西溪二仙廟保護勘察技術

西溪二仙廟又稱真澤宮，位于山西省陵川縣城關鎮嶺常村，距縣城2.5公里。現占地0.28公頃，建筑面積1100平方米。西溪二仙廟創建于北宋中晚期，經金、元、明、清不斷改建重修，形成現有基本建筑格局。二仙廟院落前后二進，前院南圍由單檐懸山頂二層山門三間、左右二層掖門三間、東南角井院、西南角廂房共同組成。院中設有獻亭一座、中殿一座。后院東西各建梳妝樓、配殿，正中后殿一座，帶東西挾殿各一座。其后殿、中殿等建筑保留了明確的金元時期結構做法特征，以及明清時期修繕信息，寺內還保留有29通金至清代碑刻和4棵古柏。整座寺院格局完整，歷史信息蘊含豐富。

晉東南二仙崇拜對象為唐代的升仙二姊妹，該崇拜產生于晚唐，僅流行于山西上黨地區(包括壺關、陵川、晉城及長治數縣)。二仙的來歷及神跡并未載于道史仙傳，惟來源于二仙諸廟的碑志及相關地方志。西溪二仙廟是當地二仙崇拜的承載物，是地方傳統工藝和建筑做法的集中體現，是我國山西南部地區早期木構建筑文化遺產的重要代表。清華文化遺產研究所于2006年開始對西溪二仙廟進行勘察工作，為了揭示二仙廟多層面的文化、科技內涵，對其文物建筑進行了嚴謹分析、謹慎判斷，并在工作中嘗試著采用了先進的測繪、檢測儀器，希望增強文物建筑勘察的科學性與準確性。

二仙廟建筑勘察重點

文物建筑勘察是修繕設計的必要前提條件，勘察是對一座文物建筑(群)全面而深入了解調查的過程，西溪二仙廟文物建筑在勘察工作重點集中于三方面：

1.文物的歷史變遷，文物信息價值點調查分析

文物的歷史變遷需要相關文史資料，如史書、地方史志等進行詳細考證，并與建筑附屬文字記錄進行考證，尤其是建筑構件上面的題記和碑刻是記錄這座建筑歷史演變的最直接證據。歷史上對廟宇及其他古跡興建或維修往往會為捐助者豎碑甚至塑像，這些信息也是我們判斷建筑歷史沿革的第一手證據。我們現今保留最重要的唐代木結構建筑：佛光寺東大殿、南禪寺大殿都是根據題記、碑刻得以確定其始建年代的。西溪二仙廟現存碑刻數量眾多，其金大定年間《重修真澤二仙廟碑》是判斷寺院建筑始建年代的重要依據，其他碑刻也明確的表示了寺廟各個建筑的發展變遷。我國傳統上使用碑刻記錄重要信息有兩個好處，一是石頭堅硬穩定，通常能夠保留很長時間，作為記錄載體比較可靠；二是使用傳統的碑拓手段可以很容易的得到碑刻記錄，并且碑帖完全忠實于碑刻原物，原碑刻的準確性和藝術性都能完整的表達。即使在攝影技術非常發達的今天，碑拓的作用仍然不可替代。

2.建筑現狀測繪，及主要結構體系分析

測繪是文物建筑勘察的基本條件，建筑實測及圖紙繪制是表達建筑結構形制的手段，往往測繪對象存在構件差異、施工誤差以及構件形變、殘損等問題，測繪中必須對原有結構體系進行準確全面的測量，并對數據進行歸納，分析原有才分制度，才能繪制出盡量接近文物原狀的測繪圖紙。該工作受測繪工具及測繪人員專業程度影響，工作成果差距很大，如果僅僅依據局部片面測繪數據，在缺乏結構體系和材分制度分析的情況下而武斷繪制的測繪圖紙，將對修繕工作帶來負面影響。本次勘察工作中，清華文保所引入了三維激光掃描技術，對西溪二仙廟重點建筑進行測繪。這項技術原來主要用于工業生產及大型工程測繪，在文物建筑修繕中的運用在我國尚屬首次。

3.建筑殘損調查，危害因素分析，建筑結構穩定性評估

該工作主要包括對建筑構件的殘損調查，對導致殘損的原因進行分析，對建筑結構的穩定性進行評估。殘損勘察主要方式主要依靠肉眼觀察和經驗判斷，清華文保所為增強殘損判斷的科學性，采用部分儀器設備對構件進行檢測：1 使用喀斯特瓶測試石質構件(石柱)的孔隙率，以便了解石質的疏松程度；2 使用回彈儀，測試磚質、石質構件表面強度；3 使用含水率儀，測試木質構件含水率，以便判斷構件腐蝕、蟲蛀程度。

三維激光掃描技術運用

1.掃描測繪原理

傳統的測繪工作中，其工具多使用容易變形的皮尺、繩尺，判讀記錄全靠肉眼，測量方法多為“以點概面”，即選取少量構件進行測繪而據以推演。這樣的測繪結果在相當程度上依賴于測繪人的個人經驗和臨場判斷，且無法準確描繪異形構件(如山西民間常見的隨形梁)的空間特征，在全面性、準確性兩方面均不能令人滿意。

三維激光掃描的工作原理是以激光測距技術為基礎，以逐點測距的方式對掃描對象表面的空間坐標進行密集抽樣采集以獲得海量點云，從而模擬掃描對象的三維空間形象。通常三維激光掃描儀應與全站儀配合使用，全站儀可以給出控制點的空間相對坐標，為掃描結果的三維空間形象提供坐標。三維激光掃描系統由掃描儀硬件和相應控制軟件、后期數據處理軟件組成。相比于傳統測繪技術，三維激光掃描系統的測量結果誤差小，分辨率可控，并基本消除了人為因素的影響。

典型的激光掃描儀一站全景掃描即可采集周圍環境中超過一千萬個點的三維坐標，如此海量的、有組織的點集被形象地稱為“點云”(Point Cloud)。掃描獲得的三維點云包含所有可見構件的坐標信息，可在電腦中隨意移動、翻轉、切片，便于測量，更可與CAD圖紙進行比對。點云文件能以坐標測量、切片瀏覽、表面處理和三維建模四種使用方式，以上成果通過分析計算，通過中國傳統大木結構特有的材分制模數關系，可以推斷出文物建筑原始設計的材分制度，并對建筑結構變形進行精確的測量，為文物殘損評估、學術研究、工程修繕提供基礎資料。并且三維激光掃描成果還可以用作展示宣傳、資料存檔。

2.西溪二仙廟掃描測量成果

2006年3月，清華大學文化遺產保護研究所的測繪人員使用BitWyse 3DGuru三維激光掃描儀對山西省陵川縣西溪二仙廟的早期建筑進行了掃描。通過對各個建筑掃描成果的剖切測量，得到了建筑平面、剖面的所有尺寸，并對重要歷史特征構件——斗拱，進行了詳細測量。

3.測量成果運用

根據以上數據分析，勘察者對西溪二仙廟早期建筑都進行了原始尺分制度推測，本次勘察以精密測繪人手，通過運用精密測量工具與傳統測繪向結合的方法，取長補短。力求在使用目前最先進的技術水平條件一下，得到盡可能精確而全面的測量結果，通過該結果結合前輩學者對于西溪二仙廟結構材分做法的推測，推斷西溪二仙廟建成尺度，繪制復原理想設計圖(簡稱：理想圖)。再將現狀圖與理想圖各部分尺寸進行對比，推斷出西溪二仙廟各建筑結構精確的位移形變量。通過以上分析，得到中殿修建尺度為：1尺=31.6厘米，根據實測與該尺度推算，繪制中殿和其他早期建筑的“理想圖”，并將中殿以及其他早期建筑的理想圖與三維激光現狀掃描文件進行對比，通過對比判斷重要結構構件的形變量。其中位移形變最為明顯的為獻亭建筑，該建筑通過額枋與中殿相連，整體結構前傾，所有石柱柱頭均向南傾114毫米，通過對比測量可以精確判斷構件位移變形程度。手工測量對文物構件的形變、位移判斷，往往只能基于位移變形構件與健康構件的對比，但對于所有構件均有位移形變就難以量化殘損程度，甚至無法判斷是否具有位移形變。勘察者在兩溪二仙廟中采用的理想圖與掃描圖對比方式可以良好的解決這一難題，對重要結構構件的位移形變量得到精確量化數據。其成果可以直接指導修繕策略制定。

西溪二仙廟文物建筑勘察使用的新技術，尤其三維激光掃描測繪的方式，是對文物建筑勘察手段的一次全新的嘗試。對于測繪的準確性及文物勘察的深入程度都有了很大的提高。由此帶來文物建筑測量精度上質的飛躍，將會對我國建筑史研究、古建筑修繕技術帶來重要的影響。但目前三維激光掃描技術在文化遺產保護領域還僅處于嘗試階段，限于表達手段，以及與傳統要求的對接，三維掃描成果僅以_二維平、立、剖面表達。二維表達方式有很多優勢，如：便于打印，尺寸標注方便，傳統方式便于理解等。但對于重要及復雜的文物建筑，單純二維的圖面往往不能直觀完整的表達文物所蘊含的所有信息。清華文化遺產研究所也正在積極嘗試研究文物建筑勘察的三維表達，希望對于重要及復雜的文物建筑采用更加直觀與全面的方式進行資料記錄和表達。