付祺

（成都武侯祠博物館，四川 成都 610041）

文化遺產(chǎn)保護(hù)中低碳、環(huán)保技術(shù)的運(yùn)用與實(shí)踐
——成都武侯祠2009年孔明殿維修中的低碳、環(huán)保嘗試

付祺

（成都武侯祠博物館，四川 成都 610041）

近年來，文化遺產(chǎn)保護(hù)成為社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)；低碳、環(huán)保理念也逐漸深入人們的生產(chǎn)、生活。這兩個(gè)領(lǐng)域有著共同的目標(biāo)：保護(hù)過去遺留或現(xiàn)有的文化、物質(zhì)資源，優(yōu)化人類的生存環(huán)境。由于文化遺產(chǎn)保護(hù)具有不可改變?cè)瓲畹脑瓌t，因此現(xiàn)有許多低碳、環(huán)保的技術(shù)和材料往往無法在該文化遺產(chǎn)保護(hù)中發(fā)揮作用，國家也缺少相關(guān)的法律和規(guī)范。本文就成都武侯祠孔明殿維修中低碳、環(huán)保施工的嘗試，為文化遺產(chǎn)保護(hù)實(shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保提供參考。

文化遺產(chǎn)保護(hù)；孔明殿；低碳；環(huán)保

2008年四川遭受“5.12”特大地震災(zāi)害，成都武侯祠（以下簡稱“武侯祠”）在此次災(zāi)害中受到嚴(yán)重?fù)p壞。地震發(fā)生后，國家文物局迅速組織專家對(duì)武侯祠的受災(zāi)情況進(jìn)行了調(diào)查、評(píng)估，并委派北京清華城市規(guī)劃研究院文化遺產(chǎn)保護(hù)研究所（文物保護(hù)甲級(jí)設(shè)計(jì)資質(zhì)）制定了災(zāi)后保護(hù)維修方案，同年11月該方案獲得四川省文物管理局批準(zhǔn)。

（獲得批準(zhǔn)的《成都武侯祠四川地震災(zāi)后搶救保護(hù)工程搶險(xiǎn)修繕方案》）

2009年，武侯祠受損最嚴(yán)重的孔明殿院落文物維修項(xiàng)目正式動(dòng)工。該工程從開工到主體建筑竣工驗(yàn)收，歷時(shí)6個(gè)月。工程進(jìn)行期間，國家文物局的領(lǐng)導(dǎo)和專家4次親臨現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作，文化遺產(chǎn)保護(hù)理念貫徹始終，受到社會(huì)各界的好評(píng)。

我國文物保護(hù)法明確規(guī)定，對(duì)不可移動(dòng)文物的保護(hù)修繕，必須嚴(yán)格按照“原工藝”和“原材料”實(shí)施?！霸に嚒笔侵甘┕ち鞒獭⒉牧霞庸?、安裝方式等按照建造文物時(shí)的做法、工藝；“原材料”是指文物修復(fù)、修補(bǔ)時(shí)使用的材料，應(yīng)與原構(gòu)件相同產(chǎn)地、相同屬性和同等質(zhì)量，以盡可能保留文化遺產(chǎn)的文物價(jià)值和歷史信息。因此一般的文物保護(hù)工程，在結(jié)構(gòu)安全和干預(yù)最小化的前提下，首先考慮如何盡量按照原工藝、原材料施工，至于消耗的能源和自然資源成本如何節(jié)約，則難以兼顧。由于不同文物的特點(diǎn)和造型不同，導(dǎo)致修護(hù)文物所需的構(gòu)件、材料無法批量生產(chǎn)，只能定制，這樣，容易造成材料和能源的浪費(fèi)，有時(shí)為了保證一些重要文物的真實(shí)性，不得不申請(qǐng)?zhí)嘏撤フ滟F樹種作為構(gòu)件原材料。有人認(rèn)為文物保護(hù)本身就是一件不需要考慮代價(jià)的事情，經(jīng)濟(jì)的投入都無法得到回報(bào)，更何況一些資源浪費(fèi)。

其實(shí)不然，此次孔明殿維修在堅(jiān)持文化遺產(chǎn)保護(hù)原則的基礎(chǔ)上，從開工之初就有針對(duì)性地強(qiáng)化低碳、環(huán)保理念，凝聚各方智慧，開拓創(chuàng)新，通過合理利用資源、引入新技術(shù)，降低能耗，增加建筑材料的重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)了低碳、環(huán)保。

一 防護(hù)頂棚下的自然采光

孔明殿是武侯祠的核心文物建筑，西連廊又是游覽的主要通道，為滿足游覽需要，只能進(jìn)行開放性施工，施工同時(shí)還要兼顧游覽的方便與游客安全尤其需要提供充足的展示光源。這在以往的文物保護(hù)工程中極為少見，也給施工增加了很大難度。按照一般方法，為了保證游客的安全，會(huì)在施工區(qū)域上方搭設(shè)防護(hù)架，與屋頂完全隔離；屋頂上方再搭設(shè)防護(hù)頂棚遮風(fēng)避雨。但是這樣一來，自然光就會(huì)被頂棚拼接材料薄鋼板遮擋。為了確保屋面拆除的安全性以及恢復(fù)制作的精確性，通常會(huì)在施工區(qū)域增加大功率照明設(shè)施，然而，大功率的照明勢(shì)必會(huì)造成能源的浪費(fèi)，以孔明殿為例，孔明殿面積670㎡，按照每30㎡安裝100瓦白熾燈計(jì)算，應(yīng)安裝23盞白熾燈，每日預(yù)計(jì)耗電約18.5度。屋面施工歷時(shí)近5個(gè)月，預(yù)計(jì)照明耗電量為2700余度。

（在支頂自然取光下進(jìn)行施工）

為了節(jié)約能耗，降低施工成本，本次施工將防護(hù)頂棚安裝進(jìn)行了改良。以往，薄鋼板是完全拼接后再釘死在龍骨（木條）上，形成類似屋面的整體。本工程中我們將薄鋼板改為交錯(cuò)固定：即把防護(hù)棚頂部基數(shù)行的薄鋼板完全固定，偶數(shù)行的薄鋼板上部固定于圓柱形龍骨上，下部搭接在下面一行的薄鋼板之上。如此一來，偶數(shù)行的薄鋼板就像一扇扇窗戶，可以隨時(shí)支撐敞開，達(dá)到自然取光的目的。孔明殿屋面維修多在冬季施工，風(fēng)力弱、雨量少，對(duì)活動(dòng)薄鋼板影響很?。皇┕r(shí)段撐開后，基本可以滿足施工要求；收工則將支撐取下。整個(gè)屋面施工中，除中脊安裝使用了5盞白熾燈外，其余部位均未安裝照明，節(jié)約照明能耗近78%。

二 瓦件規(guī)格的合理選用

孔明殿瓦頂結(jié)構(gòu)分為三層：底層為望瓦拼接、中間為溝瓦搭接、上層為筒瓦裹壟。由于歷史上曾多次對(duì)孔明殿屋面進(jìn)行過維修，致使各類瓦件的規(guī)格不完全統(tǒng)一，其中溝瓦厚度分為1.0cm和1.2cm兩種。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)量，厚度為1.0cm的溝瓦與武侯祠其它部分文物建筑溝瓦的規(guī)格基本相同，一般稱為小青瓦；厚度為1.2cm的溝瓦與孔明殿望瓦規(guī)格基本相同，該規(guī)格瓦件由于無法使用機(jī)器制作，市場(chǎng)上一般稱為手工瓦，兩種型號(hào)的溝瓦各約占50%。整個(gè)屋面需要溝瓦近40000塊、望瓦近15000塊；除去殘損的瓦件，屋面可回收利用的小青瓦15000塊、手工瓦25000塊。如果將溝瓦全部恢復(fù)為小青瓦，則需要補(bǔ)充小青瓦25000塊，溝瓦中的手工瓦填補(bǔ)望瓦缺損部分后，還剩余近10000塊；如果將溝瓦全部恢復(fù)為手工瓦，則需要補(bǔ)充手工瓦30000塊。

燒制瓦件的耗煤量是由瓦的厚度決定的，越厚的瓦越不容易燒透，耗時(shí)越長，耗煤量也越多。孔明殿單塊小青瓦平均耗煤80g，手工瓦平均耗煤200g，兩套方案的耗煤量分別為2000kg和6000kg。標(biāo)煤每1000kg耗煤排放二氧化碳（CO2）、硫（S）、磷（P）等氣體3300kg、產(chǎn)生熱量7000千卡計(jì)算，恢復(fù)手工瓦比恢復(fù)小青瓦所排放的有害氣體和熱量多出6600kg和14000千卡。

經(jīng)過三方分析并報(bào)設(shè)計(jì)方確認(rèn)，工程最終選用小青瓦作為溝瓦規(guī)格。除減少有害氣體和熱量的排放外，手工瓦本身單價(jià)高出小青瓦5倍，在望瓦恢復(fù)后，剩余手工瓦均入庫保存，以備日后臨時(shí)修補(bǔ)之用。

三 防蟲、防腐材料環(huán)保化

成都平原氣候濕潤，雨期頻繁，非常適合白蟻和木腐菌滋生。武侯祠文物建筑多為木結(jié)構(gòu)，長期受木腐菌和白蟻侵害，破環(huán)較為嚴(yán)重。近年來武侯祠委托專業(yè)防蟲、防腐機(jī)構(gòu)進(jìn)行防治，取得了一定成效。但目前國內(nèi)普遍采用的防蟲、防腐材料對(duì)人體和環(huán)境有較大傷害，公共區(qū)域無法全面防治，只能頭痛治頭、腳痛治腳，采取局部噴殺的方式治理。等到建筑大修拆卸木構(gòu)時(shí)才發(fā)現(xiàn)，許多隱蔽部位如椽子等已完全糟朽或蟲蛀，只能更換新構(gòu)件。

木構(gòu)件防蟲分為原材料防蟲和蟲蛀后殺蟲。原材料防蟲主要是將新的木構(gòu)件用砒蟲啉藥水浸泡后外部刷桐油。該技術(shù)已被普遍采用。砒蟲啉是一種煙堿類殺蟲劑，化學(xué)分子式C9H10CIN502，主要成分為砒霜，含劇毒。桐油是由天然植物油桐種子提取的一種油脂，毒性較弱，主要功能是木構(gòu)防腐，兼有一定防蟲功效。

已經(jīng)使用的老構(gòu)件上如果發(fā)現(xiàn)白蟻，則使用砒蟲啉進(jìn)行噴殺。砒蟲啉能夠及時(shí)殺滅白蟻及蟲卵，卻容易揮發(fā)，經(jīng)過砒蟲啉處理過的木構(gòu)件，防蟲效果至多5年，所以經(jīng)砒蟲啉處理過的木構(gòu)件還要刷上桐油來鞏固防蟲、治蟲的效果。但是，桐油在自然條件下會(huì)逐漸變黑，局部出現(xiàn)起皮、脫落等現(xiàn)象，無法牢固地附著在已做油飾的老構(gòu)件上。所以，在某些特殊的文物保護(hù)工程中，往往將老構(gòu)件上的油飾人為地去除，再刷上桐油重做油飾，這樣雖保留了傳統(tǒng)工藝，卻破壞了文物本體的原真性。

木構(gòu)件的防腐，主要是針對(duì)新構(gòu)件。目前，被廣泛采用的技術(shù)是用CCA防腐溶液浸泡加壓后刷桐油。CCA即銅鉻砷防腐劑，含鉻、砷元素，有劇毒，人體吸入CCA輕則引起腹瀉、神經(jīng)紊亂等癥狀，重則會(huì)因體液流失過多、臟器衰竭或心跳驟停導(dǎo)致死亡。所以，經(jīng)過CCA處理的木構(gòu)建筑，不僅會(huì)影響人體健康，也會(huì)破壞周圍的生態(tài)環(huán)境。

（孔明殿木構(gòu)白蟻蛀蝕樣品）

（孔明殿木構(gòu)糟朽樣品）

孔明殿維修采取開放式施工，游客活動(dòng)區(qū)域就在施工區(qū)域下方，涂刷或噴殺防蟲、防腐材料，對(duì)游客和施工人員以及孔明殿東西兩側(cè)的景觀水池都會(huì)造成影響。對(duì)此，武侯祠專門邀請(qǐng)中國文化遺產(chǎn)研究院前總工程師付清遠(yuǎn)研究員現(xiàn)場(chǎng)考察。通過對(duì)周圍環(huán)境的勘查和病害現(xiàn)狀分析，考慮到武侯祠開放性施工的特點(diǎn)，建議使用一種新型材料ACQ。

ACQ中文名叫“銅氨季胺鹽10%稀釋溶液”，深藍(lán)色，無異味、對(duì)皮膚無刺激性，是近年來防蟲、防腐材料中的生力軍，已在香港、新加坡等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)廣泛使用，其特點(diǎn)為：1、無毒性，不含鉻、砷等有害元素；2、化學(xué)成分穩(wěn)定，不易揮發(fā)；3、用水稀釋涂刷或噴灑后能夠很快滲入木構(gòu)里層，通過破壞木腐菌、白蟻生存環(huán)境，達(dá)到殺滅和防止效果；4、藥效持續(xù)時(shí)間長，可持續(xù)30年以上；5、對(duì)周邊環(huán)境無影響。ACQ的價(jià)格為普通防蟲、防腐材料的3倍以上，目前在中國內(nèi)地尚未得到推廣。為慎重起見，武侯祠特地要求ACQ供應(yīng)商委托廣東省林科院森工所對(duì)ACQ進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果“符合中華人民共和國林業(yè)行業(yè)LY/T1635—2005標(biāo)準(zhǔn)”。

經(jīng)多方商議，報(bào)設(shè)計(jì)方確認(rèn)，最終ACQ被確定為本項(xiàng)目唯一專用防蟲、防腐材料。同時(shí)，傳統(tǒng)的刷桐油工藝被保留。

四 碳纖維加固在木構(gòu)建筑上的運(yùn)用

碳纖維材料加固用于孔明殿維修，是本次維修中一大亮點(diǎn)，它既是文化遺產(chǎn)保護(hù)工作中的一次大膽嘗試，也充分體現(xiàn)了武侯祠博物館堅(jiān)持低碳、環(huán)保的決心。

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于20世紀(jì)80年代美、日等發(fā)達(dá)國家，近年來在國內(nèi)開始廣泛使用。2008年國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)通過了《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》GB/T 20490-2008，明確該技術(shù)可在混凝土加固領(lǐng)域中使用，但在木結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域尚未得到推廣。

傳統(tǒng)無斗拱木結(jié)構(gòu)建筑通常用柱將上層荷載傳遞至下層梁架，橫梁受持續(xù)的縱向拉力而出現(xiàn)下?lián)?，建筑排架通過構(gòu)件相互拉接，增大橫梁抗撓能力并減少縱向受力，從而使建筑整體趨于穩(wěn)定。當(dāng)某些構(gòu)件發(fā)生病害，排架受力出現(xiàn)變化，則易減小橫梁抗撓能力、加大縱向受力；當(dāng)受力超過橫梁最大抗拉力時(shí)，橫梁就發(fā)生縱向開裂。開裂橫梁抗撓能力大大減小，導(dǎo)致建筑梁架嚴(yán)重受損。使用鋼性材料對(duì)裂紋處箍緊或直接使用“工”字鋼襯托橫梁，往往由于鋼材強(qiáng)度大于木材強(qiáng)度，造成其它構(gòu)件受損，因此橫梁縱向開裂，一般采取更換的方法。雖保證了文物建筑安全，但降低了建筑的文物價(jià)值，損害了文物本體的真實(shí)性、完整性，同時(shí)也造成木材資源的浪費(fèi)。

（碳纖維材料中碳纖維布樣品）

（纏繞碳纖維布前進(jìn)行的處理）

（纏繞碳纖維布加工過程）

孔明殿脊檁為柏木材質(zhì)，長710cm、直徑23cm，承載孔明殿屋面中堆、中脊重量約720kg。由于地震影響，中檁接近中間部位出現(xiàn)縱向5.2cm、深度0.8cm的裂紋，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)受力實(shí)驗(yàn)分析，抗撓能力下降近40%，必須更換或采取加固。柏樹生長極為緩慢，滿足更換孔明殿中檁規(guī)格的柏樹，生長期至少100年以上；若更換中檁，則需要前往原始森林定向砍伐。

調(diào)查工作當(dāng)中，我們從四川省建筑科學(xué)研究院工程材料研究所了解到碳纖維材料加固技術(shù)： 1、碳纖維材料本身屬于環(huán)保材料，使用后具有可逆性；2、碳纖維材料比同等截面鋼材料抗拉強(qiáng)度高近10倍；3、碳纖維材料質(zhì)地柔軟，是同等體積的鋼材料重量的1/4；4、碳纖維材料在酸、堿條件下不溶不脹。

這些特點(diǎn)不僅滿足了中檁抗拉強(qiáng)加固要求，而且符合文物保護(hù)中“盡量保留原構(gòu)件”、加固材料可逆且對(duì)文物本體不造成負(fù)面影響等條件。但是，碳纖維屬于新技術(shù)材料，價(jià)格較高。目前市場(chǎng)上購買孔明殿中檁規(guī)格的材質(zhì)費(fèi)用為0.8萬元；采用碳纖維對(duì)現(xiàn)有中檁進(jìn)行抗拉強(qiáng)加固，則需要費(fèi)用1.3萬元。武侯祠博物館對(duì)此專門進(jìn)行了研究，本著保留原構(gòu)件、盡量減少樹木砍伐的原則，最終決定嘗試使用碳纖維加固。

由于中檁位于建筑相對(duì)隱蔽部位，除建筑揭頂大修外，一般無法進(jìn)行維修，因此確定此次碳纖維加固后的中檁，在正常情況下應(yīng)當(dāng)滿足30年安全使用期。四川省建筑科學(xué)研究院為了做好該技術(shù)在木結(jié)構(gòu)加固的實(shí)驗(yàn)，專門派專家配合武侯祠博物館進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。工程步驟包括清潔被加固材料、防蟲、防腐、防潮和防高溫處理、纏繞碳纖維布并進(jìn)行固定。

工程完工后，對(duì)中檁重新加上荷載720kg，中間部位下?lián)嫌杉庸糖暗?.1cm減少到4.2cm，基本恢復(fù)到未開裂抗撓狀態(tài)。此次施工的資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)文物建筑保護(hù)，減少木材使用，提供了新的技術(shù)支持。

工程具體實(shí)施中還有許多針對(duì)低碳、環(huán)保在管理和工藝中的運(yùn)用，這里不再一一列出。文化遺產(chǎn)保護(hù)與低碳、環(huán)保應(yīng)當(dāng)是和諧的、共同發(fā)展的。文化遺產(chǎn)得到保護(hù)和延續(xù)，能夠美化我們的生活環(huán)境，提高文化生活質(zhì)量；而低碳、環(huán)保技術(shù)的不斷革新，又為更好地保護(hù)文化遺產(chǎn)提供技術(shù)支持和環(huán)境條件。通過此次孔明殿維修，讓我們看到了在文物保護(hù)領(lǐng)域仍可以通過優(yōu)化管理、引進(jìn)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保的可能。由于古建筑存在地域性和多樣性，相信通過無數(shù)文物保護(hù)工作者的努力，一定可以根據(jù)不同地理環(huán)境、氣候和建筑結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)更多適合自身特點(diǎn)的低碳、環(huán)保技術(shù)。

J026

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1004-342（2010）06-128-03

2010-08-13

付祺（1981—），男，成都武侯祠博物館，助理館員。