怎么给古建筑“看病”?

来源:北京晚报发布时间:2018-07-04

探地雷达等高精尖武器上场,还需要各种“对症下药”的科学方法助阵。

古建筑医生

古建筑医生2


古建筑也会生病吗?木头腐朽、地基下沉、表面风化……这些都是古建筑常犯的病。而在北京市古代建筑研究所里,就有一群专门给古建筑看病的“医生”。

“过去,古建修缮是非常传统的行业,讲究用传统手艺修旧如旧。而近些年来,从业者们越来越发现,如果只是‘哪儿疼医哪儿’很难达到根除问题的效果。因此,我们现在在修缮之前,更喜欢给古建筑来一套系统诊病、整体评估的‘体检套餐’,”北京市古代建筑研究所科技保护室主任张涛告诉记者。

给长城“拍B超”用上探地雷达

长城最早修建于2000多年前的春秋战国时期,而现存的长城主要是修建于14世纪的明代长城。“到了清代,长城失去了抵御北方外族入侵的作用,就几乎不再兴建、修缮了。传到了咱们手里,这些古老的城墙几乎几百年没有经过维修。就像是百岁老人,如果不做定期‘体检’,就会存在隐患和危险。”张涛介绍,长城城墙虽然看上去很厚,但实际上是砖砌的外皮,里面都是夯土或者碎石杂填的。几百年的风霜雨雪侵蚀,长城城墙也会出现空心塌陷的毛病。“当然,如果长城出现空鼓、裂纹等异常之处,我们通常会着重检测。不过,我们最怕的就是表面看上去非常完好,但突然下雨提高了墙体的含水量,造成墙体的垮塌。也正是因为有时候没有表面‘症状’,问题容易被忽视,所以针对墙体的定期‘体检’十分有必要。”

“文物医生们”是怎么给厚厚的城砖“看病”的呢?张涛介绍,就像在医院,医生给病人做透视一样,文物科技工作者们也会利用先进的设备给长城“拍片子”,他们使用的设备是以前在修建地铁时使用的探地雷达。“修地铁时,盾构机开进地底后,需要了解前方的地质状况,比如有没有空洞,因为这种地底空洞很有可能是地下水存在的标志。一旦挖破,水冲出来,就可能对人员、设备的安全造成严重威胁。为此,在开工之前,工人们先要用探地雷达‘探一探路’。”张涛告诉记者,探地雷达发射的电磁波可以扫描前方20米的地层,拿来扫描长城城墙足够了。“过去,这种设备仅运用在基础设施建设领域,近十年来,开始在古建修缮领域普及。”

古代建筑研究所的专家们曾用它为居庸关长城及云台做过“体检”。“修建于元代的居庸关云台前些年曾发生过门洞渗水的现象,当时我们怀疑墙体出现了空洞,担心水通过空洞下渗,溶解土体和黏合剂,造成更大的空洞。通过雷达扫描,我们认定建筑内部还是密实的,因此只对云台顶部做了排水、防水的修缮处理,使之保持稳定。”

今年,古研所的专家则将这套设备搬到了水关长城,在给长城“体检”的同时,配合开展了关于长城空鼓灌浆加固技术的研究。“这项研究就是为了发现迅速止水的高分子材料、常用的高强度无收缩水泥以及传统修缮材料白灰糯米浆等常用灌浆材料,哪个更适合用于快速抢险,哪个更适合用于长期、稳定的保护。”据了解,这项研究今年3月开启,预计到11月将有定论,研究成果将对长城的修缮和维护起到重要的推动作用。

治好雍和宫木柱的“心脏病”

古建筑,除了砖石结构的城墙和石桥,基本上都离不开木头。大家都知道,木头怕雨淋、怕虫蛀、怕腐蚀。但是,哪座古建筑没有上百年的历史?这么多年的风吹日晒、雨淋虫咬,再结实的木头也会生病。张涛说,木头生病不光表面糟朽,最危险的是出现空洞。2005年,北京香山有一座牌楼突然倒塌;2009年,位于东城区的左宗棠故居也塌了一个角。“当我们赶去检查时,发现倒塌的原因都是木柱的‘心脏病’——表面好好的,可是柱子里面早就朽成空心的了。”

古建筑的“心脏病”如果不能及早发现,等到“发病”就为时已晚了。可是怎样才能及时检测出问题,避免事故发生呢?张涛介绍,过去古建筑行业都是靠有经验的老师傅用锤子敲打,听声音来判断。而这种方法只能了解木头有没有空洞,至于空洞有多大、出现在什么位置、腐朽程度如何,就不清楚了。

而现在,古建筑专家们则引进了一种新型仪器——微钻阻力仪。“它像是一个长方形的盒子,里面有一根60厘米长、直径只有1.5毫米的细长钻头。用它打进木头芯儿,只会在木头表面留下一个不起眼的小孔,而对古建本身几乎没有损伤。”仪器通过钻头探测出的阻力值分析,得出一张带有曲线的“心电图”。“如果曲线从一个高峰跌落,经过一段低谷后又开始上升,那么我们就能判断这个木头出现了空洞,连空洞的大小都一目了然。”

这项木结构无损探伤技术从2009年开始在北京地区推行,近十年时间,已初步形成地方的规范。天坛的北神厨、十三陵的长陵祾恩殿、北海的小西天和先农坛的太岁殿等30多处市级以上的文物建筑都接受过安全检测。其中,让张涛印象最深刻的是为雍和宫建筑群做“体检”的经历。

2014年起,古建筑研究所在雍和宫开启了为期4年的大规模“体检”,为雍和宫中路主要的40多处古建筑全部进行了健康检查。“雍和宫始建于清前期,曾是雍正帝的府邸。在建成后的200多年里,从来没有进行过全面的检查,可以说这是它200多年来的首次‘体检’。”

检查中,古建专家们在西下穿堂门处发现了“情况”:此处的两根门柱表面看上去十分完整,油饰也鲜艳,完全看不出健康隐患。但通过微钻的检查,发现里面已经糟朽透了,随时都有承载不住屋面压力而倒塌的隐患。探明情况后,雍和宫的管理人员立刻对糟朽的门柱进行了替换,“切掉糟朽的部分,用新材料跟上面完好的部分进行齿接,从而将安全隐患消灭在了萌芽中。”

为观耕台石砖“做面膜”

在古建筑材料里,比起木头和砖,石头算是最结实的了。但其实,石头也会生病。不仅仅是风吹日晒雨淋,连地下水也会给石头找麻烦。大气中的尘埃和工业化带来的硫氧化物及氮氧化物,一旦接触到水分就会生成弱酸,在石质文物的表面产生腐蚀,并生成“副产品”——一种较为松散的盐类。此外,石质文物多处于室外环境,与地面有密切联系。一旦下雨,地下的可溶性盐溶解在水中,随着地面毛细水的上升,蒸发将可溶性盐富集在文物的表面。由于松散的可溶性盐具有吸附作用,又加速了污染物的富集。随着酸性腐蚀的日益严重,致密的岩石成了蜂窝状,加速了石质文物风化的进程。

比如先农坛的观耕台就曾遭遇过这个困扰。“观耕台没有屋顶,地面长年经受日晒雨淋,方砖部分已经出现了明显开裂的现象。由于与地面直接接触,到了雨季,地下大量可溶性盐随着毛细水富集到须弥座琉璃砖表面,再结晶产生压力,使琉璃砖表面泛碱、粉化、剥落。”想让石质文物恢复原貌只用清水擦洗可洗不干净,怎么解决这个问题呢?

“爱美的女士常做美容面膜,我们把这一招用到了石质文物上。”不过,张涛所说的“面膜”可是特制的。“我们用专门脱盐的纸加水打成纸浆,然后一点点敷在石质文物的表面,利用水分溶解文物表面的可溶性盐,当水汽再次蒸发,盐分就被带到了纸浆上。‘面膜’泛黄,就说明有害的盐被吸出来了。等纸浆干后,用不伤害文物的竹制器具将它慢慢剥落下来。重复这个过程,两到三次后,纸浆中的盐含量渐渐降至合理值,石质文物也就恢复原貌了。”张涛强调,这是一个纯物理的维护方法,对石质文物本身可以说是没有影响的。

张涛建议,石质文物应每3到5年就做一次“面膜”。目前,一个针对北京地区石材特质而制定的地方性石质文物保护技术导则正在研究制定之中。文件草案初稿已经完成,一旦发布推广,北京地区石质文物的保护单位就有了保护的参考标准。“这个导则完成后,我们还将着手制定砖质文物的保护标准,力图让木结构、石质、砖质三大体系的文物保护都有据可循。”

张涛告诉记者,他从2005年参加工作,就投身古建筑保护、修缮的事业。最开始,化学专业出身的他致力于石质文物保护材料的研发。后来,随着对文保工作了解的逐渐深入,他日益感觉到,虽然现在保护材料的性能研究已经十分完善,但如果对文物健康状况前期“诊病不明”,在后期维护、修缮过程中就不能精确地“靶向给药”。因此,探明文物病因和致病机理尤为重要。“诊病在先、治病在后、因病施药,在这个过程中,现代科技的加入起着举足轻重的作用。”  

本报记者孙乐琪 文并图J245

扫码加蝌蚪五线谱微信