朱捷，莊慎/ZHU Jie, ZHUANG Shen

敦煌莫高窟窟門的一次公益設計和改造實驗
A Volunteer Design and Renovation Experiment for the Gate of Mogao Grottoes in Dunhuang

朱捷，莊慎/ZHU Jie, ZHUANG Shen

本文記述了通過社會力量對敦煌莫高窟窟門進行優(yōu)化改造的公益設計和試驗過程，展示了一扇需要滿足安全防護、智能化控制、防風沙和調(diào)節(jié)通風等復雜要求的門的設計細節(jié)。

敦煌莫高窟，智能窟門，防風沙，通風調(diào)節(jié)

2013年10月，時任敦煌研究院院長樊錦詩和英國皇家特許建造學會（CIOB）中國區(qū)主席孫繼偉博士共同發(fā)起公益活動，旨在通過社會力量對莫高窟窟門實施優(yōu)化改造。12月，CIOB中國東方區(qū)負責團隊及其組織的上海專家團隊，包括建筑師、電氣智能化設計師、專業(yè)門窗技術配合方、施工方和施工監(jiān)理一起到敦煌實地考察（圖1、2），并與敦煌研究院進行了深入的交流，明確了改造的內(nèi)容：一是對莫高窟窟門進行優(yōu)化改造；二是實施統(tǒng)一的智能門鎖系統(tǒng)。

敦煌研究院對窟門的優(yōu)化改造提出的具體功能需求包括5部分：

（1）防護：作為國家級文物保護單位，窟門需要滿足文物防盜、防破壞等防護要求。

（2）防風沙：敦煌位于河西走廊地區(qū)，地理環(huán)境具有周期性風沙等特點，窟門需要肩負戈壁地區(qū)防風沙的功能，以保護洞窟內(nèi)的文物。

（3）可調(diào)節(jié)的通風：敦煌地區(qū)另一氣候特征是溫濕度差異較大，而作為國寶的莫高窟壁畫對溫濕度控制也有一定的標準，因此窟門也需要滿足可調(diào)節(jié)的通風要求。

（4）外觀：作為世界級文物以及國家著名景區(qū)，窟門的外觀有一定的審美要求，并應與周圍環(huán)境相融合。

（5）智能門控：莫高窟有一部分洞窟是作為旅游景點對外開放的，而另一部分洞窟則主要作為專業(yè)研究點進行保護，對于各類窟門需要一套智能系統(tǒng)進行后臺統(tǒng)一的管理和運行。

莫高窟洞窟是在山體上開鑿而成的，上層的洞窟通過后加建的混凝土連廊連通。根據(jù)門洞與洞窟的連接條件主要可以分為三類（圖3-5）。第一類，無門斗無前室，通過窟門可直接進入甬道和洞窟。第二類門洞外側(cè)無門斗，門扇位置在上層靠近狹窄的外廊，窟門需靠內(nèi)安裝，利用巖壁厚度兼做門斗功能。內(nèi)部有前室，需先通過前室再進入甬道和洞窟。第三類門洞外側(cè)有門斗，內(nèi)部有前室。這三類，對于窟門的設置都形成了不同的條件。

改造前，莫高窟的現(xiàn)有窟門是1980年代由邵逸夫先生捐贈的。主要為深褐色的鋁合金門窗，尺寸根據(jù)各窟門大小不一，開啟方式各異。局部有紗門與鋁合金窟門組合使用（圖6-7）。

1 莫高窟

2 莫高窟巖壁與走廊（1.2 攝影：莊慎）

3 無門斗無前室入口

4 無門斗有前室入口

5 有門斗有前室入口

最初的兩輪概念設計

阿科米星建筑設計事務所受邀參加了莫高窟窟門改造的公益設計和實施，與其他專業(yè)設計共同組成了工作團隊，在設計之初提出了兩種概念方案。

起初，考慮到窟門的功能復雜，需滿足功能眾多，工作組的想法是設計內(nèi)外兩道門來組合滿足功能：外門承擔防護、通風、調(diào)節(jié)小氣候功能；內(nèi)紗門用于防沙功能（圖8）。相應的，外門厚重，風格與莫高窟風貌協(xié)調(diào)。內(nèi)紗門輕巧，形象與室內(nèi)環(huán)境匹配。這樣的設計使得單扇門的制作簡單，成本可控，組合靈活。但是由于各個洞窟窟門洞口的安裝條件各不相同，兩道門的設計適應性有限。

發(fā)現(xiàn)這個問題，引發(fā)工作組進行了第二輪概念設計。在這次設計里，工作組逐步發(fā)現(xiàn)設計中如何既防風沙又能通風是一個難點，因為普通紗門用門紗的孔徑來阻擋沙粒并且通風，但小于門紗孔徑的沙粒就擋不住，而且門紗和容易被沙粒堵住，不便清潔，也影響通風。對此，工作組查找到在中東運用較多、也較為成熟的防沙百葉的做法，這種百葉通風與防沙功能可以合二為一。防沙百葉的主體由前后兩排豎向的C型金屬百葉組成，C型百葉位置在平面上形成前后對扣的形態(tài)，間隔錯開。錯開的葉片之間能有效通風。起風沙時，透過外側(cè)百葉的沙粒由后側(cè)百葉完全阻擋，并沿豎向的間隙落下，由下部的排沙槽導出（圖9）。這期間，曾經(jīng)考慮過將固定的防沙百葉設計成電動的，使其后C型立桿前后能移動，與前面的C型立桿形成可開可閉的狀態(tài)，來控制防沙與通風（圖10）。最終，由于技術復雜，放棄了該想法，設計了新的形式。設計決定采用組合百葉體系的單扇門來取代之前的兩道門。新的方案中防沙百葉前置，用來有效阻擋風沙，將可人工調(diào)控轉(zhuǎn)動閉合的橫向電動百葉置于其后，以調(diào)節(jié)通風量。這樣，就形成了一個既防沙又通風可調(diào)的防沙通風百葉系統(tǒng)（圖11）。

整體的門，門架主體為不銹鋼，承擔防護的牢固度，保證使用的耐久性。門扇表面裝飾是經(jīng)過防風化處理的木材，做成可替換的構(gòu)件。木材溫和親切，顏色質(zhì)地與周圍環(huán)境相融合，形成與莫高窟協(xié)調(diào)的外觀風格。

門扇采用明框樣式，邊框?qū)㈤T扇分為上中下三部分。門扇上部在鋼骨架外安裝實木飾面板。門扇中部的木板內(nèi)嵌入感應智能門鎖，下橫檔向外突出為粗壯的鋼木門把。門扇下部就是采用防沙通風的百葉組合，向外側(cè)的防沙百葉C型金屬豎桿外表面安裝木飾條（圖12）。

這一輪的設計概念獲得了大家的認可。CIOB團隊和敦煌研究院商議決定先找一個洞窟做樣板門試驗。經(jīng)過慎重的考慮，研究院建議用第74號窟（圖13）做實驗，這是一個較小的普通洞窟，洞窟口為無門斗有前室類型，內(nèi)部沒有珍貴的壁畫，也不是旅游或研究的點，平時基本關閉，適合用來作為試驗與使用后環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集。工作組針對該洞窟進行了樣板門試樣的深化設計。

74窟樣板門首次實驗

6 窟門現(xiàn)狀

7 局部洞口與窟門立面（6.7 攝影：莊慎）

8 莫高窟窟門概念平面

9 防風沙百葉原理

10a 電動防風沙百葉開啟模式

10b 電動防風沙百葉閉合模式

11 防風沙百葉與橫向百葉組合

12 莫高窟窟門概念-軸測

樣板門是在上海制作的，計劃制作完后陸運到敦煌安裝。制作也同時是個不斷實驗調(diào)整的過程。開始制作不久就又發(fā)現(xiàn)了新問題：復合的門扇太厚了，由于要同時滿足完全地阻擋風沙并無極地調(diào)節(jié)通風量，防沙百葉與轉(zhuǎn)動閉合百葉組合起來的厚度本身就不小，加上前后飾面，厚度遠遠大于通常的門扇，這一方面造成門的重量過大，另一方面更麻煩的是超過了所有智能門鎖的安裝尺寸，必須修改設計。工作團隊與敦煌研究院進行了進一步的研討，研究了簡化的可能性，最后認為可用自動感應風沙的電動百葉來承擔防沙功能。門扇外側(cè)是豎向的金屬格柵，外飾木裝飾，內(nèi)側(cè)則采用新的電動水平金屬百葉。這種百葉可以通過設置外裝的感應器感應風沙的來臨，根據(jù)風沙大小，自動采取行動，實現(xiàn)開啟或完全關閉，來實現(xiàn)遮擋風沙與通風的功能。為了實現(xiàn)通風效果最大化，門扇上盡量擴大了百葉面積。這個第一版樣板門的門架主體同樣為金屬框，為了與窟門周邊褐色砂礫墻體協(xié)調(diào)，門表面材質(zhì)采用深褐色的木材與同色烤漆金屬板。立面形式與莫高窟整體格調(diào)氣質(zhì)相協(xié)調(diào)，采取當?shù)孛窬娱T扇的傳統(tǒng)形式語言，框骨寬大，塊面清晰，分割比例勻稱豐滿（圖14）。

門采用智能鎖具，支持電子和機械式鑰匙兩種開啟方式，特殊的編碼方式使得單個鑰匙重復概率為零，多種鎖舌確保安全。另外，根據(jù)敦煌研究院的要求，工作組還設計了全方位的智能化入口管理系統(tǒng)，可無線遠程控制門鎖的開啟。

第一版樣板門在上海加工制作后于2015年8月運達敦煌，安裝在74號洞窟進行測試，以了解門的材質(zhì)是否適應當?shù)氐沫h(huán)境，門的構(gòu)造對洞窟文物的保護、室內(nèi)空氣質(zhì)量的調(diào)控是否能達到預期的需求（圖15）。

74窟樣板門二次實驗

通過試驗現(xiàn)場安裝的過程，以及在其后幾個月的日常使用和測試，工作團隊總結(jié)出繼續(xù)優(yōu)化的兩個方面：第一，門需要進一步減重，以方便將來大量運輸、搬運的方便，更好地保護產(chǎn)品，節(jié)約運費，同時更方便安裝；第二，需要簡化門定制的復雜度，因為莫高窟的門洞尺寸各異，沒有標準尺寸，需要簡化定制的難度；第三，需要重新考慮飾面材料的耐候性，木材飾面雖然已經(jīng)過加工處理，但還是不能適應當?shù)貒揽岬臍夂驐l件，局部出現(xiàn)了變形開裂。

于是工作團隊立即再次改良設計?？唛T外立面的豎向木格柵百葉由耐候性能更好的鋁合金格柵代替，并取消了窟門外側(cè)所有的木材裝飾貼面。在鋁合金表面采用具有材料質(zhì)感的3D打印技術來模仿木材的視覺效果。通過通風環(huán)境的初步數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)通風面積可以縮小，于是設計保留了上一版門的立面形式，取消了整扇盡量大的通風百葉，而采用了標準尺寸、模塊化設計的百葉通風模塊，該模塊的水平百葉同樣可以感應氣候的變化而自動開啟和關閉。在門的上方，設置了與下方百葉聯(lián)動的、同樣也是模塊化設計的輕型自動排氣扇。使得空氣可以在電動控制的狀態(tài)下進行對流和通風（圖16）。

通風系統(tǒng)的模塊化設計是這一版窟門最主要的修改與特點，它擁有以下兩個主要優(yōu)點。一方面，采用輕型的、模塊化的通風系統(tǒng)，形成與主體門可分離的模式。在保證通風防沙的同時，可以使主體門的加工變得簡單，有效減少門的厚度。對比前一版窟門，新版窟門的主體幾乎只有原先窟門一半的厚度，大大減輕了門的重量。同時，模塊化的通風系統(tǒng)本身也變小巧了，方便其運輸和安裝。另一方面，針對莫高窟窟門幾乎每個大小都不相同的情況，模塊化設計也能更好的應對現(xiàn)場大小不一的窟門門洞尺寸。主體門扇可以根據(jù)每一個窟門門洞尺寸進行定制，但其通風裝置只需要一組標準的通風模塊就可以安裝在不同的門扇內(nèi)側(cè)。不僅便于安裝，更方便維修和替換，很大程度地節(jié)約了窟門的制造成本。

第二版窟門在上海加工完成后于2016年6月中旬運到敦煌更換，目前還在試驗中（圖17）?！?/p>

13 74號窟原窟門資料

14 74號窟第一版窟門軸測圖

15 74號窟第一版窟門照片（攝影：朱捷）

16 74號窟第二版窟門軸測圖

17 74號窟第二版窟門照片（攝影：劉雙雁）

The paper describes the design and experiment process for improving and renovating the gate for Mogao Grotto in Dunhuang through social power, highlighting the design details to achieve security, intelligence control, sand proof and ventilation adjustment.

Mogao Grottoes in Dunhuang, intelligence gate,sand proof, ventilation adjustment

阿科米星建筑設計事務所

2017-11-29

項目信息

項目名稱：敦煌智能門

客戶：敦煌研究院

發(fā)起者：樊錦詩（敦煌研究院名譽院長），孫繼偉（CIOB中國名譽主席、FCIOB）

組織協(xié)調(diào)：曹宇（CIOB中國副主席兼東方區(qū)主席、FCIOB），肖紅專（MCIOB），王旭東（敦煌研究院院長）

總設計：莊慎（阿科米星建筑設計事務所合伙人、MCIOB），朱捷（阿科米星建筑設計事務所合伙人)

智能系統(tǒng)設計：夏彥（上海行覺建筑工程咨詢有限公司總經(jīng)理、MCIOB），周儀芳（技術總監(jiān)）

制作安裝：宋凌月（上海玻機智能幕墻有限公司總工），田學勤（總經(jīng)理）

制作安裝管理：周海浪（MCIOB）