我國文物建筑受列車微振動(dòng)影響研究現(xiàn)況及關(guān)鍵問題分析

馬 蒙，劉維寧

（北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

隨著城市軌道交通的大規(guī)模建設(shè)，列車運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)成為國內(nèi)外學(xué)者們近年來持續(xù)關(guān)注的問題。其中，微振動(dòng)對(duì)古建筑、有價(jià)值的文物建筑造成的影響及其預(yù)測(cè)和控制成為該領(lǐng)域一個(gè)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。我國對(duì)文物建筑微振動(dòng)控制研究始于上世紀(jì)80年代末，對(duì)焦枝鐵路復(fù)線建設(shè)中隧道施工爆破震動(dòng)、列車運(yùn)行振動(dòng)等環(huán)境問題開展的研究[1]。周家漢[2]通過測(cè)試既有鐵路列車振動(dòng)傳播規(guī)律和“比例距離”預(yù)測(cè)京滬高速列車振動(dòng)，以確保高速列車振動(dòng)環(huán)境下蘇州虎丘塔的安全。賈穎絢等[3]研究了北京站-北京西站直徑線對(duì)沿線三處文物保護(hù)單位振動(dòng)影響。針對(duì)西安地鐵運(yùn)行對(duì)沿線古建筑振動(dòng)影響，文獻(xiàn)[4-7] 開展了系統(tǒng)的測(cè)試、預(yù)測(cè)及控制研究。根據(jù)對(duì)國家文物局官網(wǎng)公示的統(tǒng)計(jì)，近10年來對(duì)北京、南京、合肥、廣州、烏魯木齊、南昌、鄭州、西安等城市軌道交通建設(shè)涉及文物保護(hù)方案的批復(fù)中，幾乎都涉及到列車運(yùn)行振動(dòng)影響、預(yù)測(cè)及控制問題。由此可見，目前列車振動(dòng)問題已受到文物保護(hù)工作者的高度重視，該問題能否被恰當(dāng)解決已成為某些城市制約軌道交通建設(shè)的瓶頸因素，正確處理振動(dòng)環(huán)境下文物保護(hù)和軌道交通建設(shè)之間的矛盾顯得尤為必要。

1 文物建筑防交通振動(dòng)研究進(jìn)展

1.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

文物建筑的損壞包括結(jié)構(gòu)性破壞和建筑性損傷2個(gè)層次。結(jié)構(gòu)破壞與結(jié)構(gòu)安全性直接相關(guān)，包括建筑承重構(gòu)件的破壞，可引發(fā)結(jié)構(gòu)整體或局部坍塌、破壞的損傷；而建筑損傷與建筑完整性直接相關(guān)，通常不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成影響，但可能出現(xiàn)墻體開裂等影響建筑美觀和使用的損傷。

速度峰值是常見的作為建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)的物理量。通常認(rèn)為當(dāng)速度峰值小于10 mm/s時(shí)，是可以滿足普通結(jié)構(gòu)安全性要求的，而對(duì)于古舊建筑，限值會(huì)更嚴(yán)一些。例如，德國標(biāo)準(zhǔn)中給出“對(duì)振動(dòng)特別敏感的建筑物和具有一定保護(hù)等級(jí)的歷史性古建筑物”在1 Hz～100 Hz內(nèi)非連續(xù)性振動(dòng)限值為3 mm/s～10 mm/s[8]；瑞士標(biāo)準(zhǔn)中給出：對(duì)古舊建筑防交通振動(dòng)的限值為3 mm/s～5 mm/s，對(duì)于處于大流量交通環(huán)境下維修不良的古建筑可進(jìn)一步將限值提高至2 mm/s[9]。我國學(xué)者楊先健等較早研究古建筑振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)地基土剪切波速、文物保護(hù)級(jí)別等因素給出古建筑振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的建議值約為1.8 mm/s[10]，1988年頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械工業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》部分采納了上述建議，給出有嚴(yán)重開裂及風(fēng)蝕的古建筑允許振動(dòng)值為1.8 mm/s～3.0 mm/s[11]。國標(biāo)GB/T50452-2008首次考慮了建筑完整性要求給出的振動(dòng)限值介于0.10 mm/s～0.75 mm/s[12]。國標(biāo)GB50868-2013針對(duì)未核定為文物保護(hù)單位的不可移動(dòng)且具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值，需要保護(hù)的古建筑、遺址、墓葬、石窟寺、石刻、壁畫、近現(xiàn)代史跡和代表性建筑等，給出的建筑頂層振動(dòng)限值為2.5 mm/s、建筑基礎(chǔ)處振動(dòng)限值為1.0 mm/s～3.0 mm/s[13]。至此，基本形成了涵蓋我國各類文物建筑的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.2 研究方法及控制措施

我國針對(duì)古建筑防列車振動(dòng)影響的研究是伴隨著預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)與理念的發(fā)展、控制措施技術(shù)發(fā)展進(jìn)行的。早期的基于測(cè)試的研究[1-2]盡管沒有系統(tǒng)考慮文物建筑本身的自振特性，但直接基于實(shí)測(cè)的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)在振動(dòng)量級(jí)判別上仍具有極高的可行性。隨著計(jì)算機(jī)的普及，有限元技術(shù)逐漸廣泛用于古建筑微振動(dòng)預(yù)測(cè)中。其中，地層-結(jié)構(gòu)模型經(jīng)歷了從二維簡化分析[14]至復(fù)雜三維分析[6,15]的發(fā)展過程。另一方面，測(cè)試研究在評(píng)價(jià)古建筑現(xiàn)況振動(dòng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性中起到了積極的作用[7,16]，并用于對(duì)模型的驗(yàn)證與校核[5,17]，提高了數(shù)值預(yù)測(cè)精度。然而從交通振動(dòng)影響研究角度來看，目前國內(nèi)針對(duì)文物建筑自身振動(dòng)特性和承受振動(dòng)大小的能力（即“承振能力”）的研究仍相對(duì)薄弱，體現(xiàn)在：其一，榫卯節(jié)點(diǎn)動(dòng)力特性合理模擬方法研究較少；其二，微振動(dòng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)方法研究較少；其三，除彈性波速外，其余古建筑無損檢測(cè)方法未能廣泛引入到古建筑動(dòng)力特性現(xiàn)況及承振能力評(píng)價(jià)中。

軌道交通振動(dòng)控制包括振源減振、傳播路徑隔振和敏感目標(biāo)隔振3方面。當(dāng)不具備線路變更條件時(shí)，國內(nèi)目前大多采用設(shè)計(jì)浮置板軌道的振源減振措施來解決振動(dòng)對(duì)古建筑影響問題。從降低古建筑振動(dòng)敏感度角度分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境振動(dòng)控制可采用降低振動(dòng)激擾強(qiáng)度和提高振動(dòng)敏感目標(biāo)承振能力2類手段[18]，并應(yīng)樹立綜合減振的理念。以西安地鐵通過鐘樓案例為例，綜合采用了優(yōu)化線路、降低車速、設(shè)計(jì)浮置板軌道等多種降低激擾強(qiáng)度的方式，采用加強(qiáng)對(duì)鐘樓結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)維修等提高承振能力的手段，并在鐘樓周邊施加隔離排樁，既可加固地基、提高鐘樓承振能力，也能在一定程度上降低路面交通振動(dòng)。

1.3 存在的問題

在古建筑防交通微振動(dòng)方面，盡管我國從保護(hù)意識(shí)、研究方法、控制措施等多方面都取得了長足的進(jìn)步，但交通微振動(dòng)控制歸根到底只是文物建筑保護(hù)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果僅將其視作是一類技術(shù)問題，而忽略了保護(hù)文物建筑這一最基本出發(fā)點(diǎn)，有時(shí)則會(huì)出現(xiàn)本末倒置的情況。近年來，一些城市在地鐵線路規(guī)劃、建設(shè)施工、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)上，一方面過度強(qiáng)調(diào)古建筑微振動(dòng)控制，另一方面卻仍有大量的文物建筑因工程建設(shè)遭到不同程度破壞。綜合媒體報(bào)道可知，廣州黃家祠、天津楊以德舊居和DD大樓舊址等文物建筑均因地鐵建設(shè)而發(fā)生破壞或拆除。

與之形成鮮明對(duì)比的是，大批列入文物保護(hù)單位名錄的建筑，即使是近年來重建的、或根本不需要考慮建筑完整性破壞而進(jìn)行微振動(dòng)控制的文物建筑，當(dāng)?shù)罔F設(shè)計(jì)從其附近通過時(shí)也投入大量精力進(jìn)行所謂的微振動(dòng)預(yù)測(cè)和研究，并大量采用浮置板軌道，造成巨大的人力財(cái)力的投入和浪費(fèi)。一方面，如何在工程建設(shè)中保護(hù)有價(jià)值的文物建筑免遭破壞，需要對(duì)現(xiàn)行文物法規(guī)完善和對(duì)工程建設(shè)加以規(guī)范；另一方面，如何正確理解和合理處理交通微振動(dòng)引起的文物保護(hù)問題，則是擺在工程技術(shù)人員和文物保護(hù)學(xué)者面前的課題。

2 振動(dòng)控制在文物建筑保護(hù)中的地位

無論是文物建筑保護(hù)的自身需求，還是人們對(duì)文物保護(hù)認(rèn)識(shí)的過程，都體現(xiàn)著文物保護(hù)具有不同層次的要求。

從國際文物保護(hù)文件的發(fā)展歷程來看，1931年的《雅典憲章》中強(qiáng)調(diào)了在城市發(fā)展過程中，對(duì)有價(jià)值的古建筑應(yīng)妥善保存不能加以破壞；1964年的《威尼斯憲章》確立了建筑遺產(chǎn)保護(hù)的理念和修復(fù)原則，并被國際上廣為接受；2005年的《西安宣言》進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了對(duì)歷史建筑、古遺址的環(huán)境變化必須加以保護(hù)，包括視野、空氣污染、噪聲等。通過上述分析，本文進(jìn)一步提出文物建筑的保護(hù)至少可以分為3個(gè)遞進(jìn)的層次（圖1）。

圖1 文物建筑保護(hù)層次“金字塔”

首先是對(duì)文物建筑及其價(jià)值的認(rèn)可，這是保存文物建筑不被拆除的前提，也是文物保護(hù)的基礎(chǔ)。這種認(rèn)可不但要體現(xiàn)在法律法規(guī)層面，更與一個(gè)國家、社會(huì)的公眾認(rèn)知水平有關(guān)。只有不可移動(dòng)文物自身的存在保留，才談得上修繕的理念與方法。其次，是對(duì)文物建筑的保護(hù)和修繕，這是確保文物建筑自身及其能持續(xù)存留的基礎(chǔ)。最后，是文物建筑健康狀態(tài)的長久保持和環(huán)境質(zhì)量的改善，這是對(duì)文物保護(hù)的最高要求。這一點(diǎn)一方面體現(xiàn)在文物建筑與周邊建筑環(huán)境、文化環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展，避免文化歷史信息的消亡和文物價(jià)值的平庸化；另一方面則體現(xiàn)在文物建筑防止空氣濕度、酸堿性、噪聲振動(dòng)等自然及人為因素引起的環(huán)境改變。后者是上世紀(jì)70年代后，環(huán)境問題為學(xué)者關(guān)注后所逐漸被認(rèn)識(shí)和提出的對(duì)文物長久保存和可持續(xù)發(fā)展的更高層次的要求。

不難看出，交通微振動(dòng)保護(hù)處于文物建筑保護(hù)“金字塔”的頂層，屬于文物保護(hù)的最高層次要求。只有滿足了前兩個(gè)層次的保護(hù)需求，才具備討論最高層次保護(hù)的基礎(chǔ)。城市區(qū)域內(nèi)古建筑由于保護(hù)措施得當(dāng)、保護(hù)經(jīng)費(fèi)相對(duì)充足、社會(huì)監(jiān)督力度大等因素，基本上實(shí)現(xiàn)了前兩個(gè)保護(hù)層次的要求，因此一定程度上具備了討論第三個(gè)層次的基礎(chǔ)。對(duì)于新建城市軌道交通線路，當(dāng)有可能改變文物建筑環(huán)境時(shí)，需要重新評(píng)估各級(jí)保護(hù)層次的要求。目前部分城市在同一條新建軌道交通線路中，對(duì)待不同文物出現(xiàn)截然不同的態(tài)度：部分建筑在第三個(gè)層次上予以保護(hù)，而另一部分建筑卻對(duì)第一個(gè)層次的價(jià)值予以否認(rèn)，并實(shí)施拆除或所謂的“遷建”、“重建”等。應(yīng)對(duì)上述問題，固然需要立法的完善，而在技術(shù)層面上，更應(yīng)建設(shè)一套完備的工程建設(shè)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，在法律和技術(shù)規(guī)范上對(duì)文物建筑加以保護(hù)。

在具備前兩個(gè)保護(hù)層次的基礎(chǔ)后，是否有必要對(duì)所有文物建筑進(jìn)行微振動(dòng)保護(hù)，是否對(duì)所有文物建筑進(jìn)行相同力度的微振動(dòng)保護(hù)，這便涉及到從振動(dòng)控制角度給出文物建筑保護(hù)范圍和等級(jí)界定。

3 需要進(jìn)行交通微振動(dòng)控制文物建筑范圍及等級(jí)界定

3.1 既有微振動(dòng)研究對(duì)文物建筑范圍和等級(jí)劃分的考慮因素

表1總結(jié)了國內(nèi)既有研究中對(duì)考慮微振動(dòng)文物建筑范圍和等級(jí)的界定。分析可以發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)[10] 和[11] 對(duì)考慮微振動(dòng)建筑的界定范圍為：對(duì)振動(dòng)敏感的有價(jià)值建筑或會(huì)受到振動(dòng)潛在影響的文物建筑；而文獻(xiàn)[12] 和[13] 的考慮范圍則涵蓋了所有古建筑和歷史建筑。

表1總結(jié)的研究中涉及4類確定振動(dòng)限值的影響因素：

（1）建筑物類型。將建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)按不同類型從宏觀上進(jìn)行劃分，這種劃分綜合考慮了建筑重要性程度、建筑對(duì)振動(dòng)敏感程度等因素。這也是被德國、英國、瑞士、美國標(biāo)準(zhǔn)所采用因素。

（2）地基和結(jié)構(gòu)中的彈性波速。這兩者是與建筑結(jié)構(gòu)承振能力密切相關(guān)的影響因素，能較客觀地反映了既有建筑結(jié)構(gòu)的脆弱性程度和在同等振動(dòng)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)安全性和完整性退化的可能性大小。

（3）振源頻率或?qū)ㄖ_頻率。這可以看作是建筑物產(chǎn)生共振的可能性，是對(duì)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的一種修正因素。通常，結(jié)構(gòu)自振頻率較低，因此當(dāng)振源頻率或建筑接受到的激擾頻率較高時(shí)，可以對(duì)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)加以放寬。這種做法也是德國、英國、荷蘭、瑞典等國家標(biāo)準(zhǔn)中的普遍做法。

（4）古建筑保護(hù)等級(jí)。這是頗具中國特色的考慮因素。根據(jù)我國《文物保護(hù)法》的規(guī)定，對(duì)于不可移動(dòng)文物設(shè)立國家級(jí)、省級(jí)和市縣級(jí)文物保護(hù)單位。對(duì)文物建筑實(shí)施這一等級(jí)劃分一定程度上反映了它們的重要性程度、稀有程度以及如果出現(xiàn)損傷產(chǎn)生的社會(huì)輿論大小等因素。但與上述3類影響因素相比，該類因素更偏重于社會(huì)意義而非技術(shù)意義。

表1 文物建筑微振動(dòng)保護(hù)的考慮因素

3.2 交通微振動(dòng)對(duì)文物建筑價(jià)值的影響

就所有建筑結(jié)構(gòu)而言，其破壞包括結(jié)構(gòu)破壞和建筑損傷兩個(gè)層次。結(jié)構(gòu)破壞與建筑安全性相對(duì)應(yīng)，是一切結(jié)構(gòu)都應(yīng)避免的；而建筑損傷與建筑完整性相對(duì)應(yīng)，完整性缺失如果直接影響到文物建筑的價(jià)值則應(yīng)避免。

大量的研究表明，振動(dòng)速度在10 mm/s以下時(shí)，不會(huì)構(gòu)成對(duì)一般建筑結(jié)構(gòu)的安全性影響；對(duì)于有特殊價(jià)值的歷史建筑，國外研究和標(biāo)準(zhǔn)的制定表明，當(dāng)振動(dòng)速度控制在2 mm/s～3 mm/s以下時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的安全性也可以得到有效保障。我國國標(biāo)[12]中古建筑振動(dòng)控制限值的制定是基于古建筑完整性給出的[19]。對(duì)北京地鐵環(huán)境影響測(cè)試的統(tǒng)計(jì)表明：地鐵引起的地面振動(dòng)和建筑物振動(dòng)不會(huì)超過1 mm/s[18]，也即是說，對(duì)“地鐵振動(dòng)影響文物建筑”這一命題的研究，是在考慮建筑完整性層面上進(jìn)行的。因此，從防列車振動(dòng)角度來看，文物建筑容許振動(dòng)限值的確定應(yīng)在確保建筑完整性層面上，考慮分析振動(dòng)產(chǎn)生破壞對(duì)文物價(jià)值的影響程度。

根據(jù)對(duì)《文物保護(hù)法》的解讀，文物價(jià)值至少包括歷史價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值等3個(gè)方面。換言之，對(duì)一個(gè)不可移動(dòng)文物系統(tǒng)而言，如果自然因素和人為因素引起的文物改變不影響上述3個(gè)價(jià)值的缺失，則可以認(rèn)為文物建筑的價(jià)值沒有受到影響。以振動(dòng)引起微裂縫擴(kuò)展這一影響為例，如果裂縫是出現(xiàn)在有價(jià)值的壁畫、泥塑、彩繪上時(shí)，毫無疑問建筑的藝術(shù)價(jià)值和科學(xué)價(jià)值等會(huì)受到直接影響。若建筑木構(gòu)件、磚石構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或損傷，則應(yīng)根據(jù)這些構(gòu)件的特殊性、做工和稀有程度對(duì)其損壞風(fēng)險(xiǎn)加以估計(jì)。但值得注意的是，不同文物建筑所承載的價(jià)值是有所側(cè)重的。某些遺址類和近現(xiàn)代建筑所承載的價(jià)值側(cè)重于歷史價(jià)值，這些價(jià)值主要依賴文物建筑存在的宏觀意義，與建筑結(jié)構(gòu)本身的細(xì)微退化關(guān)系較?。欢承┐硇怨沤ㄖㄈ绱u石古塔、早期木構(gòu)建筑、重要壁畫、有文字信息圖案信息的遺存建筑構(gòu)件等），其價(jià)值則依賴于建筑營造的歷史性、科學(xué)性和藝術(shù)性等，這些建筑構(gòu)件和元素的微觀變化直接影響其價(jià)值和信息的缺失。這兩者間，微振動(dòng)顯然對(duì)前一類建筑影響較小，而對(duì)后一類建筑影響較大。

3.3 文物建筑微振動(dòng)控制等級(jí)的合理劃分

當(dāng)受微振動(dòng)影響的文物建筑范圍確定后，對(duì)微振動(dòng)控制等級(jí)的合理劃分重點(diǎn)是確定建筑物承振能力等級(jí)，同時(shí)兼顧其他因素。如3.1小節(jié)所述，既有研究中，承振能力的確定主要依賴于對(duì)彈性波在結(jié)構(gòu)中傳播速度加以檢測(cè)。無損檢測(cè)手段是更好地了解結(jié)構(gòu)健康狀況、評(píng)估其性能的最佳手段，也是劃分微振動(dòng)控制等級(jí)的合理依據(jù)。

除此之外，另2類影響因素可以作為控制等級(jí)劃分的修正因素。其一為頻率信息；其二是文物建筑的價(jià)值。通過3.2小節(jié)分析可知，不同文物建筑類型具有不同的微振動(dòng)敏感性，而文物建筑的微振動(dòng)敏感性并不完全等同于古建筑保護(hù)等級(jí)，采用文物保護(hù)等級(jí)作為微振動(dòng)控制等級(jí)劃分的直接依據(jù)是不合適的，這是因?yàn)椋?/p>

（1）文物保護(hù)等級(jí)的劃定既包含了宏觀元素的價(jià)值，也包含了微觀元素的價(jià)值，前者對(duì)微振動(dòng)是不敏感的；

（2）文物保護(hù)等級(jí)的劃定是動(dòng)態(tài)的，區(qū)縣級(jí)、省市級(jí)和國家級(jí)文物保護(hù)單位通常是逐級(jí)遞報(bào)的，而文物建筑的承振能力短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，利用短期內(nèi)可變指標(biāo)評(píng)價(jià)穩(wěn)定變量是不合適的；

（3）由于中國傳統(tǒng)古建筑群落在平面布局上有其特殊價(jià)值，為維持建筑群落的整體價(jià)值，部分毀壞的建筑個(gè)體容許重建并同樣受全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位劃定保護(hù)范圍所保護(hù)。重建建筑的微振動(dòng)敏感性則大大降低，需要有區(qū)別地對(duì)待。

由此可見，文物建筑價(jià)值對(duì)微振動(dòng)的敏感性是與振動(dòng)控制等級(jí)直接相關(guān)的影響因素，這一因素只是古建筑保護(hù)等級(jí)中很細(xì)微的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要將這一因素從古建筑保護(hù)等級(jí)中剝離出來。

4 文物維護(hù)和修繕對(duì)承振能力的影響

文物建筑的承振能力不是一成不變的。在自然因素和人為因素影響下，構(gòu)件損壞、疲勞極限降低等都會(huì)引起承振能力的下降。而對(duì)文物建筑的維護(hù)和修繕對(duì)承振能力有著積極的影響。

圖2為文物建筑承振能力隨時(shí)間降低示意圖。

圖2 文物建筑承振能力降低示意圖

沒有突發(fā)性自然災(zāi)害或人為影響時(shí)，建筑的承振能力在很長一段時(shí)間內(nèi)緩慢降低，這一過程通常不會(huì)出現(xiàn)與建筑安全性相關(guān)的結(jié)構(gòu)性損傷，但有可能出現(xiàn)與建筑完整性相關(guān)的損傷。當(dāng)完整性損傷累積到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生向結(jié)構(gòu)性損傷轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。這一趨勢(shì)通常會(huì)有足夠的先期征兆，但一旦累積達(dá)到結(jié)構(gòu)性損傷的閾值后，會(huì)直接威脅建筑安全，其承振能力也急速降低。如果建筑長期處在振動(dòng)環(huán)境下，有可能出現(xiàn)疲勞積累，引發(fā)結(jié)構(gòu)性損傷提前發(fā)生，即承振能力下降曲線的拐點(diǎn)提前，或急速下降段斜率增大。當(dāng)不考慮維護(hù)加固因素時(shí)，合理承振能力的確定應(yīng)該大于曲線拐點(diǎn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的承振能力。為了避免振動(dòng)對(duì)建筑影響，則需要振動(dòng)環(huán)境下曲線與自然狀態(tài)下曲線的緩慢下降段盡可能重合，從而給出的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)也非常嚴(yán)格。

而文物建筑通常都會(huì)在曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)之前選擇恰當(dāng)?shù)木S護(hù)時(shí)機(jī)進(jìn)行加固。如圖3所示。

圖3 維護(hù)加固對(duì)文物建筑承振能力的影響

完成加固后，可以瞬時(shí)提高建筑結(jié)構(gòu)的承振能力，之后曲線在新的承振能力峰值點(diǎn)進(jìn)行新一輪的衰減。如果維護(hù)加固能定期進(jìn)行，則承振能力曲線不應(yīng)該降低至拐點(diǎn)。當(dāng)考慮上述因素后，則可以在維護(hù)周期范圍內(nèi)確定合理的承振能力。

對(duì)文物建筑的科學(xué)修復(fù)是文物保護(hù)重要環(huán)節(jié)。西方保存石構(gòu)建筑殘缺、殘敗狀態(tài)的保護(hù)方法并不適用于我國傳統(tǒng)木構(gòu)建筑。羅哲文先生就文物保護(hù)與修繕問題發(fā)表了一系列文章[20-22]，對(duì)廓清我國文物界在古建修繕問題上的爭(zhēng)論、奠定中國特色古建筑保護(hù)修繕理論起到了重要的作用。之后形成的《曲阜宣言》[23]中指出：對(duì)于損壞了的文物古建筑，只要按照原形制、原材料、原結(jié)構(gòu)、原工藝進(jìn)行認(rèn)真修復(fù)、科學(xué)復(fù)原，依然具有科學(xué)價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值和歷史價(jià)值。而在修復(fù)過程中，盡管任何一種修復(fù)措施都會(huì)不同程度造成保護(hù)對(duì)象信息的損傷、破碎和丟失，但如果損傷、破碎和丟失的只是次要的、價(jià)值一般的信息，而通過修復(fù)恢復(fù)再現(xiàn)的信息則是重要的、值得突出的、在他處難以獲得的，這樣的修復(fù)是值得做的、應(yīng)該做的[24]。根據(jù)日本的古建維修經(jīng)驗(yàn)，木結(jié)構(gòu)建筑在通常的保護(hù)措施下，很難保存250年以上，在自然氣溫中，即使其他條件都很理想，30年看來也是一個(gè)極限[25]。古建筑的定期維修和保養(yǎng)是客觀存在的事實(shí)，因此承振能力在此過程中的恢復(fù)也應(yīng)得到客觀認(rèn)可。實(shí)施文物建筑微振動(dòng)保護(hù)，應(yīng)充分理解、借鑒我國古建筑保護(hù)和修繕的既有理論成果，建立科學(xué)的文物建筑損傷與振動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系，并應(yīng)充分考慮建筑維護(hù)和修繕對(duì)承振能力的積極影響，由此制定合理可行的容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

5 不同交通振源對(duì)文物建筑影響比較

城市區(qū)域文物建筑除可能受到臨近軌道交通振動(dòng)影響外，臨近路面交通車輛振動(dòng)影響亦不能忽視。通常人們會(huì)認(rèn)為，地鐵引起的振動(dòng)較路面交通大。然而，近年來國內(nèi)對(duì)比測(cè)試研究結(jié)果卻與之相反。

圖4為鐘樓臺(tái)基頂部監(jiān)測(cè)的全天候環(huán)境振動(dòng)速度時(shí)程曲線。

圖4 西安鐘樓臺(tái)基環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果[28]

地鐵列車在鐘樓區(qū)段停運(yùn)時(shí)間約為晚11:40至次日晨6:30，但監(jiān)測(cè)并未在上述停運(yùn)和起運(yùn)時(shí)間點(diǎn)觀察到有明顯的振動(dòng)增加趨勢(shì)；相反，振動(dòng)增加趨勢(shì)與路面交通車流密切相關(guān)，晨6:30之前的車輛早高峰引起振動(dòng)增加體現(xiàn)得尤為明顯。當(dāng)然，上述結(jié)果與地鐵采用了浮置板軌道減振和降速運(yùn)行有關(guān)。文獻(xiàn)[26] 的測(cè)試結(jié)果表明：無論采用非減振的普通無砟軌道還是浮置板軌道，在距離地鐵隧道中心線一定范圍內(nèi)，公交車引起的振動(dòng)影響要強(qiáng)于地鐵列車。意大利曾為保護(hù)歷史遺址免受路面交通振動(dòng)影響，在公路上制作了橡膠軸支撐的混凝土格柵，但測(cè)試表明，該措施無論在時(shí)域還是頻域上都沒有起到很好的隔振作用[27]。

由此可見，由于地鐵振動(dòng)的可控性以及路面交通振動(dòng)的激勵(lì)頻率更有可能與文物建筑固有頻率重疊，因此文物建筑微振動(dòng)控制不能忽視路面交通振動(dòng)影響。

6 結(jié)論與展望

（1）微振動(dòng)控制是文物建筑保護(hù)的最高層次要求，只有滿足基本層次保護(hù)的文物建筑才談得上微振動(dòng)保護(hù)。微振動(dòng)控制應(yīng)隸屬于整個(gè)城市交通建設(shè)運(yùn)營周期內(nèi)對(duì)文物建筑的保護(hù)工作。建議建設(shè)一套完備的工程建設(shè)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，統(tǒng)籌規(guī)劃城市交通建設(shè)運(yùn)營周期內(nèi)的文物建筑保護(hù)問題。

（2）振動(dòng)對(duì)文物建筑的影響包括安全性和完整性兩個(gè)層次。城市軌道交通振動(dòng)不足以直接引發(fā)與安全性相關(guān)的結(jié)構(gòu)破壞；而需要考慮與建筑完整性相關(guān)的建筑損傷并非適用于所有文物建筑，只有當(dāng)建筑構(gòu)件完整性損壞造成重要文物價(jià)值損傷和信息缺失時(shí)，才有必要進(jìn)行完整性層次的微振動(dòng)控制。

（3）文物建筑容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選取與承振能力直接相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)作為主要考慮因素，同時(shí)兼顧頻率因素和與建筑完整性直接相關(guān)文物價(jià)值信息。建議建立考慮文物建筑價(jià)值對(duì)微振動(dòng)敏感性的評(píng)價(jià)方式，同時(shí)兼顧古建筑保護(hù)等級(jí)。

（4）維修對(duì)提高建筑承振能力起到積極的作用。應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到維護(hù)修繕對(duì)我國傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的重要性，振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)與文物修繕周期結(jié)合起來。

（5）相比較地鐵振動(dòng)，路面交通振動(dòng)對(duì)文物建筑影響更大、控制難度更高。文物建筑微振動(dòng)控制不能單純強(qiáng)調(diào)軌道交通的減振措施，更要與減少路面交通車流、增大建筑與公路的保護(hù)距離等措施結(jié)合起來。