中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑，承載著數(shù)千年的歷史記憶，它以獨特的結(jié)構(gòu)體系、精湛的營造技藝和深厚的文化內(nèi)涵，在世界建筑史上占有重要地位。其特點在于以木材構(gòu)建主要的承重結(jié)構(gòu)，采用磚、土坯、瓦等作為圍護體系，具有易取材易加工，適應性強、空間搭建靈活等特點，且木材是一種多孔生材料，本身具有良好的韌性和較高橫向可壓縮性，結(jié)構(gòu)中的榫卯節(jié)點能夠吸收和耗散振動的能量，有較強的抗震性能，具有“墻倒屋不塌”的優(yōu)點，是東方建筑的杰出代表。

中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑體系的形成與發(fā)展，植根于華夏民族繁衍生息的自然環(huán)境與社會文化之中。從石器時代“構(gòu)木為巢”的巢居，到南方地區(qū)“干闌式”和黃河流域等北方地區(qū)“木骨泥墻”建筑形式出現(xiàn)，至漢代南方的穿斗式和北方的抬梁式木結(jié)構(gòu)體系，中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑體系已成熟。唐宋時期是木結(jié)構(gòu)建筑的輝煌時期，大體量的殿堂樓閣斗拱碩大、出檐深遠，如現(xiàn)存的山西佛光寺東大殿、晉祠圣母殿、浙江保國寺大殿等。遼金元學習沿用唐宋體系，明清時期木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件趨小，體系進一步規(guī)范化，裝飾性增強、色彩絢麗，等級制度在建筑上的體現(xiàn)也更為嚴格，如北京故宮、法海寺等。中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑歷史發(fā)展脈絡完善，留存了大量木構(gòu)建筑，在5058處全國重點保護單位中，三分之一是古建筑。第三次全國文物普查數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)有各類不可移動文物逾76.67萬處，古建筑占比較高。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑特別是文物保護單位的木構(gòu)建筑得到了較好保護與修繕。新時代對文化遺產(chǎn)的保護又提出了新的要求，黨的二十大報告更明確提出要加大文化遺產(chǎn)保護力度，加強城鄉(xiāng)建設中歷史文化保護傳承，進一步闡明了新時代新征程全面提升文物保護利用水平。深化傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑保護研究與利用是時代的要求。近年來，科研院所、高校在開展保護工程勘察設計的同時，相關專業(yè)人員也在不斷地探索保護與利用的新路徑、新方法，對文物建筑的文化內(nèi)涵、特點、材料、工藝、結(jié)構(gòu)、抗震性能等開展系統(tǒng)的研究。

以應縣木塔為例，在系統(tǒng)梳理前期研究的基礎上，針對營造技術、材種、材性、劣化機理、木結(jié)構(gòu)特點等進行深入分析，結(jié)合無損（微損）檢測，利用現(xiàn)代分析技術如微鉆阻力儀、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）等，對木材微觀構(gòu)造、化學組分、老化劣化程度等進行精確分析測試。采用三維激光掃描技術結(jié)合現(xiàn)場構(gòu)件數(shù)據(jù)構(gòu)建BIM模型；從構(gòu)造方面對斗拱、局部相關梁柱枋的榫卯節(jié)點等關鍵構(gòu)造的連接方式、摩擦系數(shù)、受力特性、進行精細測繪和力學性能分析；在結(jié)構(gòu)方面，基于靜力狀態(tài)下木塔現(xiàn)狀，提出基于桿系及有限元的數(shù)值模型，通過縮尺模型試驗和數(shù)值模型分析，研究不同類型節(jié)點的承載能力、變形性能和破壞模式，對木塔受力體系和木塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性機理研究，明確木塔損傷現(xiàn)狀演化機制，確定承載的極限值；對于動力狀態(tài)下的木塔，通過數(shù)值模型和實體縮尺模型試驗，對木結(jié)構(gòu)的整體受力性能、穩(wěn)定性、抗震性能進行評估。通過對節(jié)點失效、局部倒塌、整體倒塌分析，識別結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風險，為加固方案的制定提供科學數(shù)據(jù)支撐，并根據(jù)木塔現(xiàn)狀提出近期、中期、遠期保護方案。此外針對木塔這類面臨嚴重結(jié)構(gòu)風險的建筑，持續(xù)進行結(jié)構(gòu)監(jiān)測和分析，基于二層變形嚴重木結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的部位的高精度監(jiān)測，通過在關鍵部位布設各類傳感器，可以實時采集結(jié)構(gòu)變形、傾斜、振動響應、構(gòu)件應力應變、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)。結(jié)合無線傳輸技術、云計算和數(shù)據(jù)分析平臺，并可利用邊緣計算進行初步數(shù)據(jù)處理與快速響應，實現(xiàn)對木塔的遠程、實時、自動化健康監(jiān)測與智能預警。

應縣木塔

中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑是中華文化的瑰寶。然而，隨著時間的變化，材料性能劣化不可避免，傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)面臨著保護與可持續(xù)利用的矛盾。木材作為生物質(zhì)有機材料，易受到雨水、濕度、昆蟲和微生物的影響， 容易出現(xiàn)開裂、 腐朽、蟲害等問題。榫與卯等咬合構(gòu)件間的連接，在長期受力過程中，易出現(xiàn)脫榫、變形等現(xiàn)象，導致其連接可靠性下降，結(jié)構(gòu)整體性能降低。因此開展傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的系統(tǒng)性研究性保護是十分必要的，而且這是一項跨學科的綜合性研究，其范疇涵蓋建筑、測繪、歷史、材料、結(jié)構(gòu)、工程技術等領域，需要多學科融合與新技術的應用。各學科的參與和新技術應用，不僅有助于實現(xiàn)對木構(gòu)建筑現(xiàn)狀病害的精準評估、保護方案的科學制定，還能對木結(jié)構(gòu)的材料特性、營造工藝、構(gòu)造形式、結(jié)構(gòu)原理及病害機理有更為深刻和系統(tǒng)的認知。

塔外攝影測量

整體點云模型

展望未來，科技與傳統(tǒng)的深度融合將成為傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑保護的重要發(fā)展方向，通過現(xiàn)代科技手段更好服務保護實踐。加強檢測、監(jiān)測高科技設備的應用。如可依托應力波檢測儀、探地雷達、紅外熱成像儀、X射線成像或便攜式CT掃描等設備，實現(xiàn)建筑內(nèi)部梁架殘損的精準探測。利用無人機搭載高清相機、熱紅外相機、高光譜成像儀等設備，可實現(xiàn)建筑外觀基礎、墻體、構(gòu)件、屋面等病害探測。借助人工智能（AI）與大數(shù)據(jù)分析技術，分析挖掘海量歷史數(shù)據(jù)，快速評估建筑的病害，及時采取措施。基于室內(nèi)、室外的勘察，利用三維激光掃描與攝影測量技術，生成精確的建筑數(shù)字模型，用于現(xiàn)狀病害分析、標注，為修復設計、有限元分析提供數(shù)字基礎。通過數(shù)值模型對木構(gòu)建筑進行數(shù)值模擬計算，了解受力體系、穩(wěn)定機理、變形性能和損傷模式等。新技術和設備在木構(gòu)建筑保護中的應用，有助于保護好利用好這些珍貴的文化遺產(chǎn)，使其延年益壽，并且獲取相關的檢測、分析、試驗數(shù)據(jù)，為中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑理論體系的構(gòu)建，提供科學的支撐。

（作者：李向東 中國文化遺產(chǎn)研究院）

（圖文來源于“中國文物報”，侵刪）

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