人民日報記者 武少民
聯(lián)系人：何經(jīng)理古建筑是凝固的歷史，傳承著中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。天津大學(xué)建筑歷史與遺產(chǎn)保護科研團隊在文物建筑保護、古建筑抗震方面持續(xù)深耕，揭秘古建筑中“剛?cè)岵钡姆勒鹬腔邸?/p>
近年來，團隊充分運用現(xiàn)代科技手段，對古建木結(jié)構(gòu)的抗震機理進行系統(tǒng)的量化研究。團隊的交叉學(xué)科融研究成果在多個古建保護項目中得到應(yīng)用，為古建保護提供更多技術(shù)支撐。
——編者
晨曦初照，陽光輕撫過天津市薊州區(qū)獨樂寺觀音閣的檐角。亭臺樓閣、斗拱飛檐、雕梁畫棟，吸引了不少游客前來參觀。獨樂寺始建于唐代，其主體建筑山門和觀音閣重建于公元984年。其中，獨樂寺觀音閣是我國現(xiàn)存古老的多層木結(jié)構(gòu)建筑之一。據(jù)統(tǒng)計，自重建以后千余年來，獨樂寺不僅經(jīng)受著風(fēng)吹雨打，更經(jīng)歷20多次地震而不倒。
“古建筑是凝固的歷史，傳承著中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化?！碧旖虼髮W(xué)建筑歷史與遺產(chǎn)保護科研團隊負責(zé)人丁垚說，多年來，團隊在文物建筑保護領(lǐng)域，特別是古建筑抗震方面持續(xù)深耕，探索古建筑在保護中利用、在利用中保護。
獨樂寺觀音閣。人民日報記者 武少民攝
“剛?cè)岵钡姆勒鹬腔?/p>
“唐山大地震時，7層樓高的觀音閣并無大礙?！倍愓f，“這還不是觀音閣經(jīng)歷過的大考驗。我們查閱地方志《薊州志》，里面記載了清代的一次地震，后經(jīng)測定可能高達8.0級?！?/p>
歷經(jīng)強震而安然無恙，獨樂寺內(nèi)有一套“剛?cè)岵钡姆勒鹈丶?。?jīng)過團隊對觀音閣的實地測量和研究分析，其整體設(shè)計本身就有一定的抗震優(yōu)勢。觀音閣的平面約為長寬2∶1的矩形，中間空間大，兩邊房間等比例縮小，使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，也能兼顧實用和美觀。碩大飄逸的屋頂增加了自重，也讓觀音閣遭遇地震時更具穩(wěn)定。
“想象一下，一把椅子放在地上，一就倒了，如果上面放上重物，則不太容易被倒。這是我國大型建筑設(shè)計的一個特點?！倍愓f。
“對于許多傳統(tǒng)古建筑來說，四周看似穩(wěn)固的朱紅大柱，其實反而容易成為地震中的薄弱環(huán)節(jié)?！碧旖虼髮W(xué)教授、團隊成員張鳳梧說，古代木結(jié)構(gòu)建筑的一大弱點，就是眾多立柱相互之間較為獨立，在遇到強震造成的水平晃動時容易傾覆，導(dǎo)致整體垮塌。
張鳳梧分析，獨樂寺觀音閣在墻體內(nèi)部暗藏了許多斜撐，將立柱之間不穩(wěn)定的四邊形變?yōu)榉€(wěn)定的三角形，強化了柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體、穩(wěn)定。承重柱也并非只有一排，而是外檐柱18根，內(nèi)檐柱10根，構(gòu)成了一個大圈套小圈的回字形雙層柱網(wǎng)。柱子間又通過梁桁斗拱等構(gòu)件的連接，防止柱頭、柱腳的移動。
“在‘剛’的基礎(chǔ)上，還要預(yù)留出應(yīng)對地震變形的‘柔’余量和空間?！倍愝p拍立柱，將其中奧秘娓娓道來——這些立柱并非與地面垂直，而是向建筑中心微微傾斜，這就是古人有意而為之的側(cè)腳設(shè)計。當(dāng)立柱受地震影響而晃動時，如果立柱垂直于地面放置，非常容易外傾倒塌。側(cè)腳設(shè)計預(yù)留出晃動空間，則不至于立刻失穩(wěn)，可更好地應(yīng)對震動。
構(gòu)件之間形成天然的“耗能減震器”
地震對建筑的傷害，既有上下震動，也有左右晃動。面對地震帶來的水平方向的破壞，觀音閣內(nèi)部也暗藏玄機。
“高層建筑的中部比較脆弱，地震來襲時容易折損、扭曲、變形。古人非常有智慧，他們在觀音閣的中間增加了一個暗層?！备S丁垚登上觀音閣，沿著千年前留下的木梯拾級而上，到了二層就會看到一個獨特的夾層空間。俯身穿過一道高度僅一米左右的暗門，就進入了一片漆黑的暗層空間。
在手電燈光的照射下，可見梁桁斗拱相互咬拼接，厚重泥墻里的木骨秸稈、柱子上千年前刀劈斧鑿的痕跡都一覽無余。與其他空間不同，管道保溫施工這里在不同方向增加了很多斜向支撐，讓暗層具備了很多三角形結(jié)構(gòu)，更加穩(wěn)固。
離開暗層，繼續(xù)攀登，就到了觀音閣的上層空間。走近觀看，中空的井口形狀也發(fā)生了變化。先是從一層頂部的長方形變成六角形，再到頂部變成八角形的藻井。
“對于多層建筑來說，每一層如果采用相似的幾何形狀，穩(wěn)定相較采取不同幾何形狀的建筑來說就會差一些?！倍愓f，井口形狀的變化，不僅巧妙地增加了二層活動空間，也讓古建筑的抗震結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
除此之外，木構(gòu)件以榫卯工藝連接在一起，也增加了古建筑的穩(wěn)定。丁垚說，構(gòu)件間留有適當(dāng)?shù)淖冃斡嗔亢涂障?，形成天然“耗能減震器”，地震時，構(gòu)件之間產(chǎn)生的微小錯動和變形，在摩擦力的作用下會消耗大量地震能量，從而減少對建筑的沖擊。
“斗拱飛檐、榫卯工藝，都蘊藏著匠心與力學(xué)結(jié)的美?！倍愓f。
利用現(xiàn)代科技助力保護修繕
嗡鳴聲中，無人機騰空而起，對獨樂寺觀音閣進行細致的航拍測繪。操作無人機的是天津大學(xué)建筑學(xué)院的研究生張偉，他注地盯著屏幕上實時傳回的畫面，“通過無人機航拍，我們能夠獲取建筑群的整體布局和屋頂細節(jié)，便捷地采集立體化三維數(shù)據(jù)?！?/p>
在現(xiàn)代科技的幫助下，古建木結(jié)構(gòu)的抗震機理正在系統(tǒng)量化。丁垚介紹，近年來，團隊逐步將三維激光掃描、低空遙感等技術(shù)運用到古建筑測繪領(lǐng)域，形成了“空地一體化”的協(xié)同數(shù)據(jù)采集模式。
“現(xiàn)代科技既能讓我們更深入地了解驗證古人的建造理念，量化古建結(jié)構(gòu)的抗震能，也能通過系統(tǒng)的技術(shù)體系為預(yù)防保護提供支撐?！睆堷P梧說，近年來，團隊積引入全站儀、三維激光掃描、攝影測量、探地雷達與無損檢測設(shè)備等手段，對多處明清木構(gòu)建筑開展了系統(tǒng)調(diào)查與文獻梳理，對古建木結(jié)構(gòu)進行材料學(xué)、力學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等方面的分析，識別威脅結(jié)構(gòu)安全的各類病害，為制定針對保護措施提供依據(jù)。
多年來，團隊的交叉學(xué)科融研究成果已在多個古建保護項目中得到應(yīng)用：通過三維數(shù)據(jù)建模、人工智能識別、定期圖像對比，“明長城全線圖像與三維數(shù)據(jù)庫”為8800多公里的明長城監(jiān)測預(yù)警保護提供助力；通過精準(zhǔn)捕捉文物本體發(fā)生的亞毫米級微小病變，“文物病變智能原位監(jiān)測系統(tǒng)”為故宮、頤和園等歷史建筑保駕護航……自2007年起，團隊先后參與天津文廟、廣東會館、寶坻天尊閣等木構(gòu)古建筑的修繕工程，逐步形成了一套完整的工作流程，建立了“檢測—建模—評估—干預(yù)”的技術(shù)體系。
此外，新技術(shù)還為古建筑的防震監(jiān)測預(yù)警筑起“防護墻”。2025年，團隊在獨樂寺開展地震災(zāi)害風(fēng)險精細化評估，將便攜式超聲波木材檢測儀放置在獨樂寺墻角一側(cè)，不多時，阻力值、應(yīng)力波等數(shù)據(jù)躍然“屏”上?！敖?jīng)檢測，這部分區(qū)域不存在因老化而產(chǎn)生的內(nèi)部裂隙和腐朽空洞?！睆堷P梧說。
“我們不僅要了解古建筑的歷史價值，還要用現(xiàn)代科學(xué)的方法讀懂它的結(jié)構(gòu)語言，有的放矢地精準(zhǔn)監(jiān)測預(yù)警，這樣才能真正做到‘小干預(yù)，大保護’?！倍愓f。
天眼查資料顯示，賽輪集團股份有限公司，成立于2002年，位于青島市，是一家以從事橡膠和塑料制品業(yè)為主的企業(yè)。企業(yè)注冊資本328810.0259萬人民幣。通過天眼查大數(shù)據(jù)分析，賽輪集團股份有限公司共對外投資了12家企業(yè)，參與招投標(biāo)項目146次，財產(chǎn)線索方面有商標(biāo)信息205條，利信息2238條，此外企業(yè)還擁有行政許可43個。