歷史性建筑玻璃之保護修復概要

（北京建筑大學，北京 100044）

玻璃是一種復雜的人造非晶體，其主要原料為細砂或燧石(二氧化硅)，堿性助熔劑(如蘇打)和其他成分如石灰、碎玻璃等；配料熔合后退火成型，降低施加在玻璃上的應力并完全冷卻后，就可以進行板材切割了[1]。人類對玻璃的使用可以追溯到3 000多年前，腓尼基人在貝魯斯河沙灘上用幾塊“天然蘇打”支起大鍋做飯，沙灘上的石英砂與蘇打加熱后反應生成晶體物質，這是關于人造玻璃的最早傳說。約4世紀，羅馬人把玻璃應用在門窗上；1688年，出現了制作大塊玻璃的工藝，玻璃成為普通物品。到18世紀，為研制望遠鏡，制出光學玻璃。1874年，比利時研制出平板玻璃。隨著科學技術的發展，各種性能和用途的玻璃相繼問世，已成為日常生產生活和科學領域的重要材料（圖1）。

歷史建筑的玻璃受限于當時的制造技術和建筑結構形式，主要作為裝飾應用于建筑窗戶，具體做法是使用橡樹框架，用釘將玻璃固定在框架上，再將框架嵌入石工建筑中。后隨著生鐵結構的出現，玻璃材料擺脫了傳統建筑中“窗洞”的束縛，開始展現出前所未有的表現力。如：中世紀的玻璃面板——鐵構架幾何對稱地將玻璃固定在嵌板中（圖2、圖3）[2]。

圖1 16世紀歐洲國家在利用高溫爐燒制玻璃（來源：http://image.baidu.com）

圖2 歷史建筑玻璃圖案線圖（來源：http://image.baidu.com）

圖3 歷史建筑玻璃圖案（來源：作者自攝）

砂漿、金屬起到固定玻璃裝配作用，如果玻璃太硬或安放不當，會破壞周邊石料、金屬的顏色，損害建筑外觀。保護專家需和石匠或鐵匠密切合作，才能很好地保留或恢復窗臺鉸鏈把手的裝飾特色。對歷史建筑的玻璃的保護需要設計者和工人了解玻璃的復雜屬性，掌握玻璃與窗戶，乃至建筑的結合方式和玻璃與所處環境的相互關系等諸多因素。

1 歷史建筑玻璃保護的原則

歷史建筑的玻璃保護應遵循真實性原則，保護過程的每一項步驟都應尊重原有玻璃、固定嵌條、固定工具和周邊石工材料的特性等，盡可能還原玻璃本體原貌，具體的保護原則有以下3條。

(1)最小干預原則（minimum intervention）。保證措施不應對玻璃本體產生太大影響。在修復中不鼓勵對歷史建筑玻璃進行重新排列，因為玻璃的排列方式是其歷史信息的一部分。只有內外環境沒有明顯差異時，才可以考慮進行重新排列。如果沒有足夠的背景文獻，不要貿然重構玻璃表面的圖像或紋章。此外，修復過程中要和圖像學、玻璃保護專家密切合作。原樣保存是當前保護實踐的首要原則，任何違背該原則的做法都要經過充分地論證、證明和記錄。

(2)完整記錄原則（full recording）。完整記錄玻璃保護過程，不僅要在保護工作開展前，還包括每一道保護工藝的細節。工作前記錄的主要是針對玻璃內外表面的退化程度與范圍，除了文字記錄，還要對其內外表面進行拍照，并借助微距鏡頭拍攝細節，以補充視力觀察的不足。每一個古建保護工作者必須了解此前的工作及其背景，未來的保護工作也必須了解保護本體已經進行的處理。只有仔細研究前人的做法，才能對保護工藝進行合理的修正與發展。

(3)技術可逆原則（echniques reversibility）。玻璃保護的任何一項措施都應是可逆的。在該原則指導下，可取消某些傷害玻璃本體的“保護”措施，如化學涂層的應用、玻璃圖案的重新繪制等。盡管如此，當前對剝落油畫的處理，還沒有相應的可逆技術。

最小干預、完整記錄和技術可逆是玻璃修復必須遵循的基本規則，此外還應與有經驗的專家或組織不斷交流，以避免不必要的失誤。共享工作經驗和知識是文保工作的重要部分，學習前人經驗在玻璃的保護中尤為重要。

2 玻璃的劣化分析及其修復技術

由于玻璃脆弱易碎，保護之前須進行監測評估（圖4）；任何細微變化都應被觀察、記錄，并向文物或玻璃保護工作者報告，以便他們判定是否需要更細致的檢測。若玻璃出現劣化問題，應快速、準確地進行修補保護。以下是玻璃面板的幾種常見劣化問題及相應的修復措施（圖5）[3]。

圖4 歷史建筑玻璃監測評估圖（來源：作者根據Bill Martin and Chris Wood, English Heritage, Practical Building Conservation, Ashgate 2011圖片整理）

圖5 歷史建筑玻璃劣化分析實例(來源：作者根據Bill Martin and Chris Wood, English Heritage, Practical Building Conservation, Ashgate 2011圖片整理）

(1)玻璃面板凸起或屈曲。玻璃面板凸起或屈曲的原因有：鉛欞條老化，不能有效地束縛或支撐玻璃面板；面板尺寸過大；周圍環境劇烈震動；玻璃面板安置過于緊密，沒有足夠的伸縮空間；支撐系統的滑動等。

在保護的過程中，應在建筑師的指導下，準確識別玻璃面板屈曲的原因。若嵌條完全老化，應拆除，重裝玻璃。拆卸前，要簡單打磨，然后進行拆卸分解；同時，對玻璃板進行編號，以便后續可按原方式和位置重新裝配。替換的玻璃應與原尺寸、編號保持一致。在最后還原階段，要明確移動、修復和替換所有細節。而畸形玻璃面板可以慢慢壓平，在外力的支撐下實現均衡。同時，修復人員也應認識到，作為玻璃面板的支撐構件——鉛欞條也是古代建筑的重要組成部分，應加以保護。在拆除玻璃之前，應對每塊玻璃上的鉛欞條進行打磨，為后期嵌條的重新組裝提供重要參考。此外，應詳細檢測鉛欞條，發掘其建造的歷史性信息、歷史上維修和重裝的信息。所有的鉛欞條最終都會因為時間久遠而弱化衰退，玻璃生命周期內每隔一定時間需更換鉛欞條。

(2)繪畫、彩飾脫落。繪畫、彩飾脫落，可能是玻璃制造時作為還原劑的硼砂欠火，使得顏料不充分融合，彩飾無法在玻璃上有效附著；也可能是環境侵蝕或劇烈清洗，導致彩飾脫落，具體脫落原因應由玻璃保護專家鑒定[4]。

修復過程首先應在投射光和表面光條件下，使用彩色和黑白照片記錄玻璃表面。處理繪畫缺失的可逆措施有兩種：冷漆法和背板加固法。

冷漆法（聚合物、丙烯酸樹脂、水性或油性顏料）:修護前需檢測表面伸縮引起的微裂、起皺、開裂和剝落，在已確定的地方采用可逆性水溶顏料填補缺失部位，或補充原設計。因為冷漆顏料的水溶性和不穩定性，它只能在理想條件，即溫度恒定、沒有冷凝的情況采用；該技術缺點是無法在歷史玻璃的現場修復中采用。

背板加固法：將缺失部分被復制到現代薄玻璃上，薄玻璃隨后被精確附加在原玻璃內表面。實施注意事項：玻璃在重新裝配時，要完整密封，避免冷凝。背板標記、寫明日期，以便將來修復。玻璃底板修復前后應進行照相記錄。該技術的優點：背板加固措施是可逆的，如果技術熟練，還可對玻璃進行現場保護。

此外，還可以使用等溫玻璃解決彩飾脫落問題：這種做法可以保證冷凝、極端天氣、氣候變化等條件下不會對玻璃產生傷害。

(3)表面有機生長。年代久遠的玻璃表面會積存風化產物，或滯留大量有機物，使得地衣、藻類、菌類滋生，損害圖飾效果。此時應在不損傷表面圖飾的前提下，采用專業操作清洗。下面列舉了幾種比較恰當的清洗歷史性建筑玻璃的方法。

水清洗:水是最簡單也是最基本的清洗藥劑。相比于自來水，蒸餾或去離子水效果更好，不宜采用硬水。就地清洗或是在工作室中清理玻璃灰塵或鳥糞時，都應該在柔軟的衣物或刷子上噴上水，這是確定腐蝕物腐蝕深度的首要步驟，也是決定采取何種措施，清理附著力較強的灰塵或腐蝕物。操作時不建議使用高壓水槍或蒸汽清洗。表面彩飾出現剝落或玻璃有裂紋、縫隙時，不能采用浸泡或表面飽和的清理方法。

化學試劑:化學試劑如硬水軟化劑、乙二胺四乙酸等已經被文物保護工作者成功地運用于玻璃灰塵和腐蝕物的清理之中，且未造成任何二次損傷。這種方式可以在文物原地或文物保護工作室使用，推薦對每塊玻璃單獨處理，這樣每塊玻璃的清洗程度很容易掌握。當要求的清洗程度達到以后，用清水將玻璃表面的溶液清洗干凈。這里不推薦對整塊玻璃同時進行浸泡處理，因為不同玻璃進行清洗的程度差別很大。

超聲波清洗:超聲波在很多工作室中經常應用，但只有熟練的工人能夠掌握。玻璃在其中浸沒的時間有著嚴格限制，絕不能超過6 min。進行超聲波清洗之前，文物保護工作者需要明了清洗溶液的化學成分，并保證溶液中不能含有未知的化學成分。

玻璃纖維刷子:借助于顯微鏡或放大鏡，成為熟練操作人員手中最輕柔、最有效和最容易掌握的技術，特別適合于文物的原處處理。這種方法特別推薦應用于玻璃圖畫或彩飾表面有污漬的情況。

牙鉆和除垢機:牙鉆和除垢機借助于顯微鏡和放大鏡，成為熟練操作人員手中的有效工具。盡管操作起來略顯枯燥，但在污漬去除方面卻十分有效。

激光束:激光束是一種新型工具，目前已在腐蝕物去除中有了成功運用，但價格昂貴，而且操作人員需要長期的訓練。

噴砂打磨筆:噴砂打磨筆多用來清理玻璃表面附著力強的腐蝕物。應用很多方法控制空氣氣壓、清理時間、清理的角度和距離，研磨材料的組成和尺寸要慎重選擇，且自始至終要謹慎操作。

機械研磨:機械研磨是最后的手段，只在表面沒有繪畫、彩飾或著色的玻璃上采用。該技術不推薦采用，主要是因為很難確定堅硬的附著物下面是否有彩飾，而這種方法完全磨去了玻璃的表面，會把所有的痕跡完全消除，而且研磨會降低玻璃的厚度，影響有色玻璃的亮度；完全平整的鏡面也失去了往日的閃爍和變化，需要借助酸洗來恢復。

(4)玻璃開裂。玻璃表面張力達到極限而崩潰時，表面水晶會產生各種形式的開裂，可能因直接暴露在高溫下，或設備間接加熱而引起的。

在開裂玻璃修護中，文保工作者傾向于物理措施，而不是化學黏合。這里可以使用薄修補鉛、插入嵌條或使用銅箔等。其具體措施列舉如下。

使用薄修補鉛：薄修補鉛是應急措施，也可以焊接在玻璃表面，多用于破碎或裂紋玻璃的現場處理，為本體提供結構支撐，但作為結構它壽命有限，需定期更換。

插入欞條：用欞條作為嵌板的主要部分。該方法在重新裝配玻璃時，需用烙鐵燙平玻璃邊緣，為插入的欞條提供空間。這道工序會損傷原設計，因此要在結構支撐和設計美學上仔細權衡。

使用銅箔：這是一項需要經驗技巧的干預措施，可能會在裂痕處留下明顯的邊線，影響玻璃的藝術效果，但相比上兩種方法，其干預性更小。銅箔的化學膠合，同樣需要技巧和經驗，首先確保使用的膠水不會在陽光下褪色，不會對玻璃本體產生影響，修補失敗時可以移走，目前使用效果比較好的膠水是硫化硅樹脂（圖6）。

圖6 歷史建筑玻璃的銅箔修復

在玻璃環境不易控制的條件下，專家們更建議采用外部支撐板，只是修復后裂縫處在特定角度會出現“閃光”，目前還沒有更好的解決辦法。過去的保護實踐中有很多例子是因為膠帶使用不當而對玻璃造成損傷，因此工人在使用膠帶時，先要調研其使用效果，保證膠帶不粘附在玻璃重要區域的內外面。

(5)不完整的玻璃。玻璃如果沒有外部保護，很可能會因意外（如飛來的石子、樹的枝干或強風）而破碎。發生破碎時，應做好玻璃碎片的收集，可能掉落的玻璃也要取走，如果時間允許，應記錄下每片玻璃的原始位置。所有收集的碎片應交由專人統一記錄、保管；破壞處要進行拍照、記錄，并提供給玻璃保護人員分析，并要告知設計師；周邊環境也要進行整治，裁剪掉可能掃到玻璃的灌木枝干，清除周圍的堆積石塊等；建筑上應安裝保護性的玻璃或格網。

在此種情況下，玻璃修補通常采用完全置換的方式，置換之前應與專家協商，保證工匠盡可能還原其時代風格，原則上說這種方法是可逆的。對替換下來的玻璃還要進行記錄和保護，登記新構件制作者的姓名和時間。

(6)滲水、冷凝。如果玻璃和鉛欞條間的黏合劑退化，水分將通過兩者間的縫隙滲入。玻璃邊緣出現縫隙的原因很多，如灰漿或鉛欞條的退化，鉛欞條凸緣重疊不足，或玻璃破裂等，如找不到滲水原因，可以在構造設計上解決問題，必要時可以重裝嵌條、全天候監測甚至重新粘結，多數情況由熟練的工人現場操作，但要把握好維修方法和力度。塊狀膩子、地方品牌填充劑等不應用來堵塞洞口，塑料或膠帶不能用來黏合玻璃碎片。

冷凝指玻璃表面溫度低于空氣結露溫度時，空氣中水分凝結在玻璃表面的現象。冷凝的原因很多，如人們的呼吸增加了空氣中水蒸汽含量、提升環境溫度，通風不暢，室外空氣溫度的變化，建筑的方向和熱能效果等。避免冷凝現象的措施，應改善通風條件，調整加熱系統位置，但處置之前應與設計師商議。

3 機械破壞的防護

很多外部因素都有可能損壞老建筑的玻璃，作為建筑中最脆弱的一環，玻璃外部防護非常必要。當前針對玻璃的機械性破壞，主要有以下幾項防護措施。

(1)鋼絲護網。鋼絲護網可以有效地阻止投射物的傷害，但是鍍鋅的護網一旦被切開，切口處的腐蝕作用將會迅速擴展（圖7）。

圖7 歷史建筑玻璃的鋼絲護網(來源：作者根據Bill Martin and Chris Wood, English Heritage, Practical Building Conservation, Ashgate 2011圖片整理）

優點：玻璃完全暴露在外部風雨的清洗作用下，且造價低廉；可根據窗戶開口或窗飾燈樣式制作相應模板；可以拆卸下來清洗、重裝或置換；不用調整原有基礎設施。

缺點：不能使用銅絲和鐵絲，因為這兩種物質腐蝕生成的銹跡會玷污窗下的砌體結構，并且很難去除污漬著色；面對重型的投射物或槍彈，該類保護措施無能為力；易被扭曲變形；對于投射光線有一定的減弱，影響整個玻璃的設計效果；小鳥或昆蟲有可能在玻璃和護網之間筑巢；需定期地維護更新。

(2)塑料薄膜保護。塑料開始在玻璃保護領域大量使用。目前，市場上主要有兩種類型：丙烯酸樹脂和聚碳酸酯。

優點：廉價易得；有更強的抵抗能力；對整個玻璃區域實施整體保護；可以把塑料和窗洞嚴絲合縫地契合起來；作為屏蔽通風形成氣腔，提升整個建筑的保溫性能；輕盈；靈活，可以適應多變的外部形式；聚碳酸酯板的水平尺寸可以根據支撐部分的尺寸細分，以獲得一個更加適當的外部形態并減少扭曲反應。

缺點：易燃，所以塑料不能使用于文物破壞者易于接觸到的歷史性建筑玻璃的保護中；經過長時間的陽光暴曬和化學反應，塑料表面會出現微裂紋，外部呈奶油狀，透明度也開始降低；丙烯酸樹脂比聚碳酸酯更易受到刮削的傷害，同時兩者表面都極易出現無法修復的變形和風蝕，而這些和表面裂紋的相互作用，會加速其透明度的喪失；表面刮痕處很容易積聚地衣、霉菌和污垢；塑料板需要定期移動以便清洗玻璃、清理蜘蛛網，或維護裝配部件等；裝配后會形成的封閉空間，環境條件的變化將導致對玻璃纖維、玻璃和玻璃嵌板的傷害；需要在頂部和底部設置風道，否則會形成冷凝，傷害玻璃和嵌條，同時也會滋生藻類和地衣；鳥類有可能利用塑料板的頂部棲息或筑巢，鳥糞也會腐蝕其表面；如果裝配不恰當，塑料板可能會被風力移動，造成玻璃及其底座的損傷。

(3)玻璃板防護。金屬格網強化玻璃自1898年出現，以后發展到天窗、屋頂和防火門的保護。玻璃板防護的優點是：外部更容易清理；相當于由雙層密封玻璃，保溫性能增加；內部視覺效果影響小；由于窗洞內部完全密封，除了定期清理以外，不需其他的維護措施；形成一個保護層，避免了對歷史建筑玻璃的破壞。

但是玻璃板防護也有其缺點：不同程度地改變有色玻璃的外觀，損傷整個建筑的藝術完整性；在安裝過程中，需要切割玻璃凹槽或擴大窗洞，影響窗戶原有形態；使得原玻璃或其配件更加難以移動、清洗和維護；玻璃本體的外部條件很難監測；裝配時如果不采用欞條飾邊來適應不同的溫度變化，玻璃與砂漿或砌體間的熱運動將導致滲水，繼而形成冷凝，發霉以及兩層玻璃板間的積水。

4 氣壓波動、極端溫度下的防護

除了來自外力的機械性破壞，歷史建筑玻璃還會遭受外部溫度、大氣條件變化或極端氣候產生的危害。為了減小這些自然環境的不利影響，當前西方保護界主要采取單個玻璃護板、雙層等溫玻璃、外部保護性玻璃和化學涂層4類防護措施。

(1)護板。20世紀初，文物保護者曾使用平板玻璃作為護板，將護板膠合到玻璃本體中，以實現對玻璃的保護。但是在多數情況下，人們沒有留下相應的修復記錄。

優點：材料應用具有可逆性，對原有玻璃最小干預；當整塊玻璃板的局部缺失時，可以在護板上繪制或燒制出缺失部分來恢復其整體的藝術效果；原有玻璃因腐蝕、晶體結構變化或厚度減少而導致亮度降低，玻璃護板將會恢復玻璃故有的屬性；玻璃外表面黃色著色劑，很容易因為天氣或化學清洗而受損傷；此類設計細節可以由一個有著同樣尺度的護板替換，可以沿著內部保留圖像細部，以保證圖畫的準確性；丟失的或損壞的護板可以用其他護板代替；所有相關的細節、設計、顏色等都應被明確地記錄下來，文物保護者可以毫不費力地甄別。

缺點：因為中世紀的玻璃從來沒有實現完全的平整，維護過程中往往要對玻璃本體切削以便安裝，這對玻璃造成了較大的傷害；護板的大量使用增加了玻璃面板的整體重量，需要給玻璃提供額外的支撐；不恰當的護板、欞條或膠黏劑也會給玻璃本體帶來傷害。一旦有了這種跡象，應立刻進行徹底地清除和替換。此外，膠布或膠水絕不能應用于有彩飾的玻璃表面。

(2)雙層等溫玻璃。1950年開始使用雙層等溫玻璃體系，將要保護的玻璃本體從原有的玻璃框架或玻璃槽中移走，裝上切削仿制的現代玻璃。原玻璃在原位置內部的特制框架中重新安裝，安裝過程中要保證其和內部空間的空氣流通順暢。如果采用最小保護，那么應對玻璃采取維持現狀的做法。裝配后兩塊玻璃面板之間的距離決定著后來的通風量。

優點：如果建筑能夠實現適當通風，被保護的玻璃已經離開了原先加速其劣化的外在環境，將不再遭受冷凝的影響，空氣溫濕度變化也會最小；該體系可以提升建筑的保溫性能；可以檢測玻璃兩側的環境條件，以便進一步地保護、清理和檢測；對內部空間和視線干擾和外部立面的影響較小。

缺點：因為要在原玻璃內部重新樹立一個支撐玻璃本體的骨架，雙層等溫玻璃保護是所有的玻璃的環境保護中造價最高的一種方式；雙層等溫玻璃的外立面無法抵擋來自外力的機械危害，還需要玻璃的外部保護措施；如果建筑通風不暢，玻璃表面還是會出現冷凝現象；如果后來安裝的玻璃板不能充分按照原有設計分割，將會損害建筑的外立面效果。

(3)外部保護性玻璃。被保護的玻璃本體在原有的玻璃凹槽中，保護性的現代玻璃安裝在它的外部。實施中兩者之間的縫隙要保證良好通風。

優點：被保護的玻璃不需要另作一個特制的骨架，只要保持在原有的玻璃凹槽里；不存在被保護玻璃本體邊緣的暈光問題；該措施相比雙層等溫玻璃更加便宜；玻璃本體不必再經受風雨的侵蝕；冷凝問題得到有效控制；內部空間尺寸和比例得以保留。

缺點：除非是鉸接，否則每次對玻璃本體外表面進行監測和清理時都要移去外部玻璃；保護的玻璃本體還是要承受外部空氣的侵蝕；玻璃本體同樣需要經受室內外的極端溫差。

(4)化學性涂層保護（chemical coatings）。化學性涂層能夠起到很好的保護效果，上述措施的缺點都能克服，但是該技術是不可逆的，目前還處在實驗階段。在玻璃清洗，重新安裝之前，需將合成涂層涂覆在每一個玻璃塊表面，當前該工作費時費力，也異常昂貴。

5 結束語

在我國歷史建筑保護中，對玻璃如何保護一直是被忽視的問題，主要問題是認識層面不夠，相關技術也不成熟。西方國家百年來已經積累了豐富的實踐經驗，在歷史建筑玻璃保護領域做過了大量的成功的案例，在保護原則、劣化分析、保護技術和防護措施等方面都有很多借鑒之處。我們應該充分認識到歷史建筑中玻璃的重要價值，根據我國近現代優秀建筑的特點，借鑒國外的優秀經驗，對歷史建筑實施科學保護。

[1]MICHAEL W.建筑玻璃[M].李冠欽,譯.北京:機械工業出版社,2003.

[2]MADELINE H.Caviness,stained glass before 1540[J].An Annotated Bibliography,1983,3:1.

[3]NICOLAJ A.Practical building conservation[M].Aldershot:Gower Technical Press,1988.

[4]VAVAR J R.Das glas und die jahrtausende[M].Czechoslovakia:Artia Prag,1954.