文化遺產(chǎn)保護中低碳、環(huán)保技術(shù)的運用與實踐
——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）

文化遺產(chǎn)保護中低碳、環(huán)保技術(shù)的運用與實踐
——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)保護成為社會各界關(guān)注的熱點；低碳、環(huán)保理念也逐漸深入人們的生產(chǎn)、生活。這兩個領(lǐng)域有著共同的目標：保護過去遺留或現(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)保護具有不可改變原狀的原則，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)保護實現(xiàn)低碳、環(huán)保提供參考。

文化遺產(chǎn)保護；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)害中受到嚴重損壞。地震發(fā)生后，國家文物局迅速組織專家對武侯祠的受災(zāi)情況進行了調(diào)查、評估，并委派北京清華城市規(guī)劃研究院文化遺產(chǎn)保護研究所（文物保護甲級設(shè)計資質(zhì)）制定了災(zāi)后保護維修方案，同年11月該方案獲得四川省文物管理局批準。

（獲得批準的《成都武侯祠四川地震災(zāi)后搶救保護工程搶險修繕方案》）

2009年，武侯祠受損最嚴重的孔明殿院落文物維修項目正式動工。該工程從開工到主體建筑竣工驗收，歷時6個月。工程進行期間，國家文物局的領(lǐng)導(dǎo)和專家4次親臨現(xiàn)場指導(dǎo)工作，文化遺產(chǎn)保護理念貫徹始終，受到社會各界的好評。

我國文物保護法明確規(guī)定，對不可移動文物的保護修繕，必須嚴格按照“原工藝”和“原材料”實施?！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的做法、工藝；“原材料”是指文物修復(fù)、修補時使用的材料，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)的文物價值和歷史信息。因此一般的文物保護工程，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和造型不同，導(dǎo)致修護文物所需的構(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，有時為了保證一些重要文物的真實性，不得不申請?zhí)嘏撤フ滟F樹種作為構(gòu)件原材料。有人認為文物保護本身就是一件不需要考慮代價的事情，經(jīng)濟的投入都無法得到回報，更何況一些資源浪費。

其實不然，此次孔明殿維修在堅持文化遺產(chǎn)保護原則的基礎(chǔ)上，從開工之初就有針對性地強化低碳、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，實現(xiàn)了低碳、環(huán)保。

一 防護頂棚下的自然采光

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，只能進行開放性施工，施工同時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，會在施工區(qū)域上方搭設(shè)防護架，與屋頂完全隔離；屋頂上方再搭設(shè)防護頂棚遮風(fēng)避雨。但是這樣一來，自然光就會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，大功率的照明勢必會造成能源的浪費，以孔明殿為例，孔明殿面積670㎡，按照每30㎡安裝100瓦白熾燈計算，應(yīng)安裝23盞白熾燈，每日預(yù)計耗電約18.5度。屋面施工歷時近5個月，預(yù)計照明耗電量為2700余度。

（在支頂自然取光下進行施工）

為了節(jié)約能耗，降低施工成本，本次施工將防護頂棚安裝進行了改良。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固定：即把防護棚頂部基數(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，可以隨時支撐敞開，達到自然取光的目的?？酌鞯钗菝婢S修多在冬季施工，風(fēng)力弱、雨量少，對活動薄鋼板影響很??；施工時段撐開后，基本可以滿足施工要求；收工則將支撐取下。整個屋面施工中，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孔明殿屋面進行過維修，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)場取樣測量，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器制作，市場上一般稱為手工瓦，兩種型號的溝瓦各約占50%。整個屋面需要溝瓦近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，則需要補充小青瓦25000塊，溝瓦中的手工瓦填補望瓦缺損部分后，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，耗時越長，耗煤量也越多?？酌鞯顔螇K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)過三方分析并報設(shè)計方確認，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，以備日后臨時修補之用。

三 防蟲、防腐材料環(huán)?；?/h2>

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)較為嚴重。近年來武侯祠委托專業(yè)防蟲、防腐機構(gòu)進行防治，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，則使用砒蟲啉進行噴殺。砒蟲啉能夠及時殺滅白蟻及蟲卵，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，不僅會影響人體健康，也會破壞周圍的生態(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，游客活動區(qū)域就在施工區(qū)域下方，涂刷或噴殺防蟲、防腐材料，對游客和施工人員以及孔明殿東西兩側(cè)的景觀水池都會造成影響。對此，武侯祠專門邀請中國文化遺產(chǎn)研究院前總工程師付清遠研究員現(xiàn)場考察。通過對周圍環(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，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”，深藍色，無異味、對皮膚無刺激性，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)達國家和地區(qū)廣泛使用，其特點為：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，達到殺滅和防止效果；4、藥效持續(xù)時間長，可持續(xù)30年以上；5、對周邊環(huán)境無影響。ACQ的價格為普通防蟲、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ACQ進行檢測，檢測結(jié)果“符合中華人民共和國林業(yè)行業(yè)LY/T1635—2005標準”。

經(jīng)多方商議，報設(shè)計方確認，最終ACQ被確定為本項目唯一專用防蟲、防腐材料。同時，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，它既是文化遺產(chǎn)保護工作中的一次大膽嘗試，也充分體現(xiàn)了武侯祠博物館堅持低碳、環(huán)保的決心。

碳纖維是由有機纖維經(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)加固修補的研究始于20世紀80年代美、日等發(fā)達國家，近年來在國內(nèi)開始廣泛使用。2008年國家標準化委員會通過了《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；當受力超過橫梁最大抗拉力時，橫梁就發(fā)生縱向開裂。開裂橫梁抗撓能力大大減小，導(dǎo)致建筑梁架嚴重受損。使用鋼性材料對裂紋處箍緊或直接使用“工”字鋼襯托橫梁，往往由于鋼材強度大于木材強度，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值，損害了文物本體的真實性、完整性，同時也造成木材資源的浪費。

（碳纖維材料中碳纖維布樣品）

（纏繞碳纖維布前進行的處理）

（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)場受力實驗分析，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。

這些特點不僅滿足了中檁抗拉強加固要求，而且符合文物保護中“盡量保留原構(gòu)件”、加固材料可逆且對文物本體不造成負面影響等條件。但是，碳纖維屬于新技術(shù)材料，價格較高。目前市場上購買孔明殿中檁規(guī)格的材質(zhì)費用為0.8萬元；采用碳纖維對現(xiàn)有中檁進行抗拉強加固，則需要費用1.3萬元。武侯祠博物館對此專門進行了研究，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隱蔽部位，除建筑揭頂大修外，一般無法進行維修，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)加固的實驗，專門派專家配合武侯祠博物館進行全程監(jiān)測。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、纏繞碳纖維布并進行固定。

工程完工后，對中檁重新加上荷載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，減少木材使用，提供了新的技術(shù)支持。

工程具體實施中還有許多針對低碳、環(huán)保在管理和工藝中的運用，這里不再一一列出。文化遺產(chǎn)保護與低碳、環(huán)保應(yīng)當是和諧的、共同發(fā)展的。文化遺產(chǎn)得到保護和延續(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領(lǐng)域仍可以通過優(yōu)化管理、引進新技術(shù)實現(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)更多適合自身特點的低碳、環(huán)保技術(shù)。

J026

A

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。