水對烏茲別克斯坦地區文化遺跡的影響
——以阿米爾·圖拉經學院的修復為例

中國文化遺產研究院 北京 100029）

金昭宇（中國文化遺產研究院 北京 100029）

在古老的絲綢之路上，一直流傳著這樣一句諺語：“我愿出一袋黃金，但求看一眼希瓦”。作為通往伊朗沙漠的最后一個驛站，希瓦古城是絲綢之路上的一顆明珠，見證了千百年來東西方不斷交流與融合的盛景。希瓦古城始建于10世紀花剌子模國強盛時期。16世紀末因阿姆河改道，希瓦汗國遷都于此，這里逐漸發展成為穆斯林世界的宗教中心之一。18世紀，飽經滄桑的希瓦城因連續戰亂遭到嚴重破壞。19世紀中后期，蘇聯對這里進行了修復。

為落實“一帶一路”偉大倡議，2016年以來中國文化遺產研究院對希瓦古城的保護現狀及歷史進行了研究分析，對阿米爾·圖拉（Amir Tura）經學院、哈桑·穆拉德庫什別吉（khasah Murad）清真寺保存環境及現狀進行勘察，開展保護修復和區域環境治理。本文主要圍繞阿米爾·圖拉經學院的水害治理展開討論。

一、水對烏茲別克斯坦文化遺跡的影響

帕米爾高原與天山山脈發育的阿姆河和錫爾河，就像是流淌于亞洲腹地的兩條“文明絲帶”，烏茲別克斯坦占據了兩河流域的精華地帶[1]，形成以希瓦、布哈拉及撒馬爾罕為中心城鎮的古代農業灌溉種植區，誕生了歐亞絲路上繁華的綠洲文化，留給世人眾多豐富且獨具地域特色的文化遺跡（圖1）。

這些獨特的文化遺跡成功抵御了時間的考驗，展示了古代中亞地區建筑設計師們的才華與智慧，受經濟發展、戰亂等因素影響，昔日雄偉的城池從誕生、輝煌走向沒落，又慢慢的在廢墟上重建、重生。經受時間風雨的文化遺跡，不同程度地出現諸多清晰可見的殘損。常見的殘損包括：

圖1 阿姆河與錫爾河流域圖（底圖來源：谷歌地圖）

1. 結構殘損，如開裂、墻體傾斜及受地震等影響造成的剪切性破壞。

2. 建筑地基基礎及地面以上約3米范圍內出現潮濕、酥堿等現象。

3. 建筑表面瓷磚出現脫落、氧化脫釉等。

從多座古城的地理位置和發展史來看，上述幾類殘損均與水有著直接或間接的聯系。從物理性質來說，地下水位的變化、水的流動可引起淺基礎地基承載力的變化，使巖土體出現變形、滑移、崩塌失穩；水浸潤和軟化巖土，可能使地基土的強度降低，建筑物產生過大的沉降導致嚴重變形。從化學性質來說，地下水的礦化度、酸堿性都使其對建筑材料產生侵蝕性。

（一）水對地基基礎的影響

因經濟發展引發的人口遷徙以及歷年戰亂，烏茲別克斯坦地區大多文化遺跡都經歷了多次破壞與重建的過程，當地傳統建筑方式是在重建時將殘損建筑材料直接填埋作為地基。以希瓦古城為例，古城地基基礎主要由約3～6米深的填土層和位于填土層之下的沙土（粉土）層組成，通過檢測發現，填土層由土、沙、城市垃圾等組成，有高度空隙化且欠固化的特性，這種特性導致了地基承載力差、濕氣（毛細水）傳遞快，這對建筑物地下部分的浸濕及凍脹產生重要影響。而沙土（粉土）層的地基承載力會在水的影響下變得不穩定，在干燥情況下，沙土層的地基承載力約為31～37.8千帕，而含水情況下的沙層地基承載力僅為20～32千帕。隨著地下水的慢慢滲透，當地基無法承載其上部建筑時，地基的不均勻沉降可能會導致建筑本體開裂、墻體傾斜等情況的發生[2]。

同時，地表水的向下匯入也對地基基礎產生影響。烏茲別克斯坦的多座古城內缺乏完整的排污系統，排水仍以向地下直接滲水為主。首先，地表水的滲入會導致地下水區域性的不同，匯入較多的區域地下水深偏高；其次，當穩定長期、單一方向的地表水流入地下時，既會導致水流經過部分的砂土層水合，造成此部分地基承載力變弱，也會帶走土壤中的具有膠結作用的小分子顆粒。這兩種因素相互作用，共同引起地基基礎的不均勻沉降，導致上部建筑開裂或傾斜[3]。

（二）水對建筑本體的影響

在烏茲別克斯坦文化遺跡地基以上3米左右的區域中，經常會看到一個伴隨建筑墻體表面的白色泛霜的潮濕區域，此類現象的存在主要與兩種因素有關——濕氣及酥堿[4]。濕氣影響了建筑材料的強度和粘合力，而酥堿則會造成磚、砂漿、木材、石料等建材的裂解。希瓦古城地處鹽堿地帶，地下水通過毛細現象不斷進入建筑本體時，首先表面張力會影響毛細現象，當地表及地下溫差越大的時候毛細現象越明顯，如沙漠地區毛細現象尤為突出；其次希瓦古城地下為較細的粉土和砂土，精細的土質也會導致更高的毛細現象。

（三）人類活動加劇水對文化遺跡的影響

隨著社會經濟的發展和城市的現代化進程，水對文化遺跡的影響也呈現了較高的線性關系，主要包括地下水、生活用水、城市規劃及保護修復材料。

1.地下水位的變化

地下水位變化的范圍相對較廣泛，并不局限于單一的城市或地區。19世紀后期，蘇聯的第一個五年計劃[5]促進了現代化水利設施的建造和新型農業設備的使用，使中亞地區的農業灌溉種植面積翻了三番。灌溉面積增大、水渠的開鑿和使用導致了集水區地下水位的上升，從而對地表建筑造成影響。希瓦、布哈拉及撒馬爾罕屬于綠洲文化，灌溉農業占據了重要的歷史地位。在過去的幾十年內，希瓦地下水位持續增加，1997-1999年間數據顯示，外城的水位已達到0.1～2.3米，內城地下水位提升了大約1.5米，達到3.02～3.67米（圖2）。

2.生活用水

圖2 希瓦地下水埋深變化

20世紀90年代以來，烏茲別克斯坦的旅游業得到了迅速發展，文化遺跡周邊酒店、民宿和餐廳數量大幅度增加[6]，部分遺跡本身也被改造并投入使用。為滿足使用需求，人們新增了大量排水系統，但這些排水系統仍以下滲式排水為主[7]。在希瓦古城，東西主干道及兩側建筑為主要游覽區域，N. G. MAVLYANOVA 和 V.A. ISMAILOV在2004年曾考察并記錄該區域古跡殘損情況[8]，研究顯示建筑外墻結構沉降開裂、砌體斷裂等由地基不均勻沉降造成的上部結構殘損與排水系統的分布有極強的關聯性。例如，位于古城西門附近穆罕默德·阿敏·汗（Mukhammed-Amin-khan）經學院在20世紀初期被改造為酒店，墻體上部存在嚴重構造裂縫若干，裂縫的位置與酒店房間內洗手間下水系統的位置一一對應（圖3）。這種現象在高大宣禮塔表現得更為明顯。例如，位于古城中心位置的朱瑪清真寺（Djuma Mosque）宣禮塔附近新增的排水系統導致了宣禮塔的整體向南傾斜。阿米爾·圖拉經學院也存在相似病害，如東南側墻體、穹隆拱券存在大量沉降裂縫，最大可達250毫米，南端墻體嚴重外傾，東部院外墻體完全斷裂，并向南傾斜下沉（圖4）。

圖3 穆罕默德·阿敏·汗經學院裂縫與房間位置相對應

圖4 阿米爾·圖拉經學院建筑墻體裂縫分布圖，紅色標記為周圍民居廁所分布區域

通過項目勘察時的地震波分析，阿米爾·圖拉經學院地下由填土層、粉土層和沙層組成，其中填土層密實度較差，且東南角區域地基密實度最差；根據阿米爾·圖拉經學院周圍鉆孔檢測報告，發現經學院的地下水埋深呈現出東淺西深、南淺北深的趨勢（圖5）。地下水埋深及地基密實度分布均與地基不均勻沉降區域相對應，也與周邊民居廁所的分布相符。由此可見，周圍民居生活用水的排放是阿米爾·圖拉經學院地基出現不均勻沉降的一個重要影響因素。

圖5 阿米爾·圖拉經學院地下水埋深及南側地震波分析

3.城市規劃

為滿足城市發展需求所采取的種種措施對文化遺跡產生了更為嚴重的影響。首先，自蘇聯時期起，古城內大量的路面開始被瀝青、水泥、石材等不透水材料覆蓋，使得濕氣無法及時排出。其次，城市規劃中欠缺與城市發展匹配的整體排水系統設計和布設，同時護城河等古代排水系統被掩埋，加劇了濕氣和酥堿情況。第三，現代景觀設施如綠化澆灌及噴淋設施，加劇了建筑底部濕氣和酥堿情況。

4.修復材料

不當的新型保護修復材料的應用，增大了古建筑病害區域。如位于希瓦古城東部的塔什·豪里建筑群（Tash-Hauli），曾在修復柱體底部時大量使用水泥、混凝土等非透汽性材料，原通過磚散發的濕氣因表面封閉順著柱體內部上移直至到達未被覆蓋的磚墻區，導致內部的建筑材料長期處于高濕度的環境中，加劇了建筑底部支撐力不足的趨勢（圖6）。

圖6 塔什·豪里建筑群柱體底部殘損

圖7 阿米爾·圖拉經學院底部酥堿情況

圖8 帖木兒陵使用的排水方式示意圖（上）；克汗地區使用的排水方式示意圖（下）

阿米爾·圖拉經學院此前并未經歷大規模修繕，但下部墻體區域存在的水泥修復痕跡，已顯示出不良的后果。在勘察中發現，經學院下部墻體較為潮濕，砌體出現酥堿、泛霜（圖7），加之墻腳部分的條石破損、木腰線糟朽變形，使墻腳處的有效承載截面變小，砌筑體內部松散，表面砌體承受的荷載超出材料的抗壓極限，因此出現剪切性破壞。

二、阿米爾·圖拉經學院修復措施

阿米爾·圖拉經學院的修復是援烏茲別克斯坦花剌子模州歷史文化遺跡修復項目的主要組成。在項目設計和實施階段，項目組通過對希瓦古城文化遺跡保存現狀的詳細勘察和檢測，經過綜合分析和研究，學習當地成功的保護措施，摒棄錯誤做法，從而因地制宜的將“原材料、原形制、原工藝、原做法”的中國傳統文物保護理念靈活應用在修復過程中，科學治理水害，取得了良好的保護效果。

(一) 降低地下水位

針對因周圍灌導致的文化遺跡地下水位上升，烏茲別克斯坦當地曾使用兩種方法來降低地下水位[9]。第一種排水方式用于撒馬爾罕的帖木兒陵（Tamburlane’s Tomb）地下水位的上升導致陵墓底部約半米深的積水治理。此方法類似于井點降水法，其工作原理為沿基坑每隔一定間距布設井點管，通過吸水裝置將管內水抽出，從而達到降低基坑四周地下水位的效果。此設施于1981年啟用，成功的降低了陵墓周邊約2米以內區域范圍的地下水位，但由于水泵缺乏維護等原因，此系統最終荒廢。第二種排水方式運用于克汗地區（Khagan），通過在遺址周圍挖溝并布設多孔管形成排水網的方式，短時間內成功地使地下水位降低了1～1.5米，但是一年之內就因為淤泥堵塞多孔管導致系統失效（圖8）。

以上兩種方法均實施于受地下水位上升影響嚴重的文化遺跡，在短期內取得了明顯效果，但未能從根本上解決排水問題。鑒于此，阿米爾·圖拉經學院的修復工作在設計方案時就考慮從源頭阻斷積水問題，通過與希瓦市政府合作為阿米爾·圖拉經學院所在的古城北部區域鋪設現代管道排水系統，將附近居民生活排水接入管道，并最終與北門外的現代排水系統連接，徹底根除生活用水的影響，同時也兼顧了本地居民的實際生活需求（圖9）。與此前提到的兩種方法相比，阿米爾·圖拉經學院的排水系統范圍更廣、后續維護保養成本低，且對維護人員無較高的技術要求，適合長期使用。

（二）進行地基加固

對于已產生沉降問題的地基，烏茲別克斯坦當地采用現代材料擴大基礎的做法[10]，將建筑基礎部分用厚度約20厘米的混凝土包裹，通過增大受力面積減少上層建筑對地下土層的壓力（圖10）。但此方法已被證實存在缺陷，一些地基部分使用的混凝土已出現開裂及孔洞現象。

阿米爾·圖拉經學院在地基加固時采用石灰樁加固及擴大地基相結合的方法（圖11）。首先在距離墻體約1.5米處設置石灰樁，其主要作用包括：第一，減少外部雨水及居民生活用水滲入對建筑地基基礎的不利影響，并通過生石灰的吸濕膨脹擠密樁周土。其次，沿墻面分段開挖作業平臺，對基礎底部進行垂直及傾斜注漿，形成地基框架。第三，在墻體植入鋼筋并砌磚擴大基礎，擴大后的基礎架于注漿框架之上。最后，夯填三七灰土置換原有的回填土層，穩定墻基礎并防止毛細水上升侵蝕基礎與墻體。

圖9 希瓦古城北部區域南北主干道地下管道排水示意圖

圖10 烏茲別克斯坦本地地基加固方式-混凝土擴大地基

（三）防治濕氣及酥堿

烏茲別克斯坦傳統民居以磚或石材為基礎，混合部分木材作為框架或梁柱，以日曬磚填充作為屋墻，墻外涂以草泥黏土（圖12）。濕氣通過建筑向外蒸發產生結晶鹽的過程只發生在表面，即草泥黏土層上。根據當地氣候特點，每年春夏季節，降水會沖刷掉草泥黏土表層，帶走表面鹽堿，且當地居民出于保暖的目的，一般會于秋季在墻面重新涂抹草泥黏土。故此，這類建筑不會因外墻鹽結晶受濕氣和酥堿的影響。

公共、宗教類文物建筑以燒結磚作為主要建筑材料，輔以石灰砂漿、石膏灰漿或泥漿作為墻磚之間的粘合劑，此類建筑受潮氣及酥堿影響較為嚴重。建筑物的墻體厚度從0.3米到2米不等，墻體為實心墻或碎石心墻。公共、宗教類建筑的防濕氣、酥堿方式較為多樣化，如使用石質基礎，在墻體內設置臥條石、木腰線、蘆葦席、羊毛氈等防潮材料，防潮材料的選擇與所在地的物價有關，可單獨使用或多種材料搭配使用。此外還有在建筑外圍形成擋墻的做法，即通過將建筑物建在一個磚造的基礎上，使得建筑內的地平整體高于建筑外部。這種方式在希瓦較為常見，人們在一些經學院的正立面設置擋墻，并在擋墻開設小房間作為商鋪使用（圖13）。

圖11 阿米爾·圖拉經學院地基加固示意圖

圖12 烏茲別克斯坦傳統民居結構

圖13 宗教、公共類建筑防濕氣、酥堿做法

當地對酥堿砌體的修復方式，主要以剔除殘磚并以現代材料加固為主，如將外層酥堿的殘磚剔除，更換新磚，使用硅酸鹽水泥或石膏砂漿勾縫并涂以瀝青防水層，但從調研情況可見，混凝土、水泥等現代材料在當地文物建筑上的應用已顯示出某材料特性在建筑結構學上的不利影響。未經水泥加固前，地基不均勻沉降導致的建筑物本體受力可以通過結構變形來抵消：因為水泥砂漿強度不足，受力導致砂漿開裂并通過這一過程吸收一部分力。砂漿開裂使磚之間粘合力缺失，造成了建筑體在平面上的歪閃，斷層線常見于扭曲連接或磚層水平連接處，這種情況可能導致建筑部分的損毀，但是不會造成整體結構的大范圍的斷裂。而水泥、混凝土能夠提供足夠的粘合力，導致力在幾千塊單獨結構之間的傳遞，并使之變成一個整體。表面看來，使用水泥砂漿克服了原建筑材料的柔軟、易受影響的特性，但實質是為了加強材料的脆性性能而犧牲了彈性性能。這意味著，當受力超過閾值的時候，建筑無法通過變形來卸載受力，而是完全吸收，損壞了建筑的幾何學，直至建筑的整體崩塌。而且，相對于磚而言，水泥砂漿強度更大，相同受力時，力首先會導致磚的破裂，而不是圍繞磚的水泥砂漿的損壞。所以，當軟性材料以硬質填縫材料修復時，如砌體尚未穩定，力會避免修補部分而直接作用于原材料，這種修復方式并沒有保護原材料的歷史價值，而是成為文物損毀的催化劑。

圖14 阿米爾·圖拉經學院修復前后對比

圖15 阿米爾·圖拉經學院地面覆蓋處理方式

圖16 阿米爾·圖拉經學院區域地上排水做法及前后對比

除了使用水泥等材料對文物建筑進行復原式修復，當地還采取新增人造防濕層的方式來抵擋潮氣和酥堿對文物建筑的影響，其中新增物理防濕層較為普遍，其原理是通過分部移除墻磚或墻體鑿縫的方式，將含有油性的毛氈、塑料或金屬放置入墻體中。除了物理防濕層，西方國家也曾嘗試使用化學防濕層，其原理是通過將靠近地面部分的磚浸入樹脂或硬脂酸鋁水等驅水劑中，降低磚的毛細現象。化學防濕層的實施較為方便，且不需大規模作業。但驅水劑的使用歷史較短，其長期使用可能導致的副作用仍不為人知，且如何在碎石心墻中使用阻水劑也是一個難題。

阿米爾·圖拉經學院修復方案設計之初就采用了多種防潮方式，包括建筑西立面設置的磚擋墻，墻體使用的木腰線、臥條石和毛氈等，其中木腰線及下臥條石深入墻體約25厘米。與潮氣及酥堿相關的殘損包括現代水泥痕跡，灰縫灰漿流失，墻體抹灰空鼓、起翹、脫落，木腰線及下臥條石破損缺失，鐵件缺失生銹等。修復時首先去除現代水泥修復痕跡，分析砌體殘損情況，在損傷嚴重影響安全性的部分剔除殘磚，并選擇舊磚或采用以原工藝原材料制作的磚進行補配（圖14）。

（四）環境整治與展示利用

如前文提到的，受經濟條件、技術手段等影響，希瓦古城在以發展旅游業為導向性的環境整改和展示利用等方面，出現失誤無法避免。通過總結前人經驗、教訓，結合我國在文物周邊環境整治中取得的成果，在項目實施中綜合考慮遺產保護與利用的關系，主要采取以下保護措施：

1.地面覆蓋處理方式

阿米爾·圖拉經學院周邊即為人行道或車行道，在地面鋪裝時應滿足建筑本體保護與居民使用的雙重需求（圖15）。在建筑本體周圍區域使用透氣性高的方磚，防止濕氣被困在表層之下，減少其對建筑本體的影響。而南北主干道為古城北部區域居民開車出行的唯一選擇，磚鋪地面的耐用性及堅固程度均無法滿足實際需求，且南北主干道兩側以傳統民居為主，濕氣及酥堿導致的影響可以輕易去除，故使用石材與方磚相結合的方式。

2.區域排水設計

除前文提到的增設地下管道排水系統外，通過對南北主干道路面坡度的精細設置形成了一套地上排水系統（圖16）。包括：所有路面均兩側高而中間低，水流匯集于路中間；調整建筑周邊散水坡度，實現水流由南向北、由東向西流動，最終匯入主干道，通過污水井進入地下管道排水系統。地下排水系統針對兩側民居排水，地上排水系統則針對降水及居民日常潑灑在地面的生活廢水，兩套排水系統通過主干道上的若干污水井相連，協同作用。

三、結語

烏茲別克斯坦在以往的古跡遺址保護修復工作中著重于新材料、新方法的研究與利用，該國的《文化遺產保護與利用法》規定：物質文化遺產項目保存措施包括預防性保護、修復和現代化改造利用，措施實施的目的是保存物質文化遺產的現有形態，在不改變其歷史文化價值和完好性的前提下，修復其具有歷史文化價值的構件，并創造物質文化遺產現代化使用的條件[11]。在國際古跡遺址修復工作中廣泛使用水泥等建材是基于現代化使用這一需求，但隨著現代材料使用導致的不良后果的逐漸突顯，在2000年UNESCO塔什干會議上，專家們提出新型防濕、抗鹽材料的開發雖然仍應作為未來修復工作的發展方向，但使用時須更加謹慎。

阿米爾·圖拉經學院為中國援烏項目的一部分，在秉持中國文物保護修復原則的同時，遵守相關國際公約準則及受援國法律法規，注重使用現代化勘察手段，為保護修復工作提供客觀數據。在勘測中，使用了高密度地震映像法、超聲波法、回彈法，結合輕型動力觸探等原位實驗對地基及墻體所使用的的材料、結構、工藝、改易情況等進行分析，使用720度全景攝影、多旋翼無人機傾斜攝影、紋理攝影、三維激光掃描等數字化測繪方式對遺跡保存現狀、空間位置、病害分布等進行數據測定，并對環境因素進行勘察，定性、定位、定量病害并對其產生原因進行綜合探究，最終以二維圖紙、三維模型等多種形式進行展現。勘察工作是編制保護方案、實施修復工作的依據，也是對古跡遺址進行長期監測的基礎，同時對幫助人們更深入的了解其普世價值、建立保護共識有著重要作用。

雖然中西方在古跡遺址保護修復理念上有著不同的解釋與思考，但在將現代科技引入保護修復上都保持了積極而審慎的態度。烏茲別克斯坦積極嘗試不同的“療法”——尋找減緩古跡遺址病變老化并延長其壽命的科學方法，而中國則側重于確定“病理”——分析古跡遺址病變老化的根源和具體原因，在使用非傳統材料時充分考慮其安全性、耐久性及可去除性，且新型材料用于不顯眼的地方。阿米爾·圖拉經學院的修復是兩國不同文物保護理念交流與互鑒的成功案例。