。周宣灵王庙正殿面阔五间，进深四间，木结构建筑，柱网布局十分灵活。明间后檐大额梁长10.3m（500mm×570mm），两端各自与石柱（310mm×310mm）榫卯连接，交接处有雀替（605mm×300mm×180mm）承托，大额梁下口离地高度约4.1m。自1999年周宣灵王庙主体建筑全面修缮以来，文物本体受多种自然因素交互影响及使用管理过程中人为因素的复杂影响，建筑残损情况逐步加剧，目前已构成结构性安全隐患。

图1 周宣灵王庙主体建筑平面布局示意图

图2 周宣灵王庙主体建筑剖面布局示意图

1.1 测绘方法

常用的测量方法主要是尺量法、全站仪法等，对于简单的建筑结构可以进行测量，但是对于历史建筑来说，常规的测量手段难以获取完整的建筑信息，无法满足结构设计及加固需求[5]。因此，本文采用三维激光扫描、航空倾斜摄影技术与常规测量结合的方法，获取全面点云数据，完成实测图的绘制，可全景查看建筑内部信息。同时，采用阻抗仪、应力波等方式对重点木构件进行木材检测，分析受损原因并提出相应的修缮方法。

无人机倾斜摄影技术考虑多方位、多角度采集影像数据，并通过影响质量检查、匀光匀色处理、几何校正、同名点匹配、区域网联合平差等计算和操作，从而测得实际地理坐标，配合三维激光扫描建模技术，建立三维有限元模型如图3所示，将通过坐标转换得到的点云数据与经过处理后得到的倾斜摄影点云数据进行融合，获取整栋建筑信息[6]。

图3 周宣灵王庙三维点云数据模型

1.2 现状勘察

通过现场勘察及分析仪器检测所得的相关数据，发现周宣灵王庙主体建筑现状整体保存较差。经过现场水准仪测试，整体建筑基础沉降较小，仅门厅后檐阶沿处地面存在下陷情况；周宣灵王庙整体建筑墙体为280mm厚空斗墙，上设马头墙，门厅及前厢房南侧墙体均出现倾斜，最大倾斜值达0.7%，部分外墙抹灰脱落，影响建筑整体美观[7]。主体结构存在严重的安全隐患，正殿后檐大额梁出现虫蛀空洞，后殿前檐大额梁出现下挠，挠度约为1/100，后殿大额梁测绘现状如图4所示，明显观测到大额梁结构下挠。

图4 后殿大额梁测绘现状示意图

周宣灵王庙主体建筑为传统木结构建筑，建筑柱、梁、搁栅、牛腿等木构件虫蛀、腐朽、破损、开裂情况严重，部分木构件失去承重能力。且建筑后期使用过程中改建加建楼梯、门窗，植物增生，严重影响建筑整体风貌。

1.3 木材检测

本文通过观察建筑整体外观、橡胶锤轻敲、仪器检测等综合方法，查明木梁、木柱等构件的木材保存状况，确定具体病害情况，为制定科学保护修缮方案提供可靠依据[8]。本次检测针对可能存在较大病害隐患的木柱采用木材阻抗仪检测，共计7个检测点位，包括门厅、前厢房、正殿、后厢房、后殿等几个主要部位。由于现国家、行业及地方均无古建筑及仿古建筑木结构木材性能检测及评价标准，也无阻抗仪检测数据的分析评价标准，本文通过对木梁进行阻抗检测、应力波验证等多项检测内容的关联统计及分析研究，并结合工程实践经验，建立阻抗值与木质状况的关联标准，从而通过阻抗平均值分布范围对木质状况进分级，木质状况分级表如表1所示。

表1 木质状况分级表

将检测结果曲线采用专业图像识别软件，自动抓取钻入深度和钻入阻抗的对应关系，以2cm 为统一单元，定量计算每段阻抗平均值，综合评价木材检测截面的保存状态。阻抗数据统计分析表如表2所示。

表2 阻抗数据统计分析表

为了得到建筑内部木材强度，本文采用应力波法分析木材内部的强度分布和腐朽情况。当采用应力波断层检测仪获取木构件断面的彩色图像时，图像的颜色直观显示木构件的健康状况，图像的颜色分布由波速值大小决定。本文选取3根木柱和3根木梁进行检测，木柱检测结果较好，检测截面波速分布较为均匀，低波速所占比例较少；木梁检测结果一般，存在局部孔洞或虫蛀现象。应力波检测结果如图5所示。

图5 木材应力波分布图

2 周宣灵王庙修缮方法

2.1 修缮原则

历史建筑的修缮与普通建筑不同，既要考虑结构的安全性，又要维持建筑原有的结构与风貌。在选取修缮材料时，尽量使用与原材料接近的材料，保持结构的一致性，同时延续历史文化信息[9]。

周宣灵王庙主体建筑的现状残损对文物造成了一定破坏，有必要对其进行修缮，必须根据现存有价值的实物为依据，恢复建筑原形制、原结构、原工艺、原做法，根据病害损伤的类别和程度采取必要的保护措施，保障文物建筑安全，恢复文物原状，保持建筑的真实性和完整性。

2.2 大额梁修缮方案

周宣灵王庙整体结构保存现状一般，正殿及后檐大额梁破损严重，存在安全隐患。特别是后檐大额梁端头虫蛀腐朽严重，腐朽面积420mm×360mm×1850mm，梁身中部腐朽320mm×300mm×1250mm，存在梁身前倾情况，经应力波检测大额梁中部截面木材保存情况一般，需采取一定的手段对大额梁进行维修加固，保证结构安全性的同时维持原有的建筑风貌。

基于大额梁结构安全，因大额梁与石柱交接处存在榫头交接，无法通过原位侧面开槽置入钢梁，故需落架大额梁并从上方开槽置入钢梁。秉持最小干预原则，根据现场勘察情况，综合考虑施工可行性，确定最终修缮方案。

1.拆卸大额梁上部童柱、花板等构件以及四周局部屋面荷载，支顶大额梁上部双步梁等结构梁架。

2.在大额梁上部位置开槽嵌入钢梁，开槽前牮正大额梁，解决前倾情况。大额梁与钢梁缝隙用环氧树脂灌实。钢梁延申大额梁两段段部，搁置于石柱顶，石柱顶与钢梁间设垫木（硬杂木）顶紧，钢梁选用200mm×300mm×14mm焊接后长度为10900mm（钢梁应按0.3%进行起拱）。因大额梁长度较长及现场工作面狭窄，所以计划钢梁分段嵌入大额梁，钢梁焊接处钢梁与大额梁增设防火毯（耐火极限1.5h），之后在大额梁内焊接，焊接完后用M12螺杆@1000 上下对穿，最后用环氧树脂灌实大额梁与钢梁缝隙，加固方案如图6所示，钢梁嵌入前应按施工图要求钢梁两端设封板，童柱处设加劲肋，钢梁表面刷防腐漆两道。

图6 大额梁结构加固方案

3.嵌入钢梁暂计划分三段两侧长度为3.7m，中段长度为4.1m，采用错口对接焊缝方式焊接，错口焊接处长250mm。接缝边缘应该保持光滑和无影响焊接的割痕缺口，接缝必须在焊接前进行清理。因钢梁是在大额梁内焊接，且钢梁无法在槽内翻身，所以钢梁底部一面无法焊接。因此在钢梁上部开出工作面，待焊接完底部及侧面后再焊接钢梁上部，最后焊接封闭钢梁上部工作面，焊接完后取出防火毯再用M12螺杆@1000上下对穿。

4.大额梁外观修整，着重修整大额梁上部开槽位置。归安大额梁上部童柱、花板等构件以及四周屋面荷载，拆卸支顶其他梁架。

2.3 砌体结构修缮方法

周宣灵王庙墙体保存相对较为完整，在修缮过程中应尽量保持风貌协调、修旧如故，维持老墙原有风貌特征，外墙的修缮改造以清洗整理为主。

（1）外墙及屋面修缮方法

外墙破损区域的修补，选取相近颜色的涂料进行粉刷，局部柱基及阶沿石加固更换。屋面采用防水材料重新铺设，更换松动破损的瓦片，尽可能与原构件相同，做到维持原样。同时考虑建筑内部防火防潮以及防虫措施，采用涂刷法、浸泡法或热冷槽法防治白蚁。

（2）木构件修缮加固

对于历史建筑来说，存在很大一部分木构件，对不同的损坏部位及形态，加固方法也不同，主要采用材料加固的方法。在不拆落木构架的情况下先复位倾斜、扭转、拔榫的构架，再进行整体加固。

木柱加固方法：①木柱干缩裂缝，可采用环氧树脂和原材料进行嵌补，将裂缝涂抹严实后再打磨；②对柱子表皮槽朽的部位进行踢补、剜补加固，并用环氧树脂进行涂抹；③木柱节点因受到梁上荷载作用发生破坏，可在节点上下位置处加铁箍进行约束，增强木柱节点处的受力性能。

木梁加固方法：①木梁干缩裂缝加固主要采取嵌补的方法，对裂缝较小位置进行加固，若裂缝较大承载力不满足受力要求（如大额梁），则需要更换构件或用其他强度高的材料进行加固；②对于梁身完整，榫头破坏的构件，可将榫头更换与原构件进行处理粘牢即可，但梁身与榫头均损坏时，需连梁身一起剜补加固；③木梁内部腐朽，可采用环氧树脂灌注加固方法进行修缮。

3 结语

本文探讨了周宣灵王庙的检测方法与修缮措施，通过对周宣灵王庙现状勘察，配合三维激光扫描测绘以及木材检测等技术手段，得到了建筑全部信息，并建立三维模型。通过现场测绘，明确周宣灵王庙结构安全隐患，提出加固修缮措施，并对受损木质构件、墙面、屋顶等进行探讨与分析，提出了保护修缮原则与方法，为历史建筑的保护与加固提供参考。