多學科融合，保護千年古建（賡續(xù)歷史文脈·探尋古建智慧）

本報記者 武少民

獨樂寺觀音閣一景。 馬睿姍繪

天津大學建筑學院學生在實地勘察古建筑。 天津大學供圖

獨樂寺觀音閣。 本報記者 武少民攝

古建筑是凝固的歷史，傳承著中華優(yōu)秀傳統文化。天津大學建筑歷史與遺產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“剛柔并濟”的防震智慧。

近年來，團隊充分運用現代科技手段，對古建木結構的抗震機理進行系統的量化研究。團隊的交叉學科融合研究成果在多個古建保護項目中得到應用，為古建保護提供更多技術支撐。

——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存最古老的多層木結構建筑之一。據統計，自重建以后千余年來，獨樂寺不僅經受著風吹雨打，更經歷20多次地震而不倒。

“古建筑是凝固的歷史，傳承著中華優(yōu)秀傳統文化。”天津大學建筑歷史與遺產保護科研團隊負責人丁垚說，多年來，團隊在文物建筑保護領域，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。

“剛柔并濟”的防震智慧

“唐山大地震時，7層樓高的觀音閣并無大礙。”丁垚說，“這還不是觀音閣經歷過的最大考驗。我們查閱地方志《薊州志》，里面記載了清代的一次地震，后經測定可能高達8.0級?！?/p>

歷經強震而安然無恙，獨樂寺內有一套“剛柔并濟”的防震秘技。經過團隊對觀音閣的實地測量和研究分析，其整體設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，中間空間最大，兩邊房間等比例縮小，使得結構更加穩(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)定性。

“想象一下，一把椅子放在地上，一推就倒了，如果上面放上重物，則不太容易被推倒。這是我國大型建筑設計的一個特點?！倍愓f。

“對于許多傳統古建筑來說，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教授、團隊成員張鳳梧說，古代木結構建筑的一大弱點，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，導致整體垮塌。

張鳳梧分析，獨樂寺觀音閣在墻體內部暗藏了許多斜撐，將立柱之間不穩(wěn)定的四邊形變?yōu)榉€(wěn)定的三角形，強化了柱網結構的整體性、穩(wěn)定性。承重柱也并非只有一排，而是外檐柱18根，內檐柱10根，構成了一個大圈套小圈的回字形雙層柱網。柱子間又通過梁桁斗拱等構件的連接，防止柱頭、柱腳的移動。

“在‘剛’的基礎上，還要預留出應對地震變形的‘柔’性余量和空間。”丁垚輕拍立柱，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腳設計。當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。側腳設計預留出晃動空間，則不至于立刻失穩(wěn)，可更好地應對震動。

構件之間形成天然的“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合拼接，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，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構，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)定性相較采取不同幾何形狀的建筑來說就會差一些。”丁垚說，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構更加穩(wěn)定。

除此之外，木構件以榫卯工藝連接在一起，也增加了古建筑的穩(wěn)定性。丁垚說，構件間留有適當的變形余量和空隙，形成天然“耗能減震器”，地震時，構件之間產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結合的美。”丁垚說。

利用現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建筑學院的研究生張偉，他專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據?！?/p>

在現代科技的幫助下，古建木結構的抗震機理正在系統量化。丁垚介紹，近年來，團隊逐步將三維激光掃描、低空遙感等技術運用到古建筑測繪領域，形成了“空地一體化”的協同數據采集模式。

“現代科技既能讓我們更深入地了解驗證古人的建造理念，量化古建結構的抗震性能，也能通過系統的技術體系為預防性保護提供支撐。”張鳳梧說，近年來，團隊積極引入全站儀、三維激光掃描、攝影測量、探地雷達與無損檢測設備等手段，對多處明清木構建筑開展了系統性調查與文獻梳理，對古建木結構進行材料學、力學、結構學等方面的分析，識別威脅結構安全的各類病害，為制定針對性保護措施提供依據。

多年來，團隊的交叉學科融合研究成果已在多個古建保護項目中得到應用：通過三維數據建模、人工智能識別、定期圖像對比，“明長城全線圖像與三維數據庫”為8800多公里的明長城監(jiān)測預警保護提供助力；通過精準捕捉文物本體發(fā)生的亞毫米級微小病變，“文物病變智能原位監(jiān)測系統”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?！u估—干預”的技術體系。

此外，新技術還為古建筑的防震監(jiān)測預警筑起“防護墻”。2025年，團隊在獨樂寺開展地震災害風險精細化評估，將便攜式超聲波木材檢測儀放置在獨樂寺墻角一側，不多時，阻力值、應力波等數據躍然“屏”上?！敖洐z測，這部分區(qū)域不存在因老化而產生的內部裂隙和腐朽空洞。”張鳳梧說。

“我們不僅要了解古建筑的歷史價值，還要用現代科學的方法讀懂它的結構語言，有的放矢地精準監(jiān)測預警，這樣才能真正做到‘最小干預，最大保護’。”丁垚說。

《 人民日報 》( 2026年01月12日 06 版)