［摘 要］同濟(jì)大學(xué)致力于培養(yǎng)具有全球競爭力與國際領(lǐng)導(dǎo)力的創(chuàng)新人才。秉承國際化辦學(xué)傳統(tǒng)，土木工程學(xué)院部分師生于同濟(jì)大學(xué)海外校區(qū)——佛羅倫薩校區(qū)，開啟了一次歷史建筑、現(xiàn)代科技和人文素養(yǎng)完美融合的低碳、智能與韌性技術(shù)應(yīng)用教學(xué)之旅。師生們通過理論教學(xué)、參加學(xué)術(shù)講座、實(shí)地考察、匯報(bào)交流等方式開展了“尋訪羅馬和梵蒂岡的歷史建筑之美”“佛羅倫薩的低碳建筑嘗試”“比薩斜塔糾偏的智能系統(tǒng)”以及“韌性城市建設(shè)——圣母百花大教堂穹頂?shù)木S護(hù)工作”四個(gè)典型案例的教學(xué)實(shí)踐，深入了解了意大利的人文風(fēng)情，近距離學(xué)習(xí)了現(xiàn)代科技在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用。這對(duì)師生開闊國際視野、提升綜合素質(zhì)具有重要作用。

［關(guān)鍵詞］海外教學(xué)； 低碳、智能與韌性；古建筑保護(hù)

［中圖分類號(hào)］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）21-0132-05

當(dāng)今世界正在經(jīng)歷百年未有之大變局，科技革命與產(chǎn)業(yè)變革興起。以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個(gè)大局作出了重大戰(zhàn)略決策，提出了“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo)，由此，發(fā)展綠色低碳技術(shù)、建設(shè)智慧韌性城市便成為落實(shí)城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)任務(wù)的重要途徑。低碳、智能與韌性正成為土木工程未來的核心發(fā)展方向。

低碳、智能與韌性不只是未來建筑的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)于歷史建筑的保護(hù)和修復(fù)也同樣具有至關(guān)重要的意義。歷史建筑既是過去留給后人的瑰寶，又具備難以衡量的文化價(jià)值，并能通過維護(hù)和再利用煥發(fā)新生，滿足當(dāng)下的需求。因此，在適應(yīng)城市建設(shè)新形勢、推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展的進(jìn)程中，如何將現(xiàn)代土木工程學(xué)科的知識(shí)與技術(shù)應(yīng)用于歷史建筑的保護(hù)、修復(fù)，已成為城市古舊建筑保護(hù)及改造再利用亟須解決的重要課題。

意大利是一個(gè)歷史悠久、文化遺產(chǎn)眾多的國家，而其建筑遺產(chǎn)保護(hù)理論與實(shí)踐的成就更是有目共睹[1]。意大利在古建筑修復(fù)與加固技術(shù)上具有一系列成熟精湛的手法，其理論和實(shí)踐都處于世界同行業(yè)的前列，它將以“修舊如舊”為原則的傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)綜合運(yùn)用，保護(hù)著這些歷史遺留給人類的無價(jià)之寶。意大利政府除了專門的文物保護(hù)部，還設(shè)立了文物修復(fù)研究所和全國文物普查登錄所，規(guī)定只有專門的文物建筑保護(hù)師才有資格做文物保護(hù)工作[2]。同時(shí)，一些知名歷史遺跡保護(hù)機(jī)構(gòu)與宣言也出自意大利，如總部設(shè)立在羅馬的國際文物保護(hù)與修復(fù)中心（ICCROM）、1964年通過的保護(hù)文物建筑及歷史地段的國際原則《威尼斯憲章》、1981年通過的歷史園林保護(hù)憲章《佛羅倫薩憲章》等。為調(diào)研學(xué)習(xí)意大利的歷史建筑加固、維護(hù)和修復(fù)技術(shù)，在歷史建筑、未來科技與人文精神中尋找“相融點(diǎn)”，2023年7月，依托暑期海外教學(xué)項(xiàng)目，同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院、本科生院、中意學(xué)院和外事辦公室共同組織了由3位教師和15名本科生組成的意大利暑期營教學(xué)團(tuán)隊(duì)，前往同濟(jì)大學(xué)佛羅倫薩海外校區(qū)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

一、教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容

教師團(tuán)隊(duì)圍繞低碳、智能與韌性三個(gè)關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)本次海外教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)將理論教學(xué)與實(shí)地考察相結(jié)合，將教師的講解與學(xué)生的實(shí)地考察、匯報(bào)交流相結(jié)合（見表1）。

二、教學(xué)實(shí)踐

在前往意大利前，教師團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行了分組分工，要求學(xué)生預(yù)先對(duì)意大利的相關(guān)建筑維護(hù)、修復(fù)進(jìn)行了解，并為計(jì)劃的交流做好準(zhǔn)備。抵達(dá)意大利后，教師團(tuán)隊(duì)通過參加學(xué)術(shù)講座和匯報(bào)交流、實(shí)地考察等豐富的形式，開展了教學(xué)實(shí)踐，加深了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有效達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。以下是本次海外教學(xué)的四個(gè)案例。

（一）尋訪羅馬和梵蒂岡的歷史建筑之美

為了讓學(xué)生深入了解歷史建筑的價(jià)值、掌握歷史建筑的修復(fù)維護(hù)方法，培養(yǎng)他們的歷史遺產(chǎn)保護(hù)意識(shí)與實(shí)踐能力，開展了相關(guān)歷史建筑的實(shí)地考察。

在開展調(diào)研前，將學(xué)生按小組進(jìn)行分工，調(diào)研相關(guān)建筑的歷史及其修繕、保護(hù)的現(xiàn)狀，為后續(xù)實(shí)踐打下基礎(chǔ)。在實(shí)地尋訪中，學(xué)生以小組為單位互相介紹相關(guān)歷史建筑，并將實(shí)例與國內(nèi)歷史建筑保護(hù)、修復(fù)進(jìn)行對(duì)比。這對(duì)加強(qiáng)中意兩國在歷史建筑保護(hù)、修復(fù)工作方面的交流，對(duì)提升國內(nèi)歷史建筑保護(hù)、修復(fù)水平具有現(xiàn)實(shí)意義，也有助于開闊學(xué)生的視野和提升學(xué)生的思辨、認(rèn)知能力。在實(shí)踐過程中歸納的歷史建筑保護(hù)、修復(fù)重點(diǎn)如下。

1.注重“修舊如舊”，盡量使用原材料進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)不改變其外在形態(tài)。在實(shí)地調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)意大利對(duì)古建筑強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)性的維護(hù)，保持建筑的穩(wěn)定性，但不對(duì)其外表進(jìn)行修飾。雖然斗獸場、萬神殿等建筑的結(jié)構(gòu)性維護(hù)一直在進(jìn)行，但是文物保護(hù)機(jī)構(gòu)保持了其經(jīng)過自然侵蝕的痕跡、戰(zhàn)爭留下的彈孔等痕跡，使其歷史能在建筑上顯現(xiàn)。而國內(nèi)的歷史建筑更多使用木材，在修復(fù)和維護(hù)工藝方面有所不同。此外，兩國在歷史建筑修復(fù)理念上也有所不同，例如北京的八達(dá)嶺長城與武漢的黃鶴樓，在修復(fù)、翻新后都呈現(xiàn)出了與原本大為不同的外觀。

2.大力宣傳歷史建筑保護(hù)理念，對(duì)歷史建筑進(jìn)行有針對(duì)性的游客管理。意大利較早建立了文物古跡保護(hù)局，同時(shí)建立了完整的網(wǎng)站體系介紹相關(guān)歷史建筑及其維護(hù)情況。相關(guān)歷史建筑的開放與票務(wù)也由整合化的網(wǎng)站進(jìn)行管理。游客可以提前在網(wǎng)站上非常便利地查詢到各個(gè)歷史建筑的介紹與開放時(shí)間，節(jié)約了不少寶貴時(shí)間。

3.對(duì)于歷史建筑的維護(hù)不局限于建筑本身，也保護(hù)周圍的環(huán)境。羅馬的城市建設(shè)注重歷史景觀的保護(hù)，當(dāng)學(xué)生登上西班牙廣場與梵蒂岡圣彼得教堂的穹頂極目遠(yuǎn)眺時(shí)，圍繞羅馬城的山丘盡收眼底，整個(gè)羅馬完全沒有新建的高層建筑，城市的天際線仍保留著歷史的模樣——教堂的穹頂、鐘樓與大片的舊時(shí)房屋，著實(shí)令人感到震撼。漫步羅馬街頭，圍繞著古建筑的是用石子鋪成的道路，道路的兩旁是穿著各異的游客和叫賣的行商，師生們仿佛當(dāng)真來到了古羅馬帝國。

（二）佛羅倫薩的低碳建筑嘗試

隨著我國“雙碳”目標(biāo)的確立與構(gòu)建人類命運(yùn)共同體目標(biāo)的確定，減少碳排放成為至關(guān)重要的議題。意大利作為發(fā)達(dá)國家，在低碳方面比發(fā)展中國家有更重的責(zé)任。在海外教學(xué)實(shí)踐中，來自佛羅倫薩大學(xué)建筑學(xué)院的Paola Gallo和 Rosa Romano兩位教授分別以“Environmental Governance in Italy”與“Smart Materials for Smart Envelopes in Mediterranean”為主題，將案例分析與理論相結(jié)合，向?qū)W生展示了意大利關(guān)于能源等方面的舉措及前沿技術(shù)，提升了學(xué)生對(duì)建筑工程中新材料、新科技的理解，增強(qiáng)了減排、減碳的意識(shí)，拓展了研究學(xué)習(xí)的思維?，F(xiàn)在以兩個(gè)建筑項(xiàng)目為例，闡述低碳建筑教學(xué)實(shí)踐的主要內(nèi)容。

1.巴迪亞博物館的改造：該博物館設(shè)于一座砌體結(jié)構(gòu)的老建筑中，為達(dá)成節(jié)能減排的目的，通過使用隔熱板代替玻璃屋頂、改變墻面顏色以減少熱量吸收、根據(jù)日光強(qiáng)度智能控制窗簾等方式控制博物館溫度。學(xué)術(shù)講座結(jié)束后，兩位教授帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地探訪博物館，實(shí)地觀察相關(guān)改造。

2.盧卡信息交流中心的建設(shè)：建造時(shí)，使用特殊墻體結(jié)構(gòu)收集風(fēng)能，在玻璃屋頂上使用太陽能電池板，在玻璃屋頂下種植植物，這樣能在降低溫度的同時(shí)減少約百分之五十的碳排放。此建筑建成后，被當(dāng)作一個(gè)典型案例，引領(lǐng)意大利建筑行業(yè)的節(jié)能實(shí)踐。

（三）比薩斜塔糾偏智能系統(tǒng)

比薩斜塔與博洛尼亞斜塔是知名度非常高的兩處傾斜建筑，是重要的文化遺產(chǎn)。由于其傾斜、不穩(wěn)定的特質(zhì)，斜塔的保護(hù)、糾偏工作格外重要。在本次海外教學(xué)實(shí)踐中，師生們前往這兩座斜塔進(jìn)行實(shí)地考察，聆聽參與比薩斜塔糾偏工程的教授關(guān)于斜塔糾偏的報(bào)告，并與教授們進(jìn)行交流互動(dòng)，深入了解了現(xiàn)代智能技術(shù)在斜塔糾偏中的運(yùn)用。

在開始比薩斜塔實(shí)地考察前，學(xué)生先對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了解，帶著問題進(jìn)行走訪。學(xué)生先通過當(dāng)?shù)貙?dǎo)游的介紹了解比薩斜塔的歷史，然后登上比薩斜塔觀察其糾偏的痕跡。比薩斜塔的傾斜是土力學(xué)課程中比較經(jīng)典的例子，學(xué)生可以通過實(shí)地的探訪，加深對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的理解，提高專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用能力。

地基沉降是比薩斜塔傾斜的主要原因之一。在講座中，George Mylonakis教授與Camillo Nuti教授提到比薩斜塔的傾斜是由地基沉降和土壤的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的。斜塔建造在比薩市的河灘地帶，土壤主要由松軟的黏土和沙子組成。這種土壤在承受荷載時(shí)容易發(fā)生沉降和變形，導(dǎo)致斜塔的不均勻沉降。使用激光掃描、地下測量和地質(zhì)勘探等現(xiàn)代技術(shù)，可以精確測量塔體的傾斜情況和地基沉降速度，專家們?cè)诒人_斜塔的地基下挖掘了數(shù)米深的地基坑，注入混凝土來增加地基的穩(wěn)定性；為了降低土壤的受重和壓力，在塔樓的北側(cè)挖掘土壤，以平衡塔樓的傾斜；為了糾正塔樓的傾斜，在塔頂上放置了約800噸的鋼制重物，通過改變重心來減輕傾斜的影響；為了進(jìn)一步穩(wěn)定塔樓，將鋼索安裝在塔樓的北側(cè)，并連接到地面的固定點(diǎn)上，這些鋼索通過施加側(cè)向拉力來抵消傾斜的力量。在20世紀(jì)90年代進(jìn)行的修復(fù)工程中，專家們通過加強(qiáng)地基等調(diào)整塔樓的傾斜角度，將其從5.5度降低到目前的3.97度。穩(wěn)定斜塔整體結(jié)構(gòu)后，利用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析與監(jiān)測技術(shù)，監(jiān)測斜塔的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，預(yù)測其可能的變化，并利用數(shù)值模擬、有限元分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等知識(shí)，制定詳細(xì)的維護(hù)計(jì)劃，同時(shí)建立結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)追蹤塔體的變化，及時(shí)預(yù)警并采取措施，保障塔體的穩(wěn)定性。除此之外，由于斜塔建筑材料、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的特點(diǎn)，比薩斜塔對(duì)溫度和濕度非常敏感，為了保證比薩斜塔處于長期安全的環(huán)境中，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用也至關(guān)重要?，F(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測塔體周圍的環(huán)境參數(shù)，如濕度、溫度和地下水位等，幫助人們了解外部環(huán)境對(duì)塔體的影響，并安裝了空調(diào)、加濕器和除濕器等設(shè)備來控制其內(nèi)部環(huán)境。圖1為在比薩斜塔內(nèi)部拍攝的照片，可以看到相關(guān)傳感器的布置情況。

（四）韌性城市建設(shè)——圣母百花大教堂穹頂?shù)木S護(hù)工作

“韌性”被定義為系統(tǒng)抵御干擾并維持其基本功能的能力，它提供了一種應(yīng)對(duì)變化和災(zāi)難的新方法[3]。在城市研究中引入韌性理念，將韌性理念與城市研究、規(guī)劃設(shè)計(jì)相結(jié)合，是一種應(yīng)對(duì)氣候變化、災(zāi)害沖擊，提升城市安全性的新視角[4]。作為文藝復(fù)興的中心，佛羅倫薩時(shí)至今日仍然有相當(dāng)多保存完好的文藝復(fù)興時(shí)期的建筑。作為佛羅倫薩最矚目的建筑，圣母百花大教堂的維護(hù)、修復(fù)工作彰顯了該城市的韌性。在本次海外教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)于該教堂維護(hù)工作的研學(xué)也是重點(diǎn)之一。與上文斜塔糾偏案例的開展形式類似，在本教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生通過實(shí)地考察、參加學(xué)術(shù)講座以及匯報(bào)交流的形式，深度了解意大利建筑的韌性是如何構(gòu)建的。

1.在內(nèi)部的結(jié)構(gòu)方面。不同于文藝復(fù)興時(shí)期建造的其他教堂建筑，圣母百花大教堂設(shè)計(jì)了格外宏大的穹頂，導(dǎo)致沒有足夠長的木材可用于拱鷹架輔助建設(shè)。因此，在建造時(shí)，采用了雙殼結(jié)構(gòu)與肋狀骨架來保證穹頂整體的穩(wěn)定性，同時(shí)改良砌磚的形式來保證局部的穩(wěn)定。

雙層殼體可讓穹頂不受氣候影響，外表更為壯觀，同時(shí)降低整體結(jié)構(gòu)的重量。肋狀骨架由8個(gè)主肋和16個(gè)輔肋共同組成一個(gè)籠狀結(jié)構(gòu)作為支撐，其中主肋設(shè)置在8個(gè)端部，兩兩一對(duì)，共有4對(duì)肋拱，每對(duì)肋拱都能獨(dú)自承重。由于越向上堆砌，傾角越大，磚塊難以穩(wěn)定，建筑師便在兩個(gè)主肋之間添加了兩個(gè)輔肋，讓磚更好固定。在雙殼結(jié)構(gòu)和肋狀骨架的共同作用下，大跨度穹頂?shù)某兄貑栴}迎刃而解。同時(shí)，建筑師在水平砌磚中間插入垂直的磚，將水平通縫打斷，使建筑整體性更強(qiáng)，可防止局部的破壞。

2.在外部的裝飾方面。本次海外教學(xué)實(shí)踐安排學(xué)生登上正在維護(hù)的教堂穹頂，實(shí)地探訪教堂的維護(hù)工作。教堂穹頂?shù)难b飾使用了馬賽克的工藝，不同顏色的裝飾源于石塊或玻璃塊。在進(jìn)行維護(hù)時(shí)，一方面，使用相同材料，貫徹“修舊如舊”的理念；另一方面，工程師對(duì)建筑進(jìn)行了激光清洗，在不破壞表面材料的同時(shí)達(dá)到維護(hù)的目的。得到允許后，師生登上了穹頂腳手架參觀，雖然由于教堂方的要求沒有留下照片，但是穹頂上琳瑯滿目的壁畫與厚重的歷史痕跡早已刻在了師生的腦海中。

三、教學(xué)拓展

學(xué)生分組開展教學(xué)拓展。以意大利見聞為靈感，各小組選擇實(shí)地尋訪的知名地標(biāo)建筑作為模板，運(yùn)用軟件建模和3D打印技術(shù)制作了微縮模型（比例從1∶300到1∶1000不等），為本次海外教學(xué)實(shí)踐畫上了圓滿的句號(hào)，詳見圖2。

首先，學(xué)生通過在意大利拍攝的照片尋找靈感，然后查閱建筑的平面圖、剖面圖，最后結(jié)合課堂教學(xué)知識(shí)與自學(xué)知識(shí)，使用Rhino、Solidworks等軟件制作了歷史建筑模型。以博洛尼亞斜塔為例，學(xué)生詳細(xì)詢問了講座教授，了解斜塔的高度、傾斜角度等參數(shù)，回國后使用Rhino軟件及其插件Grasshopper，按照1∶1的比例構(gòu)建主塔，并對(duì)門窗等細(xì)節(jié)進(jìn)行了精確繪制。而對(duì)于較低塔的傾斜特征，學(xué)生通過放樣底面、旋轉(zhuǎn)角度等技巧進(jìn)行建模。

在佛羅倫薩，學(xué)生們贊嘆富麗堂皇的教堂穹頂、鮮艷斑斕的馬賽克壁畫；在博洛尼亞和比薩，學(xué)生們驚訝于意大利高超的古建筑保護(hù)技術(shù)。通過教學(xué)拓展的形式，學(xué)生們凝練了意大利之行的見聞，運(yùn)用了多媒體技術(shù)及相關(guān)專業(yè)課中的知識(shí)，將美好的回憶通過制作的模型保存起來。建筑模型作品能保存許久，成為師生們?cè)趤喥綄幇雿u交流學(xué)習(xí)、一覽西方歷史文化精華的最好見證。

四、結(jié)語

在本次短期海外教學(xué)實(shí)踐中，師生們通過理念教學(xué)、參加學(xué)術(shù)講座、實(shí)地考察、匯報(bào)交流等形式，加深了對(duì)于意大利歷史建筑修復(fù)、保護(hù)方面的了解，強(qiáng)化了對(duì)新時(shí)代土木工程專業(yè)低碳、智能與韌性等特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生們比較了中意兩國關(guān)于歷史建筑的修復(fù)、保護(hù)方式，了解了兩國不同的發(fā)展基礎(chǔ)、不同的規(guī)劃方式。意大利強(qiáng)調(diào)人文精神，保持建筑原有的形態(tài)與周圍環(huán)境，使城市景觀更加貼近歷史形態(tài)，在未來城市建設(shè)的過程中，意大利的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以為我國提供參考。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 馮珊珊. 建筑遺產(chǎn)保護(hù)與修復(fù)的意大利經(jīng)驗(yàn)[J].建筑與文化，2014（6）：165-167.

[2］ 陳志華.意大利古建筑散記[M].合肥：安徽教育出版社，2003.

[3］ HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J]. Annual review of" ecology， erolution， and systematics，1973，4：1-23.

[4］ 魯鈺雯，翟國方. “雙碳”目標(biāo)下低碳韌性城市建設(shè)的國際經(jīng)驗(yàn)及啟示[J].科技導(dǎo)報(bào)，2022，40（6）：56-66.

［責(zé)任編輯：鐘 嵐］