山西將“再建”一座應(yīng)縣木塔,中國(guó)第一“神塔”保護(hù)修繕究竟難在哪?
山西省文物局發(fā)布消息,山西加大中國(guó)第一塔——應(yīng)縣木塔的修復(fù)工作。 近日,為進(jìn)一步推進(jìn)木塔的活化利用,朔州市制定了《關(guān)于深化應(yīng)縣木塔保護(hù)合作協(xié)議建設(shè)木結(jié)構(gòu)古建筑博物館和構(gòu)建1∶1研究性木塔建設(shè)的工作方案》,成立了工作專班,大力推動(dòng) “1∶1研究性木塔模型”項(xiàng)目的落地工作。 同時(shí)配套建設(shè)中國(guó)古建筑木結(jié)構(gòu)博物館,項(xiàng)目選址初步確定在應(yīng)縣龍首山,目前該項(xiàng)目正在積極推進(jìn)中。
應(yīng)縣木塔是國(guó)內(nèi)外現(xiàn)存最古、最高、最宏偉的木結(jié)構(gòu)塔式建筑。近年來(lái),國(guó)家文物局和山西 持續(xù)加大應(yīng)縣木塔保護(hù)力度,開(kāi)拓思路格局,創(chuàng)新工作機(jī)制,融合各方資源,推動(dòng)大保護(hù)、大發(fā)展,著力破解應(yīng)縣木塔文物保護(hù)修繕這一世界難題,致力于打造文物保護(hù)新平臺(tái),把應(yīng)縣木塔真正推向全世界,讓千年木塔巍然屹立。
去年,朔州市財(cái)政撥付500萬(wàn)元專項(xiàng)用于應(yīng)縣木塔的研究保護(hù)工作,今后一段時(shí)間還將撥付1000萬(wàn)元用于應(yīng)縣木塔的保護(hù)。
▲應(yīng)縣木塔全景
為適應(yīng)新形勢(shì)下歷史文化保護(hù)的新要求,切實(shí)保護(hù)好應(yīng)縣木塔這一歷史文化遺產(chǎn),朔州市人大常委會(huì)在取得立法權(quán)后,早在2017年就啟動(dòng)了《朔州市應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔保護(hù)條例》立法工作,2018年進(jìn)一步征求意見(jiàn)、嚴(yán)密論證、修改完善,對(duì)釋迦塔的規(guī)劃、保護(hù)、管理等各方面工作進(jìn)行了針對(duì)性的制度設(shè)計(jì),確保法規(guī)條文具體有效管用。2019年3月22日,經(jīng)山西省第十三屆人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第九次會(huì)議批準(zhǔn),2019年5月1日起實(shí)施。這是朔州市第一部實(shí)體地方性文物法規(guī),為應(yīng)縣木塔這一歷史文化名塔保護(hù)提供了強(qiáng)有力的法制保障。
近年來(lái),應(yīng)縣木塔保護(hù)工作一直委托中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院牽頭進(jìn)行,在國(guó)家文物局、山西省政府指導(dǎo)下,山西省文物局、朔州市、應(yīng)縣與中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院共同推進(jìn)。2020年7月29日,中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院應(yīng)縣木塔工作站正式掛牌運(yùn)行,標(biāo)志著朔州市加強(qiáng)歷史文化遺產(chǎn)研究與古建筑文物保護(hù)工作的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)踐。在中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院主持下,2020年就實(shí)施了應(yīng)縣木塔防災(zāi)減災(zāi)一期工程、精細(xì)化測(cè)繪及信息留存、變形監(jiān)測(cè)(2018-2020年)、結(jié)構(gòu)圖研究繪制及病害診斷報(bào)告、應(yīng)縣木塔建造歷史研究、保護(hù)加固方案優(yōu)化、應(yīng)縣木塔保養(yǎng)維護(hù)、塔院地面及排水維修等8個(gè)木塔保護(hù)項(xiàng)目。
▲應(yīng)縣木塔內(nèi)景
▲應(yīng)縣木塔外景
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峻極神功,永鎮(zhèn)金城
——應(yīng)縣木塔保護(hù)回顧與前瞻
中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院應(yīng)縣木塔項(xiàng)目組
魯?shù)铎`光,中國(guó)古建筑的百代標(biāo)程
山西省雁門(mén)關(guān)以北約一百公里,大同盆地桑干河沖積平原的中心矗立著高大的應(yīng)縣木塔,在平曠原野、村鎮(zhèn)市廛及四圍群山襯托之下,方圓百里可見(jiàn)。應(yīng)縣五代時(shí)期稱應(yīng)州,是五代后唐、后晉、后漢三朝帝王故里,沙陀族的聚集地,也是遼宋邊界重鎮(zhèn),當(dāng)時(shí)號(hào)稱“金鳳城”。據(jù)明萬(wàn)歷《應(yīng)州志》記載,應(yīng)縣木塔建于遼清寧二年(公元1056年),是世界上現(xiàn)存最古、最高的一座可登臨的木構(gòu)樓閣式建筑,也是現(xiàn)存唯一的一座真正具有多層使用空間的古代木構(gòu)佛塔。1974年塔內(nèi)曾發(fā)現(xiàn)失傳已久的契丹藏殘卷,以及佛牙舍利、夾纈佛像等珍貴文物,轟動(dòng)中外。
應(yīng)縣木塔全高65.84米(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院2011年4月測(cè)),約合普通住宅樓23層。外觀八角五層六檐,內(nèi)部九層,塔底層總面闊30.27米。全塔上下除了磚石塔基、屋面瓦作、一層墻體和磚砌鐵制塔剎外,均為木構(gòu)件搭建而成。中國(guó)明、清以前不乏土木結(jié)合或純木質(zhì)的高層木構(gòu),如曹魏凌云臺(tái)、北魏永寧寺塔、唐武則天明堂、北宋開(kāi)寶寺塔等,但由于歷史條件的變化,均早已頹毀;使得應(yīng)縣木塔成為現(xiàn)存中國(guó)古代木結(jié)構(gòu)高層建筑的頂峰與絕響,展現(xiàn)了中國(guó)木結(jié)構(gòu)體系的極限可能性。由于各種應(yīng)然與偶然的因素,使其經(jīng)歷雷火、風(fēng)雨、地震、兵隳等各類天災(zāi)人禍,竟能在歷代維修保護(hù)之下,巋然獨(dú)存至今九百六十余年,魯?shù)铎`光,確可稱之為中國(guó)古建筑的百代標(biāo)程。
▲自東北方望應(yīng)縣木塔與寺院全景 (2011年)
▲應(yīng)縣木塔南立面近景(2011年)
▲應(yīng)縣木塔南立面近景(2020年)
▲四層明層內(nèi)槽內(nèi)景(李鷹攝,2018年)
▲一層內(nèi)景 (2018年)
繼繼繩繩,保護(hù)加固之路紛紜起伏
按陳明達(dá)先生梳理,自建塔至1949年以前,應(yīng)縣木塔共經(jīng)歷五次大修理。1928-1935年間,應(yīng)縣地方人士針對(duì)1926年木塔遭受軍閥炮火引起的破壞進(jìn)行了相應(yīng)維修,但由于拆除了外槽環(huán)向斜撐及夾泥墻,對(duì)木塔結(jié)構(gòu)安全造成了損害。需要明確的是,以上這些干預(yù)措施無(wú)論得失,都談不上現(xiàn)代意義的古建筑保護(hù)。
應(yīng)縣木塔現(xiàn)代意義的研究與保護(hù)工作可以說(shuō)伴隨著我國(guó)建筑歷史學(xué)科和古建筑保護(hù)學(xué)科同步發(fā)展。雖然日本學(xué)者伊東忠太在1902年即考察應(yīng)縣木塔并發(fā)表簡(jiǎn)要介紹,但之后一直沒(méi)有進(jìn)一步的研究。1933年,梁思成先生就職于中國(guó)營(yíng)造學(xué)社不久,就與劉敦楨先生一同赴應(yīng)縣木塔考察,偕同莫宗江先生等對(duì)應(yīng)縣木塔開(kāi)展了詳細(xì)的調(diào)查與測(cè)繪工作,并做了殘損記錄,資料整理完備后本擬隨即出版專著,但因抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā),書(shū)稿受損未能實(shí)現(xiàn)。2007年,中國(guó)建筑工業(yè)出版社將中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院新發(fā)現(xiàn)的梁思成先生文稿與清華大學(xué)資料室藏的部分圖紙、測(cè)稿及照片合璧,以《梁思成文集》第十卷的形式出版了1933年到1935年?duì)I造學(xué)社關(guān)于木塔調(diào)查測(cè)繪的成果,為木塔研究與保護(hù)復(fù)原了一個(gè)高水準(zhǔn)的開(kāi)端。
▲應(yīng)縣木塔歷史照片
▲梁思成、莫宗江先生木塔測(cè)稿,各層外柱傾斜記錄,1933年(清華大學(xué)資料室藏)
▲山西應(yīng)縣佛宮寺遼釋迦木塔——東西斷面,中國(guó)營(yíng)造學(xué)社繪,1935年(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院藏)
1949年后,各級(jí)政府對(duì)應(yīng)縣木塔保護(hù)均非常重視。1950年,莫宗江先生隨文化部雁北調(diào)查團(tuán)再次調(diào)查木塔,在《雁北文物勘查團(tuán)報(bào)告》中留下了對(duì)木塔原狀及傾斜變化極為珍貴的記錄文字。1953年,在佛宮寺設(shè)置古跡保養(yǎng)所。1957年,文化部文物管理局回函山西省文物管理委員會(huì),同意將應(yīng)縣木塔修繕列入下一年度古代建筑修整所修繕計(jì)劃。陳明達(dá)先生在營(yíng)造學(xué)社測(cè)繪資料及補(bǔ)充勘測(cè)、制作模型的基礎(chǔ)上,于1966年出版了《應(yīng)縣木塔》專著,開(kāi)辟了中國(guó)古代建筑設(shè)計(jì)方法 研究新路徑。1973年8月,國(guó)家文物事業(yè)管理局組織楊廷寶先生等多位專家就應(yīng)縣木塔的局部?jī)A斜加固問(wèn)題進(jìn)行研討,隨后山西省文物工作委員會(huì)組織實(shí)施了規(guī)模較大的維修加固工作(1974-1981年),包括加設(shè)斜撐、樓板加強(qiáng)、梁柱加箍、外槽木構(gòu)件油飾等。
▲二層明層地棚下1970年代結(jié)構(gòu)加固措施
▲二層明層1970年代結(jié)構(gòu)加固措施
1991年,中國(guó)文物研究所(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院)組織北京建筑工程學(xué)院(北京建筑大學(xué))測(cè)繪應(yīng)縣木塔現(xiàn)狀全套圖紙,之后開(kāi)展了殘損現(xiàn)狀勘察。上世紀(jì)90年代中期以后,應(yīng)縣木塔修繕由山西省負(fù)責(zé)組織,投入了大量的研究力量與經(jīng)費(fèi)支持,山西省古建筑保護(hù)研究所等十余家機(jī)構(gòu)完成一系列勘察、測(cè)量、研究報(bào)告及設(shè)計(jì)方案。
2002年6月,應(yīng)縣木塔修繕保護(hù)工程管委會(huì)在太原召開(kāi)了包括7位院士在內(nèi)40余位專家參加的應(yīng)縣木塔修繕保護(hù)工程方案評(píng)審論證會(huì),會(huì)上討論了整體落架大修、上部抬升、鋼架支撐與現(xiàn)狀加固四類方案。落架大修雖然延續(xù)傳統(tǒng)修繕做法,但存在舊構(gòu)件更換過(guò)多與變形矯正后難以安裝問(wèn)題,歷史信息損失過(guò)多;鋼架支撐方案雖然對(duì)本體干預(yù)較少,但存在思路難以落地的技術(shù)問(wèn)題,同時(shí)也是對(duì)木塔自身挺立的一種否定。
最終上部抬升方案經(jīng)專家投票占優(yōu),即將保存較好的上部三層整體抬升,大修調(diào)正二層傾斜柱梁框架后再將上部三層整體落回。由于難以確認(rèn)上部抬升之后能否順利回落到大修后的二層之上,2006年4月,這一方案經(jīng)深化后,又在國(guó)家文物局于朔州召開(kāi)的“應(yīng)縣木塔抬升修繕?lè)桨冈u(píng)審會(huì)”上被專家否定。
▲上部抬升及施工用保護(hù)棚示意圖
▲整體支撐加固方案剖面圖
▲二層內(nèi)外槽梁架橫剖面(東西)測(cè)繪圖(北京建筑工程學(xué)院測(cè)繪,1991年)
▲二層內(nèi)外槽梁架剖面圖(中國(guó)文物研究所勘測(cè),1994年)
▲應(yīng)縣木塔二、三層斷面圖(西-東)(山西省古建筑保護(hù)研究所勘測(cè),2000年)
▲木塔一層?xùn)|西橫剖面現(xiàn)狀測(cè)繪圖(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、天津大學(xué),2011年)
在此情況下,加強(qiáng)監(jiān)測(cè),摸清木塔傾斜發(fā)展?fàn)顩r,開(kāi)展針對(duì)性的現(xiàn)狀搶險(xiǎn)加固被大多數(shù)專家認(rèn)可是一條現(xiàn)實(shí)可行的保護(hù)路線。國(guó)家文物局于此次會(huì)議后明確了現(xiàn)階段應(yīng)縣木塔保護(hù)監(jiān)測(cè)與研究先行,現(xiàn)狀搶險(xiǎn)加固的方針。2007年底,中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院承擔(dān)應(yīng)縣木塔保護(hù)研究項(xiàng)目技術(shù)牽頭工作至今。
自2008年開(kāi)始,經(jīng)過(guò)對(duì)傾斜嚴(yán)重柱3年多的局部監(jiān)測(cè),明確其傾斜在持續(xù)發(fā)展,2011年5月,國(guó)家文物局在京召開(kāi)監(jiān)測(cè)階段性成果匯報(bào)會(huì),要求進(jìn)一步深化木塔監(jiān)測(cè)信息的分析研究和木塔現(xiàn)狀的安全評(píng)估,在此基礎(chǔ)上,抓緊研究制定有針對(duì)性的木塔局部維修加固方案。
中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院隨即啟動(dòng)了相應(yīng)方案編制并在2012年報(bào)審, 2014年,國(guó)家文物局原則同意《應(yīng)縣木塔嚴(yán)重傾斜部位及嚴(yán)重殘損構(gòu)件加固方案》。實(shí)施中經(jīng)過(guò)圖紙深化、試驗(yàn)性施工,以及專家提議、現(xiàn)場(chǎng)暫停等一系列過(guò)程,2017年以來(lái)該方案實(shí)施正在優(yōu)化之中。
▲《應(yīng)縣木塔嚴(yán)重傾斜部位及嚴(yán)重殘損構(gòu)件加固方案》實(shí)施的試驗(yàn)面,2017年底暫停
木德參天,剛?cè)岱謱拥母叱Y(jié)構(gòu)體系
如前所述中國(guó)古建筑自周秦以來(lái),高層巨構(gòu)代不乏出。但唐代以前除木方疊壘的井干樓之類以外,大殿如秦漢咸陽(yáng)宮、未央宮,高層如北魏洛陽(yáng)永寧寺塔等,均是夯土臺(tái)為中心外附木構(gòu)的形式。
漢晉隋唐以來(lái)所建之明堂與南北各地佛塔,即便沒(méi)有夯土芯臺(tái)也會(huì)設(shè)置中央貫通上下的巨木以解決抗側(cè)力和塔剎承重問(wèn)題,如日本現(xiàn)存之佛塔即保有此種做法。
盛唐之后乃至五代宋初,高層木結(jié)構(gòu)技術(shù)才最終成熟,出現(xiàn)了主體木構(gòu)建造,內(nèi)部空間敞亮,沒(méi)有中心柱遮擋的高層木結(jié)構(gòu),應(yīng)縣木塔就是其杰出代表與唯一留存下的實(shí)物。之所以這樣說(shuō)還因?yàn)樵?,中?guó)高層木構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N“通柱”的結(jié)構(gòu)形式,而且再也沒(méi)有達(dá)到可與應(yīng)縣木塔匹敵的層數(shù)與高度。
應(yīng)縣木塔的結(jié)構(gòu)體系,根本地講就是分層,把單層的殿堂式(按照北宋營(yíng)建官書(shū)《營(yíng)造法式》分類)建筑一層一層疊壘起來(lái)。這種分層是剛性層和柔性層相間布置,上下層柱采用“叉柱造”,且構(gòu)件之間的榫卯都很簡(jiǎn)單,是一種積木疊置的思路,完全不是坊間傳播的所謂現(xiàn)代筒中筒結(jié)構(gòu)。
▲結(jié)構(gòu)工程學(xué)上木塔分層示意圖 (中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院 2012年)
木塔外觀5層,但結(jié)構(gòu)上分為9層;除一層外,以上四層中每層單元包括明層(供瞻禮的佛殿層),擁有開(kāi)敞空間的梁、柱間架;以及其上滿布斜撐剛度很大的的暗層(無(wú)人員活動(dòng))。從結(jié)構(gòu)特性上看開(kāi)敞的明層(佛殿層)梁架抵抗側(cè)向風(fēng)力或地震作用的能力較弱,能夠發(fā)生較大變形,是柔性層;相對(duì)而言,暗層整體性很強(qiáng),像一個(gè)厚重的箱體壓在佛殿層內(nèi)外兩圈共32根柱子及梁枋組成的間架上,是剛性層。
與現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析假定截然不同的是,這些柱子之間以及柱子與梁枋之間的連接都是搭接關(guān)系,而不存在一個(gè)連續(xù)受力節(jié)點(diǎn);因此,只能傳遞重力與摩擦力,不能像現(xiàn)代結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)一樣傳遞拉力及彎矩。
這種類似一圈石塊支撐磨盤(pán)的結(jié)構(gòu),在抵抗風(fēng)荷載時(shí),因每根柱子承載重力產(chǎn)生的彎距大于水平風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎距,因而具有自恢復(fù)能力,是穩(wěn)定的。
在抵抗地震荷載時(shí),則由于地震力自下而上傳遞,柱腳和柱頭都可在一定范圍內(nèi)變形滑移,因而具有明顯的隔震效果??癸L(fēng)與抗震,這一在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中難以調(diào)和的有著相反剛度要求的矛盾,卻在應(yīng)縣木塔高超的結(jié)構(gòu)體系中得以統(tǒng)一。
另外,除柱子外,木塔佛殿層外槽柱間還配置了具有斜撐的夾泥墻,形成第二道抗側(cè)力防線,對(duì)突發(fā)大變形起到限位作用,防止破壞性的局部?jī)A斜發(fā)生。
▲應(yīng)縣木塔結(jié)構(gòu)層剛?cè)岱謱痈拍钍疽鈭D(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院 2015年)
▲柱受力特點(diǎn)示意圖
▲基于結(jié)構(gòu)分層認(rèn)識(shí)的木塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化概念模型(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院 2012年)
應(yīng)縣木塔挺立千年的事實(shí),可看作是最為真實(shí)的結(jié)構(gòu)試驗(yàn),足以證明其自身結(jié)構(gòu)的合理與優(yōu)越。當(dāng)前國(guó)際結(jié)構(gòu)工程界最新抗震理論認(rèn)為剛、柔混合結(jié)構(gòu)可以克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震的缺點(diǎn),我們將應(yīng)縣木塔與之主要特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照,可發(fā)現(xiàn)兩者高度一致。應(yīng)縣木塔這一突出的科學(xué)價(jià)值不但可作為一種建筑的杰出范例以展示出人類歷史上的重要階段,申報(bào)世界遺產(chǎn)當(dāng)之無(wú)愧;而且可對(duì)當(dāng)代高層及超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到直接的借鑒作用,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與科學(xué)價(jià)值。
地震兵隳,局部?jī)A斜及構(gòu)件殘損嚴(yán)重
應(yīng)縣木塔自建成至今,經(jīng)歷對(duì)其有顯著影響的地震40余次,其中受到烈度七度以上的地震影響有2次。
萬(wàn)歷《應(yīng)州志》載:“經(jīng)元迄我大明,大震凡七,而塔歷屢震屹然壁立?!痹蟮戮拍辏?305年)附近的懷仁地震與天啟六年(1626年)靈丘地震,應(yīng)縣烈度分別為八度以上和七度。據(jù)1996年太原工業(yè)大學(xué)完成的應(yīng)縣木塔抗震研究報(bào)告,1976年唐山地震一年后對(duì)木塔進(jìn)行了變形觀測(cè),偏移值以二層頂為最大(約1.4cm),也正是木塔損傷最為嚴(yán)重的薄弱部位。
綜合各種資料,比對(duì)營(yíng)造學(xué)社的勘察測(cè)繪記錄,可以認(rèn)為木塔自身結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的抗震能力,歷史上的地震沒(méi)有對(duì)應(yīng)縣木塔產(chǎn)生致命的影響;但由于外力破壞、柱子傾斜、構(gòu)件殘損退化等導(dǎo)致目前的抗震能力下降。另外,從開(kāi)展的多次風(fēng)荷載及風(fēng)效應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、模型風(fēng)洞試驗(yàn)、風(fēng)場(chǎng)分析研究來(lái)看,應(yīng)縣木塔風(fēng)荷載影響屬于正常范圍,不屬于特別突出的影響因素。
應(yīng)縣木塔為宗教建筑,受歷代受帝王官吏及信眾頂禮膜拜,維修不輟,基本上未遭人為破壞。逮至現(xiàn)代,一方面宗教信仰消退,另一方面戰(zhàn)爭(zhēng)武器進(jìn)步,木塔也因之受到強(qiáng)烈影響。
因木塔位于清代應(yīng)縣縣城西北角,距西、北城墻僅百米之遙,木塔西南、西側(cè)、西北三面受炮損嚴(yán)重。梁思成先生記錄民國(guó)十五年(1926年)軍閥炮擊造成木塔破壞,1935年(民國(guó)二十四年)的維修應(yīng)即針對(duì)此次破壞。
與梁先生共同測(cè)繪木塔的莫宗江先生1950年隨雁北文物考察團(tuán)考察應(yīng)縣木塔,在報(bào)告中寫(xiě)到“抗日戰(zhàn)爭(zhēng)與解放戰(zhàn)爭(zhēng)期中,曾被據(jù)城頑抗的敵人利用作觀察抗御的據(jù)點(diǎn),至今塔內(nèi)磚壘的工事還在;前后曾經(jīng)中炮四十多發(fā)?!薄白?shī)A泥墻被拆除改成格子門(mén)以來(lái),僅僅經(jīng)過(guò)十四五年,塔身已可以看出歪向東北。在第二層內(nèi)的各柱向東北傾斜最甚”。
▲二層西南內(nèi)、外槽傾斜現(xiàn)狀(2011年)
由此可見(jiàn),正是炮擊與拆除外槽斜撐墻體直接引發(fā)了木塔二、三層西南面外柱嚴(yán)重傾斜,并由此在木塔上層自重長(zhǎng)期作用下,經(jīng)80余年的持續(xù)發(fā)展,使得目前二層佛殿層自西南向東北方向側(cè)傾斜日益嚴(yán)重,通過(guò)不同時(shí)期照片對(duì)比肉眼可見(jiàn)。
傾斜最嚴(yán)重部位西南側(cè)北平柱2020年8月測(cè)量柱頭相比柱腳中心點(diǎn)向東北方向偏移576.4mm,而此柱高度僅為2805mm(柱底徑600mm),偏移量超過(guò)柱高的1/5,接近柱徑。所賴其后側(cè)輔柱及周邊梁柱扶持尚保持斜立而未倒,但是其反作用力施及內(nèi)、外槽周邊梁架,二層各柱總體上形成自西南向東北方向傾斜逐漸遞減的變形特征,東、北側(cè)個(gè)別柱子輕微外傾。三層各柱總體自西北向東南傾斜,程度較二層為輕。四、五層傾斜變形較小,但柱子積累沉降較大,五層柱西、北側(cè)相對(duì)下沉。
應(yīng)縣木塔一層由內(nèi)、外兩圈厚重土坯墻維護(hù),較為穩(wěn)固。一、二層木構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)殘損最為嚴(yán)重,三層次之,四、五層較好。底部?jī)蓪幽緲?gòu)件因荷重過(guò)大開(kāi)裂者較多,典型的是柱頭上普拍枋端部因木材橫紋受壓過(guò)大而普遍壓碎。二、三層鋪?zhàn)髋趽p構(gòu)件較多,包括炸碎、開(kāi)裂、燒失等。
三層以下柱子以及各層內(nèi)槽承載佛像的兩根六椽栿大梁有不同程度開(kāi)裂??傮w上看,危及應(yīng)縣木塔安全的主要?dú)垞p是二、三層尤其是二層的柱框傾斜,同時(shí)下部三層的木構(gòu)件也存在著較為嚴(yán)重的殘損。
▲二層明層西側(cè)內(nèi)槽槍彈及炮彈破壞情況 (2018年)
▲三層平坐外槽順栿串炮損反拱 (2018年)
▲二層明層構(gòu)件殘損程度評(píng)估圖(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院,2011年)
咬定青山,堅(jiān)持監(jiān)測(cè)與基礎(chǔ)研究先行
現(xiàn)在看來(lái),2007年以前應(yīng)縣木塔維修加固方案的反復(fù),除保護(hù)理念的差異外,主因還是應(yīng)縣木塔異常復(fù)雜,保護(hù)修繕難度極大,受限于學(xué)科發(fā)展水平,基礎(chǔ)研究不足。
當(dāng)時(shí)的主要問(wèn)題是:
(1)沒(méi)有全面、系統(tǒng)、量化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);
(2)文獻(xiàn)未作系統(tǒng)梳理,未明確木塔二、三層傾斜嚴(yán)重的主要原因;
(3)古建筑木結(jié)構(gòu)分析計(jì)算還是沿用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的假定與邊界條件;
(4)缺乏準(zhǔn)確、細(xì)致、真實(shí)反映現(xiàn)狀的測(cè)繪圖與勘察成果。
一方面,對(duì)木塔傾斜現(xiàn)狀及是否持續(xù)傾斜,以及傾斜發(fā)展的程度,因缺乏監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐,專家各持己見(jiàn);
另一方面,結(jié)構(gòu)專家與古建筑專家一致認(rèn)為當(dāng)時(shí)采用的結(jié)構(gòu)分析假定與邊界條件不符合古建筑木結(jié)構(gòu)實(shí)際情況,不信任此種情況下的有限元分析成果,并且也缺乏開(kāi)展大比例結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件;
同時(shí),現(xiàn)狀測(cè)繪與勘察成果的精細(xì)程度也不足以定量判斷構(gòu)件殘損程度,難以預(yù)估落架大修后構(gòu)件更換量以及歷史信息的損失程度。
2007年以來(lái),中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院統(tǒng)籌全院資源,應(yīng)縣木塔保護(hù)研究作為全院唯一配置專職研究人員的項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn),組織院內(nèi)及院外各協(xié)作單位多學(xué)科協(xié)同開(kāi)展或完成了約30項(xiàng)木塔測(cè)繪、勘察、檢測(cè)、試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)性能與加固措施研究項(xiàng)目和文物保護(hù)規(guī)劃,以及瓦面保養(yǎng)維護(hù)、牌匾修復(fù)等工程。應(yīng)縣木塔保護(hù)加固堅(jiān)持監(jiān)測(cè)與基礎(chǔ)研究先行,在以下幾方面取得重要進(jìn)展:
(1)緊緊抓住了結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)這一應(yīng)縣木塔保護(hù)的龍頭,十二年持續(xù)不間斷的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)成果,為應(yīng)縣木塔針對(duì)性的現(xiàn)狀加固提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖聦?shí)依據(jù)與分析基礎(chǔ)。特別是通過(guò)2015年以來(lái)的木塔整體變形監(jiān)測(cè),并與其它途徑歷史測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)參照,首次得出明確、量化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與結(jié)論。傾斜最為嚴(yán)重的二層佛殿層(明層)西南側(cè)外槽北平柱的柱頭與柱腳中心點(diǎn)以每年2-3毫米的速率向東北方向傾斜,且持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,但5年監(jiān)測(cè)期間內(nèi)未出現(xiàn)突變。二層內(nèi)、外槽其它各柱傾斜變形大體上自西南向東北逐漸減小,北側(cè)和東北側(cè)有個(gè)別柱子外傾,整體呈現(xiàn)自西南向東北傾斜。三層整體上自西北向東南傾斜,傾斜情況好于二層。四、五層現(xiàn)狀較好,部分柱標(biāo)高因下部柱的傾斜而有相應(yīng)的變化。這說(shuō)明應(yīng)縣木塔結(jié)構(gòu)處于持續(xù)傾斜之中,也明確了變形的特點(diǎn)及速率,為下一步對(duì)癥治療開(kāi)展針對(duì)性現(xiàn)狀加固營(yíng)造了共識(shí)與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。
▲二層明層柱傾斜現(xiàn)狀評(píng)估圖
▲二層明層變形認(rèn)識(shí)的深入與修正
▲二層外槽立柱法向累積變化量曲線圖(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、建設(shè)綜合勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司)
(2)在詳細(xì)勘察、文獻(xiàn)梳理與結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上,確認(rèn)了應(yīng)縣木塔80余年來(lái)局部?jī)A斜日益加劇的主要相關(guān)因素:炮彈轟擊產(chǎn)生的局部水平外力引起部分外槽柱超常內(nèi)傾;內(nèi)傾嚴(yán)重外槽柱在自重作用下,形成持續(xù)且日漸加大的水平力(結(jié)構(gòu)力學(xué)上稱之為“P?Δ”效應(yīng)),上推柱頭,下推柱腳;加之拆除明層外槽斜撐后木塔抗側(cè)與抗扭能力下降,造成二層八邊形柱框自西南向東北傾斜日益嚴(yán)重。另外,也有地震與風(fēng)荷載常年積累損傷、木材材性年久退化、關(guān)鍵構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的承載能力下降等的影響。
▲1933年?duì)I造學(xué)社木塔二層明層測(cè)稿
▲ 2011年測(cè)繪數(shù)據(jù)與1933年圖紙數(shù)據(jù)比對(duì)
▲二層平坐層西南內(nèi)槽鋪?zhàn)魍忾W
▲二層平坐層西側(cè)外槽鋪?zhàn)魍忾W
(3)以1970年代中期李士溫教授以來(lái),太原工學(xué)院、中科院力學(xué)所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等研究為基礎(chǔ),2011年以來(lái)應(yīng)縣木塔結(jié)構(gòu)特性研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步。應(yīng)縣木塔短柱擺動(dòng)抗側(cè)、剛?cè)岱謱痈粽鸬冉Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)新認(rèn)識(shí)經(jīng)中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院近年在應(yīng)縣木塔保護(hù)實(shí)踐中的運(yùn)用與積極推廣,已逐漸獲得結(jié)構(gòu)工程主流學(xué)界認(rèn)可,包括太原理工大學(xué)、北京交通大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、重慶大學(xué)、北京建筑大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、中國(guó)建筑科學(xué)研究院等已完成一系列基于以上認(rèn)識(shí)的重要結(jié)構(gòu)試驗(yàn)或理論分析成果,同濟(jì)大學(xué)也完成了上海某新建木塔的1:5縮尺振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及數(shù)值分析。
日本結(jié)構(gòu)工程界近年對(duì)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)受力特性也開(kāi)展了很多重要試驗(yàn)及研究可資借鑒。
目前來(lái)看,國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)工程學(xué)界關(guān)注應(yīng)縣木塔保護(hù)的大多數(shù)重要機(jī)構(gòu)已經(jīng)取得共識(shí),能夠較準(zhǔn)確反映中國(guó)古代多層木結(jié)構(gòu)實(shí)際特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)分析方法突破在即。
▲二層明層柱頭鋪?zhàn)髁W(xué)性能試驗(yàn)研究,中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院 2010年
(4)精確、全面反映現(xiàn)狀的測(cè)繪圖是木塔研究、監(jiān)測(cè)、保護(hù)工作的基礎(chǔ)。一方面,定期測(cè)繪從長(zhǎng)時(shí)段來(lái)看就是一種監(jiān)測(cè),我院即整理了自1933年梁思成先生手繪測(cè)稿以來(lái)的歷次應(yīng)縣木塔測(cè)繪圖紙并與現(xiàn)狀進(jìn)行了初步比對(duì);另一方面,即使發(fā)生最壞的倒塌或火焚等災(zāi)變,木塔信息在全面留取后也可按照記錄補(bǔ)配修復(fù),且將真實(shí)性損失控制到最小,是防災(zāi)減災(zāi)的重要措施。
相關(guān)技術(shù)目前已經(jīng)成熟,近年應(yīng)縣木塔已陸續(xù)完成多項(xiàng)局部性的信息記錄,木塔整體性的精細(xì)化測(cè)繪及信息留存項(xiàng)目國(guó)家文物局已經(jīng)立項(xiàng),中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院正在穩(wěn)步推進(jìn)。相關(guān)詳細(xì)勘察如節(jié)點(diǎn)構(gòu)造調(diào)查、構(gòu)件編號(hào)、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造調(diào)查、構(gòu)件年代檢測(cè)判斷,以及建造歷史研究等工作也在按計(jì)劃開(kāi)展。
▲應(yīng)縣木塔正射影像,南立面(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、天津大學(xué)建筑學(xué)院, 2017年)
▲應(yīng)縣木塔正射影像,西立面(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、天津大學(xué)建筑學(xué)院, 2017年)
▲精細(xì)測(cè)繪與信息留存方案示例 (中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、北京建筑大學(xué),2018年)
謀定后動(dòng),近期現(xiàn)狀加固對(duì)癥治療
前述監(jiān)測(cè)成果表明,應(yīng)縣木塔二層局部?jī)A斜非常嚴(yán)重且還在持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,說(shuō)明木塔結(jié)構(gòu)并未處于穩(wěn)定狀態(tài),如遭遇較大地震有局部失穩(wěn)(倒塌)的可能性。因此應(yīng)及時(shí)、有效開(kāi)展應(yīng)縣木塔保護(hù)加固。
1990年至今30年以來(lái),伴隨著對(duì)應(yīng)縣木塔研究的深化以及文物保護(hù)理念的嬗變,目睹某些因前期研究不足而倉(cāng)促開(kāi)展的不當(dāng)保護(hù)造成的重要文物的損傷,越發(fā)凸顯在應(yīng)縣木塔保護(hù)中堅(jiān)持監(jiān)測(cè)與研究先行,不輕易干預(yù)本體的可貴。
通過(guò)對(duì)木塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,可以認(rèn)為木塔自身結(jié)構(gòu)體系是保證其自身安全的重要基礎(chǔ),目前仍然具備這一功能,未因局部變形與構(gòu)件破壞改變。獨(dú)具特色的剛、柔相間的木塔結(jié)構(gòu)仍然是其自身安全的依托。
因此在現(xiàn)階段,相關(guān)加固措施均應(yīng)在此前提下進(jìn)行,應(yīng)是補(bǔ)強(qiáng)性質(zhì)的,而非替代式的;同時(shí)保持木塔明層、暗層各自的剛?cè)崽匦灾陵P(guān)重要。這既是科學(xué)加固、保證木塔安全穩(wěn)定的實(shí)際需求,也是堅(jiān)持文物保護(hù)“真實(shí)性”原則,實(shí)施最小干預(yù),保存歷史信息,保護(hù)與展示文物價(jià)值的需求。
這類似于醫(yī)學(xué)上“對(duì)癥治療”的策略:針對(duì)性地改善疾病癥狀,但不能根除病灶,也就是所謂“治標(biāo)”。對(duì)應(yīng)縣木塔這座年近千歲舉世無(wú)雙的重要文物,在現(xiàn)階段研究與實(shí)施、保障條件尚不充分完善的情況下,以“減緩傾斜發(fā)展”為目標(biāo)的“治標(biāo)”策略較急于徹底解決問(wèn)題的“治本”更為合理、可行。
“謀定后動(dòng)”,應(yīng)縣木塔保護(hù)路徑既要“集思廣益”,又不能“筑室道謀”?;诙嗄旯ぷ鞣e累與研判,中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院提出的應(yīng)縣木塔保護(hù)近期目標(biāo)(2023年前)是:初步開(kāi)展木塔二層傾斜最嚴(yán)重部位現(xiàn)狀支頂加固,完善木塔結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)體系,完成木塔精細(xì)化測(cè)繪及信息留存工作,制定防災(zāi)預(yù)案。力爭(zhēng)3年內(nèi)提出減緩木塔傾斜嚴(yán)重部位傾斜進(jìn)一步發(fā)展的措施,落地實(shí)施并初見(jiàn)成效。目前正在開(kāi)展木塔傾斜嚴(yán)重部位局部足尺模型結(jié)構(gòu)特性與加固措施試驗(yàn)。
▲應(yīng)縣木塔傾斜嚴(yán)重部位局部足尺模型結(jié)構(gòu)特性與加固措施試驗(yàn)(北京建筑大學(xué)與中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院合作,2020年,進(jìn)行中)
▲一種現(xiàn)狀加固思路示意圖:二層明層西南側(cè)傾斜嚴(yán)重部位加設(shè)輔柱紅色為加設(shè)構(gòu)件(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院)
▲完善木塔結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)體系的前期研究:木塔柱傾斜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、源清慧虹信息科技有限公司,2019年起)
舊邦新命,多方協(xié)同共保木塔永年
“闡舊邦以輔新命”。在國(guó)家文物局、山西省政府指導(dǎo)下,山西省文物局、朔州市、應(yīng)縣與中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院共同推進(jìn),2020年7月中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院應(yīng)縣木塔工作站揭牌,為應(yīng)縣木塔保護(hù)研究工作提供了現(xiàn)場(chǎng)工作平臺(tái)。
下一步計(jì)劃在此基礎(chǔ)上建設(shè)“中國(guó)木結(jié)構(gòu)古建筑保護(hù)研究中心”,組建由中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院主導(dǎo)、相關(guān)研究機(jī)構(gòu)緊密合作、多學(xué)科協(xié)同研究的工作團(tuán)隊(duì),在應(yīng)縣木塔現(xiàn)狀勘察評(píng)估、結(jié)構(gòu)特性研究、材性檢測(cè)勘探、傳統(tǒng)修建技藝、修繕加固措施、建造歷史沿革、修繕保護(hù)理念等多方面全方位開(kāi)展研究并兼及其他早期古建筑。
▲中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院應(yīng)縣木塔工作站
▲闌額和角柱柱頭連接構(gòu)造形式調(diào)查
▲二層暗層內(nèi)槽柱腳節(jié)點(diǎn)示意圖(中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院、北京交通大學(xué),2018年)
2056年,應(yīng)縣木塔將迎來(lái)募建1000年,距今年尚有36年,這期間應(yīng)縣木塔保護(hù)工作擬劃分為2個(gè)階段。中期目標(biāo)及主要工作(2030年前):持續(xù)開(kāi)展結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè),廣泛深入開(kāi)展各項(xiàng)基礎(chǔ)性研究,做好木塔信息全面留存,進(jìn)一步完善傾斜嚴(yán)重部位現(xiàn)狀加固措施,殘損構(gòu)件現(xiàn)狀修繕,優(yōu)化防災(zāi)預(yù)案。消除一定時(shí)期內(nèi)木塔局部或整體坍塌風(fēng)險(xiǎn),為達(dá)到遠(yuǎn)期目標(biāo)(即建立在深入研究基礎(chǔ)上的全面修繕)爭(zhēng)取時(shí)間。遠(yuǎn)期目標(biāo)(2056年前):在中期全面深入研究基礎(chǔ)上,凝聚修繕理念共識(shí),明確整體修繕?biāo)悸罚m當(dāng)調(diào)正傾斜柱框,全面修繕殘損構(gòu)件,木塔結(jié)構(gòu)整體上恢復(fù)相對(duì)較為健康狀態(tài),得以長(zhǎng)期保存、傳承。
應(yīng)縣木塔五層正南面高懸明成祖題“峻極神功”匾,五百年后的清末,一層正北面又掛上了“永鎮(zhèn)金城”匾。祈愿應(yīng)縣木塔實(shí)施的科學(xué)保護(hù)措施與策略能獲得今天社會(huì)各界最廣泛的認(rèn)同,在堅(jiān)持文物保護(hù)“真實(shí)性”原則下,既可最大限度保存歷史信息,又能讓千歲木塔益壽延年;如同此二匾之善頌善禱:峻極神功,永鎮(zhèn)金城。
來(lái)源:文博圈;綜合來(lái)源:山西青年報(bào)、國(guó)家文物局官微
圖片:朔州市人民政府網(wǎng)、中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院應(yīng)縣木塔項(xiàng)目組
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