世界文化遺產(chǎn)地平遙古城城磚病害調(diào)查研究

任志偉，任建光,2，胡翠鳳

（1.云岡研究院，山西大同 037007；2.山西大同大學(xué)云岡學(xué)學(xué)院，山西大同 037009；3.山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009）

平遙古城始建于周宣王時(shí)期(公元前827?公元前728年)，現(xiàn)存規(guī)制是明洪武三年(公元1370年)在舊城基礎(chǔ)上擴(kuò)建改造而成，至今600余年來(lái)基本完整保存了明清時(shí)期的原貌[1]。1988年1月，被公布為第三批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位；1997年12月，被列入“世界遺產(chǎn)名錄”。平遙古城城墻作為古代城防工程以其恢弘的氣勢(shì)、保存完整的格局成為這一遺產(chǎn)的重要組成部分，明清兩代先后修葺26次，民國(guó)以后未再修葺，城墻大面積坍塌。新中國(guó)建立以來(lái)，遵照“修舊如舊”、不改變文物原狀的原則，先后經(jīng)過30多年的維修，基本解決了城墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題。近年來(lái)，平遙古城逐漸成為旅游熱點(diǎn)，古城周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)開發(fā)和居民區(qū)生活等因素發(fā)生了很大變化，平遙古城城墻保護(hù)依然嚴(yán)峻。

城磚病害調(diào)查是治理平遙古城城墻文物病害的前提和基礎(chǔ)，關(guān)于平遙古城城磚的病害類型和分布目前還沒有比較系統(tǒng)的調(diào)查。以平遙古城城磚為研究對(duì)象，利用定性觀察的調(diào)查方法，現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)平遙古城城墻外側(cè)磚砌體的危險(xiǎn)性，為治理平遙古城城墻的文物病害提供科學(xué)的依據(jù)。

1 城墻體制特征

現(xiàn)存平遙古城城墻由墻身、馬面、甕城、角臺(tái)等構(gòu)成；城門六道，南北各一，東西各二；城墻頂部的附屬建筑包括堞樓、角樓，城墻外圍有護(hù)城河。古城墻東、西、北三面俱直，南城墻隨柳根河蜿蜒而筑。城墻周長(zhǎng)6 162.68 m，墻底寬8～12 m，墻頂寬3～6 m，墻高8～10 m，其主體結(jié)構(gòu)以夯土結(jié)構(gòu)為核心外側(cè)以特制青磚包筑，磚砌體厚度由底至頂分別為87 cm、70 cm、53 cm，各層高度約占?jí)w總高度的三分之一，墻身的斷面為梯形，墻體收分為9～35%。城墻外側(cè)砌體4m以上內(nèi)側(cè)，每隔4～6 m筑有58 cm × 80 cm的磚砌內(nèi)垛與夯土墻連接。城墻外側(cè)墻根沿墻體筑有散水臺(tái)階。在夯土結(jié)構(gòu)頂部有40 cm灰土，上鋪設(shè)單層或雙層青磚海饅，城墻頂部外側(cè)為排列均勻的垛口，與城墻外側(cè)磚砌體結(jié)構(gòu)砌為一體。在平遙古城管委庫(kù)房?jī)?nèi)存有部分明、清古磚，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，清磚均值為294.6 mm × 142.2 mm × 58.1 mm，平均重量為4.202 kg，明磚為341.5 mm×165.5 mm×79.9 mm，重量為7.478 kg，清磚尺寸比明磚小，清磚重量也小于明磚。

2 平遙古城城磚保存現(xiàn)狀調(diào)查

通過對(duì)平遙古城城磚的病害種類、分布、危害程度、影響因素等方面進(jìn)行調(diào)查，基本摸清了平遙古城城磚的保存狀況。根據(jù)磚體組織結(jié)構(gòu)的變化及破碎情況、病害發(fā)育狀況和危險(xiǎn)性將平遙古城城磚危害程度定性劃分為瀕危程度>嚴(yán)重程度>中等程度>輕微程度，城墻保存狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為最好>良好>一般>最差等級(jí)。各城墻墻磚保護(hù)現(xiàn)狀實(shí)地調(diào)查見表1。

表1 平遙古城城磚病害現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.1 東城墻

平遙古城東城墻長(zhǎng)1 517 m，城門2座，分別為太和門、親翰門，馬面15座，角樓1座。墻高8.6～10.6 m，相鄰馬面間距40～110 m。東城墻墻磚風(fēng)化病害面積為16 329.6 m2，根據(jù)城磚表面風(fēng)化形貌、破損程度和色度情況的不同，認(rèn)為達(dá)到嚴(yán)重程度的面積為3 326.1 m2，中等程度的為3 630.9 m2，輕微程度的為9 372.6 m2。水漬病害面積為6 963.7 m2，嚴(yán)重程度的為2 455.5 m2，中等程度的為1 920 m2，輕微程度的為2 588.2 m2。鹽害面積為64m2，分布面少，但程度嚴(yán)重。人為破損面為91.88 m2，其中嚴(yán)重破損面為81 m2，中等程度的為10.7 m2，輕微的為0.18 m2。人為補(bǔ)砌面為1 300 m，其中嚴(yán)重程度的為1 120 m，中等程度的為180 m。古磚發(fā)育裂隙72條(縫寬度大于0.5 cm)，根據(jù)城磚上裂隙的延伸長(zhǎng)度、張開寬度及所處的位置等情況的不同，認(rèn)為嚴(yán)重程度的為5條，中等程度的為25條，輕微程度的為42條。

平遙古城東城墻外表面城磚上病害總面積達(dá)24 749.18 m，依次是風(fēng)化>水漬>人為補(bǔ)砌>人為破損>鹽害，裂隙為72條。不存在瀕危病害，但嚴(yán)重、中等、輕微程度的病害都有分布。其中，輕微程度的病害面積約占病害總量面積的48.3%，而嚴(yán)重、中等程度的病害面積相當(dāng)，各占約四分之一。因此，東城墻保存狀況一般。

2.2 南城墻

南城墻長(zhǎng)約1 600 m，城門1座，迎熏門，馬面16座，角樓1座。墻高8.6～10 m，相鄰馬面間距40～110 m。南城墻古磚上風(fēng)化病害面積為19 857.6 m2，瀕危程度的占南城墻墻磚風(fēng)化總面積的5.7%，嚴(yán)重程度的占17.4%，中等程度的占15.8%，輕微程度的占61.1%。水漬病害面積為6 189.2 m2，嚴(yán)重程度水漬的面積占南城墻墻磚水漬總面積的66.5%，中等程度的占31.7%，輕微程度的占1.8%。鹽害面積為597.95 m2，嚴(yán)重程度的占75.7%，中等程度的占24.3%。人為破損面為9 m2，程度嚴(yán)重。人為補(bǔ)砌面積為648 m2，嚴(yán)重程度的占100%。裂隙36條，達(dá)到嚴(yán)重程度的裂隙8條，中等程度的13條，輕微程度的15條。

平遙古城南城墻外表面城磚上病害面積達(dá)27 301.75 m2，依次是風(fēng)化>水漬>人為補(bǔ)砌>鹽害>人為破損，同時(shí)裂隙36條。其中瀕危、嚴(yán)重、中等、輕微程度的病害都有分布，其中，瀕危程度的病害面積為1 129.3 m2，占南城墻所有病害總面積的4.1%；嚴(yán)重程度病害的面積為8 674.15 m2，占病害總量面積的31.8%；中程度的病害面積5 249.3 m2，占19.2%；輕微程度的病害面積為12 249 m2，約占44.9%；因此，南城墻保存狀況最差。

2.3 西城墻

西城墻長(zhǎng)約1 500 m，城門2座，分別為鳳儀門、永定門，馬面22座，角樓1座。墻高8.6～10.6 m，相鄰馬面間距33～57 m。在平遙古城西城墻外表面城磚上病害面積達(dá)22 070.55 m2，依次是風(fēng)化>水漬>人為補(bǔ)砌>人為破損>鹽害，裂隙42條（達(dá)到嚴(yán)重程度2條，中等程度的23條，輕微程度的17條）。沒有瀕危程度的病害，強(qiáng)、中等、輕微程度的病害都有分布，輕微程度的病害面積為15 129.6 m2，約占西城墻城磚病害總量面積的一半以上，為68.6%；其次為中程度的病害面積3 619.75 m2，占16.4%，嚴(yán)重（強(qiáng)）程度病害的面積為3 321.2 m2，占所有病害總量面積的15%，二者基本相當(dāng)。西城墻古磚保存狀況最好。

2.4 北城墻

北城墻長(zhǎng)約1 500 m，城門1座，為拱極門，馬面19座，東北角與西北角各有角樓1座。墻高8.6～10.6 m，相鄰馬面間距約60 m。在平遙古城北城墻外表面城磚上病害面積達(dá)26 523 m2，依次是風(fēng)化>人為補(bǔ)砌>鹽害>水漬>人為破損，裂隙69條（達(dá)到嚴(yán)重程度6條，中等程度的20條，輕微程度的43條）。無(wú)瀕危程度的病害，嚴(yán)重、中等、輕微程度的病害都有分布：輕微程度的病害面積為12 630.7 m2，約占病害總量面積的一半，為47.6%；中程度的病害占10.1%；嚴(yán)重（強(qiáng)）程度病害占442.3%。因此，北城墻保存狀況較好。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查摸清了古磚病害的基本狀況：平遙古城城墻古磚上存在以風(fēng)化、水漬、鹽害、人為破損面、人為補(bǔ)砌和裂隙為主的病害類型，其中風(fēng)化病害是平遙古城城墻古磚上最常見、最主要的病害類型，裂隙(縫寬度大于0.5 cm)共有219條，其余五種病害總面積達(dá)100 644.48 m2。其中，瀕危程度的病害面積所有病害面積的1.1%，嚴(yán)重程度的占30.1%，中等程度占17.2%，輕微的占51.6%，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)新鮮古磚，平遙古城城磚總體保存良好。平遙古城東、西、南、北各段城墻墻磚表面病害面積相當(dāng)，大約各占總病害面積的四分之一。各段城墻的保存狀況取決于病害的危害程度：達(dá)到瀕危程度的病害僅在南城墻墻磚上存在，認(rèn)為保存狀況最差；各城墻墻磚病害達(dá)到嚴(yán)重程度依次為北城墻>南城墻>東城墻>西城墻，西城墻表面古磚保存狀況最好[2]。

3 平遙古城城磚的主要病害類型及成因

由于平遙古城處于驟冷驟熱的氣候環(huán)境中，秋冬春季風(fēng)力強(qiáng)勁，且偶有沙塵暴發(fā)生，加上雨水沖刷等因素，城墻古磚破壞十分明顯，主要病害有下列六種，各病害危險(xiǎn)程度占總病害的比例見表2。

3.1 風(fēng)化

風(fēng)化病害是平遙古城城墻磚面上最普遍的病害，風(fēng)化病害面積占總病害面積的65.61%，一般發(fā)生在墻體磚面的表層，表現(xiàn)為城磚磚縫蝕空，表層剝蝕、脫落，墻體表面坑坑洼洼、凸凹不平等現(xiàn)象。這是因?yàn)榇u體表層在風(fēng)吹、雨淋、紫外線、驟變溫度、地下水等因素的作用下，磚體強(qiáng)度下降、顆粒粘結(jié)力降低，繼而引起磚體表層變色、粉化酥堿、剝離和脫落，最后導(dǎo)致部分磚體掏蝕脫落。幾百年來(lái)，風(fēng)化作用一直侵蝕破壞平遙古城城墻磚體，使城墻失穩(wěn)、坍塌。根據(jù)城磚表面風(fēng)化形貌、破損程度和色度等情況不同，城磚風(fēng)化表現(xiàn)為淡黃黑色或黃褐色硬殼、灰黑色硬殼、粉狀風(fēng)化（酥堿）和磚體掏蝕，視其為輕微程度、中等程度、嚴(yán)重程度、瀕危程度。

3.1.1 淡黃黑色或黃褐色硬殼

平遙古城城磚表面淡黃黑色或黃褐色硬殼占城墻病害總面積的45.83%，分布面積：西城墻>南城墻>北城墻>東城墻。淡黃黑色硬殼為平遙古城城磚表面所占面積最多的病害，分布廣泛，一般分布在墻體的中部及女墻上，結(jié)構(gòu)致密，形同一層膜狀結(jié)構(gòu)。古磚表面的淡黃黑色或黃褐色硬殼主要為銹黃斑，是由于磚塊內(nèi)含有赤鐵礦或硫鐵礦等含鐵礦物，在水、紫外線、空氣氧化等作用下，經(jīng)過毛細(xì)水的運(yùn)移在砂巖表層富集成鐵的氧化物。

3.1.2 灰黑色硬殼

古磚表面灰黑色硬殼在各城墻上面積占城墻病害總面積的10.71%，分布較為廣泛，分布面積：東城墻>南城墻>北城墻>西城墻?；液谏矚ひ话惴植荚趬w底部及女墻基以下部位，結(jié)構(gòu)致密，敲打后偶爾聽到中空的聲音。分布在墻體底部的灰黑色硬殼其成因?yàn)椋u塊在地下水或地面積水毛細(xì)作用下，墻基部位磚體的含水率增大，導(dǎo)致所含氧化鐵發(fā)生了還原反應(yīng)，也就是說(shuō)這些地方的城墻磚比較“濕”。女墻基部以下的灰黑色硬殼成因?yàn)?，城墻頂部降水聚集下滲作用產(chǎn)生的。

3.1.3 粉狀風(fēng)化（酥堿）

粉狀風(fēng)化（酥堿）主要表現(xiàn)為古磚外表面風(fēng)化層呈粉狀剝落，導(dǎo)致墻體表面坑坑洼洼、凸凹不平的現(xiàn)象。平遙古城城磚表面粉狀風(fēng)化（酥堿）面積占城墻病害總面積的7.95%，分布面積：南城墻>東城墻>西城墻>北城墻。這些病害一般分布在墻體的底部，結(jié)構(gòu)疏松，可能是由于古磚長(zhǎng)期在地下水或地面積水毛細(xì)作用下，磚體強(qiáng)度下降、顆粒粘結(jié)力降低，再加上風(fēng)吹、雨淋、驟變的溫度，磚體表面繼而粉化酥堿、剝離和脫落[3]。

表2 文物病害在平遙古城城磚上的分布及比例統(tǒng)計(jì)表

3.1.4 磚體掏蝕

磚體掏蝕主要表現(xiàn)為磚體的粉化掏蝕、磚體的脫落掏蝕和磚體間白泥灰粘接材料掏蝕。平遙古城城磚磚體掏蝕病害只發(fā)生在南城墻，面積為1 129.3 m2，占所有墻體病害總面積的1.12%。這些病害一般分布在墻體的底部，結(jié)構(gòu)疏松。磚塊在地下水或地面積水毛細(xì)作用下，磚體強(qiáng)度下降、顆粒無(wú)粘結(jié)力，磚體掏蝕。

3.2 水漬

水漬在平遙古城墻面上比較普遍，主要是因水導(dǎo)致的沾染。它可以是干的也可以是濕的。當(dāng)墻體遭遇地面積水或地下水時(shí)，殘留在墻體上的一片異色痕跡，這痕跡是水中雜質(zhì)或水與磚體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的。水漬病害總面積19 170.1m2，占病害總面積的19.05%，其中程度嚴(yán)重的占7.4%，中等程度的占5.98%，輕微程度的占5.67%，分布面積：東城墻>南城墻>西城墻>北城墻。古磚水漬形成原因是，當(dāng)城墻上的裂縫、沉陷出現(xiàn)后，形成了雨水雪水下滲的通道，水通過裂縫下滲，浸泡了城墻內(nèi)部的土體，使土體強(qiáng)度降低，產(chǎn)生變形。此外，城墻上的供、排水設(shè)施出現(xiàn)一些故障，產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，形成水漬。

3.3 鹽害

鹽害主要表現(xiàn)為鹽分結(jié)晶引起城墻表面泛白。鹽堿結(jié)晶是導(dǎo)致古磚病害的重要因素。在平遙古城城墻磚面呈現(xiàn)鹽堿結(jié)晶現(xiàn)象的面積約占病害總面積的6.1%，有6 135.55m2，其中重度鹽害占5.8%，中度占0.24%，輕度污染占0.06%，分布面積：北城墻>南城墻>西城墻>東城墻。主要是墻體磚體中含有礦物成分，可溶鹽隨水分遷移至磚墻面失水而析出，引起的墻面鹽分聚集。其次是由于水分的頻繁活動(dòng)，將磚塊中的可溶鹽分隨水分遷移至磚體表面，隨著水分蒸發(fā)而結(jié)晶析出。

3.4 人為破損

人為破損指人為故意采取措施破壞古城的完整性。平遙古城城墻破損面積574.83 m2，占病害總面積的0.58%，嚴(yán)重程度占0.42%，中等程度和輕微程度的均占0.08%，分布面積：西城墻>東城墻>北城墻>南城墻。大多是平遙古城在受到正式保護(hù)前，人類的肆意所為。平遙古城是明清兩代的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中心，城市規(guī)劃嚴(yán)謹(jǐn)、設(shè)施齊備、建筑精良，但民國(guó)以后，城墻失去防御功能，未再修葺，自然和人為破壞嚴(yán)重。在日軍侵占后，6座城樓全部拆毀，4座角樓被拆，夷為平地，72座敵樓殘存有三，全城城墻半數(shù)以上的馬面里外挖通，筑起射擊孔洞。20世紀(jì)60年代至70年代末受“深挖洞廣集糧”、“備戰(zhàn)備荒”和文革武斗的影響，城墻墻體被濫挖防空洞，造成墻身坍塌50余處。又加上居民拆磚挖土，使城墻自身穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重威脅。

3.5 人為補(bǔ)砌

為了支撐和加固坍塌的城墻，或者修補(bǔ)部分缺失或大部缺失的墻體，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)平遙古城管理部門曾多次采用“補(bǔ)砌”的辦法對(duì)城墻進(jìn)行修繕，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)很多墻體已部分或完全被補(bǔ)砌。調(diào)查結(jié)果顯示平遙古城人為補(bǔ)砌的面積共達(dá)8 720 m2，約占病害總面積的8.67%，嚴(yán)重程度占8.49%，中等程度占0.18%，分布面積：北城墻>東城墻>西城墻>南城墻。對(duì)于人為補(bǔ)砌的部分不僅破壞了平遙古城原有的本體環(huán)境，有礙城墻的藝術(shù)效果，同時(shí)也潛伏下破壞因素，調(diào)查中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)重新修補(bǔ)的部位容易析出鹽堿，以致多處出現(xiàn)白華的現(xiàn)象。硅酸鹽材料本身所含的鹽堿成分會(huì)隨著毛細(xì)水的遷移不斷地滲出到城磚表面，在城磚表面形成白色的鹽堿結(jié)晶并不斷擴(kuò)大，這在一定程度上加劇了城磚的風(fēng)化。

對(duì)于擬實(shí)施補(bǔ)砌的部位，應(yīng)首先進(jìn)行現(xiàn)存遺址結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析評(píng)估，并對(duì)現(xiàn)存遺址實(shí)施加固措施，再與補(bǔ)砌相結(jié)合，以確保加固效果。同時(shí)，應(yīng)妥善處理好補(bǔ)砌土層與舊土層的連接問題，避免雨水滲入威脅遺址結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。對(duì)于包砌的修補(bǔ)應(yīng)嚴(yán)格控制規(guī)模，且不宜過于規(guī)整，以免影響遺址原有的整體風(fēng)貌。對(duì)于補(bǔ)砌部分，應(yīng)采用適當(dāng)方式進(jìn)行標(biāo)示說(shuō)明。

3.6 裂隙

裂隙也是平遙古城城墻常見病害之一，在外包磚砌體結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)了大量的裂隙，裂隙縫寬度大于0.5 cm共有219條，其中最大裂縫寬度達(dá)到了20 cm，最長(zhǎng)裂縫長(zhǎng)度約為20 m。主要內(nèi)因是城墻內(nèi)部土體不均勻，墻內(nèi)土體具有濕陷性，自身的密實(shí)度差，外因是水對(duì)墻內(nèi)土體浸泡后，引起土體含水量變化，發(fā)生沉陷，使得墻面逐漸形成裂縫。各城墻裂隙條數(shù)：東城墻>北城墻>西城墻>南城墻。嚴(yán)重程度的21條，占裂隙總條數(shù)的9.59%；中等程度的占36.99%；輕微程度的占53.42%。

4 結(jié)語(yǔ)

平遙古城城磚存在以風(fēng)化、水漬、鹽害、人為破損面、人為補(bǔ)砌和裂隙為主的病害類型，其中裂隙(縫寬度大于0.5 cm)共有219條，其余五種病害總面積達(dá)100 644.48 m2。其中，瀕危程度的病害占所有病害面積的1.1%，嚴(yán)重程度的占30.1%，中等程度占17.2%，輕微的占51.6%，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)新鮮古磚，平遙古城城磚總體保存良好。

平遙古城東、西、南、北各段城墻墻磚表面病害面積相當(dāng)，各段城墻的保存狀況取決于病害的危害程度：達(dá)到瀕危程度的病害僅在南城墻墻磚上存在，認(rèn)為保存狀況最差；各城墻墻磚病害達(dá)到嚴(yán)重程度依次為北城墻>南城墻>東城墻>西城墻，西城墻表面古磚保存狀況最好。

從各病害占病害總面積的比重而言，風(fēng)化病害是平遙古城磚墻上最常見、最主要的病害類型，占病害總面積的65.61%；其次是水漬、鹽害。古磚表面風(fēng)化病害存在四種類型，分別為淡黃黑色或黃褐色硬殼、灰黑色硬殼、粉狀風(fēng)化（酥堿）和磚體掏蝕。

平遙古城城磚病害的原因是多方面的，既受到驟冷驟熱的氣候環(huán)境影響，又受到地下水和毛細(xì)水的影響，還有人為因素的干擾。