基于古建筑的保護及修繕方法探究

王靜

（甘肅省文物考古研究所，蘭州730000）

1 引言

我國擁有悠久的歷史，至今留下來的建筑物都是稀世瑰寶，是幾千年來無數工匠們在長期建筑實踐中所積累下來的經驗，是一份寶貴財富。我國的古建筑可根據其所使用的建筑材料大致分為木結構古建筑、磚木結構古建筑、磚結構古建筑三大類[1]。隨著歲月的增長和氣候環境的改變，越來越多的古建筑都面臨年久失修的狀態。部分建筑的承重結構中的關鍵部位的殘損點或其組合已影響建筑結構的安全和正常使用，有必要采取加固或修理措施，甚至部分建筑的承重結構的局部或整體已處于危險狀態，隨時可能發生意外事故，必須立即采取搶修措施，這些嚴峻的現實都在時刻提醒我們要加快對古建筑進行保護。

2 古建筑保護和修繕中存在的主要問題

通過查閱相關資料和實際案例，本文將古建筑保護和修繕工作中存在的主要問題總結如下：（1）缺乏專業的修繕人員。我國現存的古建筑多為木結構或磚木結構，如對其進行修繕必須熟練掌握我國歷代古建筑的營造法式，但目前我國只有極少數的大學院校開設了古建筑相關專業課程，每年所能夠培養的專業人員數量極其有限，遠遠不能滿足古建筑修繕和保護的人員需求。（2）缺乏科學便捷的檢測技術。古建筑都具有一定的保護價值，致使檢測人員無法對其進行破損式檢測，使古建筑構件內部的完好性無從掌握，僅僅憑借肉眼對構件外觀進行目視檢測或依靠敲擊定位等傳統方法無法全面客觀地對建筑物構件力學性能進行全面的評估。（3）缺乏合適的修繕材料。由于我國古代建筑工匠存在嚴格的師承體制，許多在古建筑中使用的工藝或材料屬于“絕對機密”，除了工匠本人或其師承其他人無法知曉整個工藝流程或材料配比，一旦該工匠家族或師承出現意外，將會導致其所使用的工藝或材料失傳，后人便無法知曉其具體的工藝或配比。

3 超聲波檢測技術在古建筑保護與修繕中的應用

目前，許多古建筑因為基礎和承重結構出現破損而損壞，但無論是木結構還是磚木結構的古建筑，其基礎或承重結構通常隱藏在建筑物地下或內部，如采用傳統技術進行目視檢測無法察覺到基礎或承重構件內部的細小裂縫，一旦已經出現裂縫的基礎或承重構件繼續受力將造成裂縫進一步擴大，最終導致基礎或承重構件斷裂。因此，定期對古建筑的基礎和承重構件進行定期的檢測是十分必要的。首先，應當在古建筑基礎及其內部設置合理的沉降觀測點，定期對其進行復測，從而獲取測量期內古建筑基礎和建筑的沉降變化量。如果所測得的沉降量與歷年相近，則表示古建筑尚在可控的范圍內。其次，對于部分沉降量發生較大變化的古建筑可對其基礎或承重構件進行敲擊回聲測試，或對部分基礎、承重構件在不影響結構外觀的前提實施局部破損檢測。最后，可利用超聲波技術對構件進行無損檢測，從而最終確定和評估建筑物的安全情況。

超聲波檢測技術是通過向測量物體發射固定頻率的聲波，并利用物體內部不同材質對聲波發射速度的差異性來判別被測量物體內部是否存在雜質或空隙等。最初的超聲波檢測技術被應用在機械鑄造領域，用于檢測精密機械構件，如檢測大型軸承、齒輪等鑄造加工完成后其內部是否存在雜質、砂眼、細微裂縫等問題。隨著超聲波檢測技術的普及，其在民用建筑中也被廣泛用于檢測建筑樁基礎或承重結構。在古建筑保護領域應用超聲波檢測技術，也是利用了聲波在不同物體內傳播速度不一這一物理學原理。作業時，超聲波發射器被固定在測量對象的表面，而聲波接收器則被固定在測量對象的另一側，待發射和接收設備固定完成后，接通電源，發射裝置波開始源源不斷地向測量對象發射固定頻率的超聲波，如測量對象內部結構分布均勻，不存在空隙、裂縫、蛀洞等損傷點，所有聲波始終在物體被保持固定的傳播速度和傳播角度，而此時在接收設備上所顯示的波形較為平滑。一旦物體內部存在空隙、裂縫、蛀洞等損傷點，勢必會造成空氣等雜質進入物體內部，或是在物體內部形成一處近似于真空的空鼓，當超聲波傳遞到此處時，超聲波的傳播速度和傳播路徑發生較大改變，從而使接收器上所顯示的波形出現細微波動。目前，最新型的多普勒超聲波探測儀（見圖1）可同時發出數組不同頻率的超聲波，其接收裝置可同時接收和換算不同頻率波段所發生的波動，最終顯示器上可直接顯示空隙、裂縫、蛀洞等損傷點的具體位置和大小等信息，如設備再結合室內激光測繪技術則可直接將損傷點的具體位置和大小等信息在數字模型上進行標注，以便及時對其進行安全評估和修繕。

圖1 超聲波探傷儀

4 復合樹脂注膠和復合材料膜包裹技術在古建筑保護與修繕中的應用

對古建筑基礎和承重構件進行檢查可及時發現其構件內部存在的缺陷，而如何對其進行加固和修復也成為目前古建筑保護和修繕的難題之一。首先，許多木結構建筑所損壞的構件往往處在建筑物結構的深處。而木結構的古建筑往往是采用榫卯式工藝進行固定的，如若需要更換其中一個構件則必須事先拆除大量其他的構件，整個過程也將會對古建筑本身造成巨大損害。其次，部分已損壞的構件如建筑的大梁、立柱等原先是由一整根木材進行加工的[2]，但如今如此大規模的原木已經十分罕見，且其采購價格很高。除此之外，木結構古建筑中許多先進的榫卯工藝已經失傳，現今的工匠無法拆解和復原古建筑中的構件。

復合樹脂注膠技術是通過將預先調配好的復合樹脂利用注射器沿著預先開鑿的孔洞注入構件內部，并沿著構件內部已經存在的裂縫和孔隙逐步上末端延伸，并最終填充滿整個孔隙和裂縫。復合樹脂本身具有一定的黏合性，能夠較好地黏合木材、石料、磚瓦等材料。復合樹脂材料具有一定的和易性，能夠被加壓設備順利地注入孔隙中，同時其材料本身的分子結構較小，使其能夠深入材料內部細微的裂縫或空隙中。在注射完成后，復合樹脂能夠在一定時間內進行固化，固化后構件內部的空隙和裂縫將完全被樹脂填滿，共同形成一個新的整體，從而提高構件的整體力學性能[3]。

復合材料包裹技術則是采用高強度的復合織物對現有的構件進行纏繞、包裹，其材料本身的抗拉性和延展性較高，在施工過程中能夠十分緊密地貼合在大梁、立柱等大尺寸構件外側。復合材料本身是由化工材料構成，適宜粉刷油漆，從而可進一步降低修繕工作對構件本身外觀的影響。通過利用復合材料進行包裹后，大梁或立柱本身存在的開裂、空隙等在外力的作用下重新被擠壓在一起，整個構件又重新恢復了整體。此項工藝尤其適合對古建筑的大梁、立柱等進行修繕和加固，從而提高古建筑結構的穩定性。

雖然，復合樹脂和復合材料包裹技術是目前應用比較廣泛、施工效率較高的幾種古建筑修繕工藝，但其依舊存在一定的缺陷。例如，復合樹脂在修復存在大量的裂縫或蛀蝕嚴重的構件時較難把握注膠的壓力，壓力太大會導致原有的構件遭到損壞，壓力太小則無法將裂縫或蛀洞填滿；復合包裹材料則在修復斗拱、窗框等小體量的構件時，因包裹體積小而無法實現全方位的包裹，進而影響其修復效果。

5 結語

古建筑是現代社會的寶貴財富，不僅是啟發愛國熱情和民族自信心的實物，而且蘊含我國勞動人民的智慧。古建筑中所采用的工藝值得人們繼承和思考。古建筑本身所承載的歷史文化也是中華民族數千年的瑰寶，是研究歷史的實物例證。因此，對古建筑進行全面有效的保護和修繕，不僅能進一步弘揚歷史文化，而且能為現代建筑設計和藝術創作提供重要借鑒。