淺析歷史建筑檢測與修繕方法
——以周宣靈王廟為例

江 凌 胡彧翾

1. 衢州市博物館衢州市文物保護管理所 浙江 衢州 324000

2. 衢州市國土空間規劃設計研究院 浙江 衢州 324000

歷史建筑是城市風貌、文化、特色的象征，如何不破壞原有建筑風貌的同時又兼顧歷史文化特性，是目前歷史建筑研究的重點[1]。近年來，國內各地出臺了一系列關于歷史建筑保護與利用的政策，從一定程度上對歷史建筑起到了保護作用，歷史建筑的保護與修繕工作也在逐步進行[2-3]。

歷史建筑年代久遠，原材料也不盡相同，且施工工藝復雜，結構形式多種多樣，傳統的結構分析方法難以得到準確的結構信息。而三維激光掃描技術的發展給歷史建筑提供了新的測量方法，融合人航空傾斜攝影技術，可快速獲取歷史建筑的全部信息，滿足歷史建筑保護與設計的需求[4]。本文以衢州市歷史建筑——周宣靈王廟為例，融合三維激光掃描技術與航空傾斜攝影技術，測繪建筑點云信息，建立三維模型，從而分析其結構受損程度，制定保護修繕方法，為歷史建筑的保護與開發提供可行性參考。

1 歷史建筑檢測方法

周宣靈王廟位于浙江衢州水亭門景區內，占地面積約3600m2，始建于南宋嘉定年間，建筑特色明顯，木雕水平高超，具有較高的文物價值。周宣靈王廟坐東朝西，平面呈不規則方形，共分南、中、北三路軸線，主體建筑由門樓、門廳、正殿、廂樓、后殿、穿廊、寢宮等組成，平面及剖面布局如圖1～圖2所示。周宣靈王廟正殿面闊五間，進深四間，木結構建筑，柱網布局十分靈活。明間后檐大額梁長10.3m（500mm×570mm），兩端各自與石柱（310mm×310mm）榫卯連接，交接處有雀替（605mm×300mm×180mm）承托，大額梁下口離地高度約4.1m。自1999年周宣靈王廟主體建筑全面修繕以來，文物本體受多種自然因素交互影響及使用管理過程中人為因素的復雜影響，建筑殘損情況逐步加劇，目前已構成結構性安全隱患。

圖1 周宣靈王廟主體建筑平面布局示意圖

圖2 周宣靈王廟主體建筑剖面布局示意圖

1.1 測繪方法

常用的測量方法主要是尺量法、全站儀法等，對于簡單的建筑結構可以進行測量，但是對于歷史建筑來說，常規的測量手段難以獲取完整的建筑信息，無法滿足結構設計及加固需求[5]。因此，本文采用三維激光掃描、航空傾斜攝影技術與常規測量結合的方法，獲取全面點云數據，完成實測圖的繪制，可全景查看建筑內部信息。同時，采用阻抗儀、應力波等方式對重點木構件進行木材檢測，分析受損原因并提出相應的修繕方法。

無人機傾斜攝影技術考慮多方位、多角度采集影像數據，并通過影響質量檢查、勻光勻色處理、幾何校正、同名點匹配、區域網聯合平差等計算和操作，從而測得實際地理坐標，配合三維激光掃描建模技術，建立三維有限元模型如圖3所示，將通過坐標轉換得到的點云數據與經過處理后得到的傾斜攝影點云數據進行融合，獲取整棟建筑信息[6]。

圖3 周宣靈王廟三維點云數據模型

1.2 現狀勘察

通過現場勘察及分析儀器檢測所得的相關數據，發現周宣靈王廟主體建筑現狀整體保存較差。經過現場水準儀測試，整體建筑基礎沉降較小，僅門廳后檐階沿處地面存在下陷情況；周宣靈王廟整體建筑墻體為280mm厚空斗墻，上設馬頭墻，門廳及前廂房南側墻體均出現傾斜，最大傾斜值達0.7%，部分外墻抹灰脫落，影響建筑整體美觀[7]。主體結構存在嚴重的安全隱患，正殿后檐大額梁出現蟲蛀空洞，后殿前檐大額梁出現下撓，撓度約為1/100，后殿大額梁測繪現狀如圖4所示，明顯觀測到大額梁結構下撓。

圖4 后殿大額梁測繪現狀示意圖

周宣靈王廟主體建筑為傳統木結構建筑，建筑柱、梁、擱柵、牛腿等木構件蟲蛀、腐朽、破損、開裂情況嚴重，部分木構件失去承重能力。且建筑后期使用過程中改建加建樓梯、門窗，植物增生，嚴重影響建筑整體風貌。

1.3 木材檢測

本文通過觀察建筑整體外觀、橡膠錘輕敲、儀器檢測等綜合方法，查明木梁、木柱等構件的木材保存狀況，確定具體病害情況，為制定科學保護修繕方案提供可靠依據[8]。本次檢測針對可能存在較大病害隱患的木柱采用木材阻抗儀檢測，共計7個檢測點位，包括門廳、前廂房、正殿、后廂房、后殿等幾個主要部位。由于現國家、行業及地方均無古建筑及仿古建筑木結構木材性能檢測及評價標準，也無阻抗儀檢測數據的分析評價標準，本文通過對木梁進行阻抗檢測、應力波驗證等多項檢測內容的關聯統計及分析研究，并結合工程實踐經驗，建立阻抗值與木質狀況的關聯標準，從而通過阻抗平均值分布范圍對木質狀況進分級，木質狀況分級表如表1所示。

表1 木質狀況分級表

將檢測結果曲線采用專業圖像識別軟件，自動抓取鉆入深度和鉆入阻抗的對應關系，以2cm 為統一單元，定量計算每段阻抗平均值，綜合評價木材檢測截面的保存狀態。阻抗數據統計分析表如表2所示。

表2 阻抗數據統計分析表

為了得到建筑內部木材強度，本文采用應力波法分析木材內部的強度分布和腐朽情況。當采用應力波斷層檢測儀獲取木構件斷面的彩色圖像時，圖像的顏色直觀顯示木構件的健康狀況，圖像的顏色分布由波速值大小決定。本文選取3根木柱和3根木梁進行檢測，木柱檢測結果較好，檢測截面波速分布較為均勻，低波速所占比例較少；木梁檢測結果一般，存在局部孔洞或蟲蛀現象。應力波檢測結果如圖5所示。

圖5 木材應力波分布圖

2 周宣靈王廟修繕方法

2.1 修繕原則

歷史建筑的修繕與普通建筑不同，既要考慮結構的安全性，又要維持建筑原有的結構與風貌。在選取修繕材料時，盡量使用與原材料接近的材料，保持結構的一致性，同時延續歷史文化信息[9]。

周宣靈王廟主體建筑的現狀殘損對文物造成了一定破壞，有必要對其進行修繕，必須根據現存有價值的實物為依據，恢復建筑原形制、原結構、原工藝、原做法，根據病害損傷的類別和程度采取必要的保護措施，保障文物建筑安全，恢復文物原狀，保持建筑的真實性和完整性。

2.2 大額梁修繕方案

周宣靈王廟整體結構保存現狀一般，正殿及后檐大額梁破損嚴重，存在安全隱患。特別是后檐大額梁端頭蟲蛀腐朽嚴重，腐朽面積420mm×360mm×1850mm，梁身中部腐朽320mm×300mm×1250mm，存在梁身前傾情況，經應力波檢測大額梁中部截面木材保存情況一般，需采取一定的手段對大額梁進行維修加固，保證結構安全性的同時維持原有的建筑風貌。

基于大額梁結構安全，因大額梁與石柱交接處存在榫頭交接，無法通過原位側面開槽置入鋼梁，故需落架大額梁并從上方開槽置入鋼梁。秉持最小干預原則，根據現場勘察情況，綜合考慮施工可行性，確定最終修繕方案。

1.拆卸大額梁上部童柱、花板等構件以及四周局部屋面荷載，支頂大額梁上部雙步梁等結構梁架。

2.在大額梁上部位置開槽嵌入鋼梁，開槽前牮正大額梁，解決前傾情況。大額梁與鋼梁縫隙用環氧樹脂灌實。鋼梁延申大額梁兩段段部，擱置于石柱頂，石柱頂與鋼梁間設墊木（硬雜木）頂緊，鋼梁選用200mm×300mm×14mm焊接后長度為10900mm（鋼梁應按0.3%進行起拱）。因大額梁長度較長及現場工作面狹窄，所以計劃鋼梁分段嵌入大額梁，鋼梁焊接處鋼梁與大額梁增設防火毯（耐火極限1.5h），之后在大額梁內焊接，焊接完后用M12螺桿@1000 上下對穿，最后用環氧樹脂灌實大額梁與鋼梁縫隙，加固方案如圖6所示，鋼梁嵌入前應按施工圖要求鋼梁兩端設封板，童柱處設加勁肋，鋼梁表面刷防腐漆兩道。

圖6 大額梁結構加固方案

3.嵌入鋼梁暫計劃分三段兩側長度為3.7m，中段長度為4.1m，采用錯口對接焊縫方式焊接，錯口焊接處長250mm。接縫邊緣應該保持光滑和無影響焊接的割痕缺口，接縫必須在焊接前進行清理。因鋼梁是在大額梁內焊接，且鋼梁無法在槽內翻身，所以鋼梁底部一面無法焊接。因此在鋼梁上部開出工作面，待焊接完底部及側面后再焊接鋼梁上部，最后焊接封閉鋼梁上部工作面，焊接完后取出防火毯再用M12螺桿@1000上下對穿。

4.大額梁外觀修整，著重修整大額梁上部開槽位置。歸安大額梁上部童柱、花板等構件以及四周屋面荷載，拆卸支頂其他梁架。

2.3 砌體結構修繕方法

周宣靈王廟墻體保存相對較為完整，在修繕過程中應盡量保持風貌協調、修舊如故，維持老墻原有風貌特征，外墻的修繕改造以清洗整理為主。

（1）外墻及屋面修繕方法

外墻破損區域的修補，選取相近顏色的涂料進行粉刷，局部柱基及階沿石加固更換。屋面采用防水材料重新鋪設，更換松動破損的瓦片，盡可能與原構件相同，做到維持原樣。同時考慮建筑內部防火防潮以及防蟲措施，采用涂刷法、浸泡法或熱冷槽法防治白蟻。

（2）木構件修繕加固

對于歷史建筑來說，存在很大一部分木構件，對不同的損壞部位及形態，加固方法也不同，主要采用材料加固的方法。在不拆落木構架的情況下先復位傾斜、扭轉、拔榫的構架，再進行整體加固。

木柱加固方法：①木柱干縮裂縫，可采用環氧樹脂和原材料進行嵌補，將裂縫涂抹嚴實后再打磨；②對柱子表皮槽朽的部位進行踢補、剜補加固，并用環氧樹脂進行涂抹；③木柱節點因受到梁上荷載作用發生破壞，可在節點上下位置處加鐵箍進行約束，增強木柱節點處的受力性能。

木梁加固方法：①木梁干縮裂縫加固主要采取嵌補的方法，對裂縫較小位置進行加固，若裂縫較大承載力不滿足受力要求（如大額梁），則需要更換構件或用其他強度高的材料進行加固；②對于梁身完整，榫頭破壞的構件，可將榫頭更換與原構件進行處理粘牢即可，但梁身與榫頭均損壞時，需連梁身一起剜補加固；③木梁內部腐朽，可采用環氧樹脂灌注加固方法進行修繕。

3 結語

本文探討了周宣靈王廟的檢測方法與修繕措施，通過對周宣靈王廟現狀勘察，配合三維激光掃描測繪以及木材檢測等技術手段，得到了建筑全部信息，并建立三維模型。通過現場測繪，明確周宣靈王廟結構安全隱患，提出加固修繕措施，并對受損木質構件、墻面、屋頂等進行探討與分析，提出了保護修繕原則與方法，為歷史建筑的保護與加固提供參考。