古建筑維修與新材料新技術的研究應用探討

顧鋒

中億豐建設集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215000

中華文明源遠流長，經過幾千年的文化演進，不僅影響了中國人在造型藝術方面的藝術觀念，還對其生活觀產生了實質性影響。當前正值中國式現代化改革時期，在“并聯式”發展方案下古建筑維修施工單位應結合生態化、數字化、產業化融合發展理念，積極探索與古建筑維修相關的技術，并將其落實到對新材料和新技術的引入、研發及推廣應用方面，為其實踐賦能。下面先古建筑的歷史價值做出簡要概述。

1 古建筑的歷史價值概述

古建筑反映了歷史上不同時期廣大勞動人民的智慧，呈現了時代精神，向后世展示了當時的社會狀況、生活方式、建造技藝、藝術風格等。例如：（1）隋唐時期的古建筑裝飾中應用了琉璃和磚；（2）兩宋時期縮小建筑規格后通過殿閣樓臺深化了建造形式；（3）元朝時期受多元宗教影響改變了建筑形態與設計風格；（4）明清時期通過對磚的大量使用，促進了古建筑的標準化、模式化發展等。根據“存在決定意識，意識反映存在”的基本原理，現代人通過對客觀存在的古建筑之研究，有利于了解其建造時期的歷史并更為深入的理解其價值。從當前的研究成果看，古建筑的歷史價值具有多元性。如圖1所示。

圖1 古建筑的歷史價值示意

2 古建筑維修原則分析

古建筑是一種物質文化遺產，對其進行維修的目的是保護古建筑文物。從近年來高質量維修經驗看，古建筑文物保護工程維修期間已總結了若干原則，用于指導其實施。其中，總的維修原則是“不改變古建筑原貌”，配套原則包括：（1）修舊如舊原則；（2）系統性原則；（3）技術性原則。分述如下：

2.1 修舊如舊原則

古建筑維修中為了保持其原貌，要求施工人員嚴格遵循修舊如舊原則。具體而言，此類建筑建于歷史上的不同時期，每個時期的設計理念、施工材料、營造法式、藝術風格、造型特征等，均存在差異。此時，施工人員需要在該原則下做好對維修對象的調查工作，確認其維修性質。例如，在分析其建筑年代方面，可以根據歷史資料、建筑構件、法式特征等進行綜合考察，然后根據調查結果選擇匹配的材料、施工工藝、做舊法，確保在不損傷建筑原貌的前提下使其在修繕后達到修舊如舊效果[1]。

2.2 系統性原則

建筑通常被稱為“凝固的音樂”（歌德語），屬于偉大的造型藝術類型。我國古建筑多、采用木制結構，而且在連接設計中一般會應用卯榫，形成了“牽一發而動全身”的基本特點，要求施工人員在維修過程中嚴格遵循其系統性原則開展相應的結構安全評估，包括地基、柱、梁、墻、門、窗、屋頂、瓦片、桁條等，然后在確認風雨侵蝕、垌路脫斷、瓦片下滑、屋面桁條桷板霉爛、梁架木構件空洞等問題的前提下，追溯導致其受損的原因，并在該原則下制定合理的維修策略與實施措施。

2.3 技術性原則

古建筑與現代建筑存在根本性差異，維修對象幾乎涵蓋了整個建筑及周邊地區。施工人員在對其進行維修期間，應始終遵循技術性原則，在修繕、復原、加固等維修工作中提升其效率與質量。例如，在日常修繕工作中，對大型構架、桁類補配、更換用材的重視程度較高，施工相對頻繁。其中的技術要求包括木材含水率、木構件斜率、蟲蛀、髓心、腐朽、力學性能試驗、干燥處理等。如表1：

表1 古建筑維修中的木制構件維修技術要求

3 古建筑維修中對新材料的應用

古建筑在物質文化遺產傳承與發展中占據著重要地位，對其進行維修期間牽涉到對古建筑歷史價值的了解、認識、分析、保存、開發、利用，為了預防維修中發生失誤與造成二次破壞，通常要求根據古建筑本身的形制、布局、形態，選擇與之匹配的建筑材料，如根據古建筑構成要素選擇木、石、磚、泥、灰等。然而，由于此類材料穩定性差、控制難度大，為了應對此類問題施工人員往往會選擇一些與其不發生沖突的新材料。下面僅對其中應用較多的水泥、金屬、環氧樹脂三種新材料展開具體分析。

3.1 以水泥材料為例

雖然現代建筑中應用的水泥不屬于新材料，但是在由于古建筑中未應用該材料，相對而言屬于新材料。例如，古建筑應用的材料主要包括泥土、磚石、木材、爐灰等，在維修過程中使用此類材料時普遍會出現強度控制難度較大的問題，同時不利于古建筑維修后的保存。此時，可以根據古建筑維修中的材料管控標準選擇一些水泥材料，作為輔助性施工材料。具體應用時，由于對水泥使用控制較為嚴格，施工人員應根據古建筑材料與水泥材料的適配性，通過合理的配比，對其加以應用。以西北地區的古建筑為例，主要采用麥草泥墻面做法。如果在當前的古建筑修復中使用泥、水、麥草（剁成5cm左右的小條），隨著使用時間的延長會造成裂縫、強度弱化、耐久性下降、表面觀感效果變差等問題，因而在新時期的維修過程中可以結合經驗與實驗室試驗相結合的方式，在其中摻入相應的水泥材料，改變上述問題[2]。

3.2 以金屬材料為例

古建筑維修中對金屬材料的應用頻率相對較高。例如，古建筑中大量使用了木結構，在梁、柱、牛腿、檁等使用期間，承托位置、連接位置容易發生質量問題，弱化其堅固度。此時，施工人員可以將托墊、鐵箍作為主要的金屬材料，輔助木結構增強其整體上的結構穩定性。再如，經過新一輪工業化改革之后，我國金屬鍛造技術方面創新了知識產權，研發了適用于不同建筑部位的加固構件，此時可以根據古建筑修繕要求，配置相應的金屬部件?；蛘撸诙ㄖ苹Ｊ较掠墒┕挝幌蝾A制廠家提供BIM結構材料，由其采購材料、按需生產并提供相應的售后服務等，從而在協同合作條件下通過對金屬材料的多元化應用，提高古建筑維修質量。以柱開裂為例，可以使用金屬材料制作相應的“薄片”，將其包裹到木柱之上，既可遵循不改變古建筑原貌的總原則完成維修工作，也能在系統性、技術性原則下提升維修效果。

3.3 以環氧樹脂為例

環氧樹脂屬于新型建筑加固材料，在古建筑維修中的應用十分普遍。從應用效果看，可以起到預防二次破損、穩定結構、提升性能的作用。在實際應用環氧樹脂時，施工人員應根據以往的維修經驗，將其應用到柱、內梁等構件加固之中。尤其在構件與構件連接方面，存在黏結性相對較差的截面位置時，可以充分利用環氧樹脂材料的高粘結性能，一方面減少對構件外形的改變，另一方面降低對古建筑外觀形態的影響，達到保護古建筑文物的目的[3]。

4 古建筑維修中對新技術的應用

古建筑維修期間，主要應用了設計施工一體化實踐模式，具體工作落實到了維修項目立項、前期調查、投資決策、維修方案設計、招投標、物料采購、維修施工、試運行、維保、竣工驗收、正式運行等。新時期考慮到古建筑維保中可能產生的風險和高質量維修要求，施工人員普遍加強了對新技術引進和新工藝的應用，預期在不破壞建筑結構安全、不改變其外部形態、不影響其原始風貌及其藝術風格的前提下，擴大對無損技術的應用比例，全面提高其維修效率與質量，為其維修實踐工作賦能。下面僅對雷達探測、化學灌漿、現代切割、粒子噴射清洗、新型做舊五種技術的應用做出具體討論。

4.1 以雷達探測技術為例

古建筑維修屬于文物保護工程范疇，前期調查直接影響著維修方案設計、材料選擇。通常而言，施工人員應在調查階段盡可能在其基礎上對各項內容進行詳細說明，但是在原結構探測期間，如果采用傳統技術容易對古建筑本身產生危害。此時，可以選擇無損檢測技術中的雷達探測技術，把電磁波中的微波頻段（90～1000MHz）作為探測媒介，對古建筑結構構件圖像進行探測，并根據相關參數獲取相關測量結果。此類參數包括：（1）電磁波傳播時間；（2）折射率；（3）反射系數等。例如，古建筑多用非金屬材料，電磁微波在含水率方面具有敏感性，此時可以使用該技術對其材料中的含水率進行檢測，分析其中的潛在缺陷。以上文表1中的古建筑維修中的木制構件維修技術要求為例，明確了梁與枋構件、桷斗板類構件、桁類構件的含水率，應用該技術進行檢測后可以精準識別其中的含水率是否超標，并甄別出其缺陷。再如，部分古建筑應用了穹頂、墩柱、樓蓋結構，此時可以通過聯用雷達檢測技術和地理測量系統，完成對維修對象的高精度檢測，及時發現問題并加以修繕[4]。

4.2 以化學灌漿技術為例

古建筑維修內容較多，在整體修繕、局部修復、日常養護、加固施工時，受到材料、技術、工藝條件的限定，往往不能達到預期的建筑強度，實現延長其壽命的目的。在這種前提下，施工人員可以根據維修中的實際缺陷情況、修繕需求等，選擇應用頻率高、修繕效果較好的化學灌漿技術。例如，古建筑應用木-磚-石后，隨著使用環境、氣候條件、天氣狀況、物理化學作用、人為因素等綜合影響，容易發生建筑裂縫問題，當裂縫相對較大時，不僅會降低了其強度，還影響建筑結構本身的抗荷載能力、抗壓能力，此時宜采用化學灌漿技術，選擇與之匹配的化學溶液并注入裂縫之內，促進維修目標的實現。在裂縫較窄時可選擇上文提到的環氧樹脂，以注射方式在15～25℃之間注入環氧樹脂，直接待到完全固化狀態為止。

4.3 以現代切割技術為例

古建筑維修處理對象包括了損壞部分和未損壞部位，其中當損壞部位面積較大、修復效果較難達到預期效果時，往往需要運用現代切割技術對其中的損壞部位進行切除，并通過新、舊部位的精準銜接，提高維修效果。例如，在處理前、后銜接方面的工作時，銜接度要求相對較高，傳統的人工手動切割精準性差，容易發生銜接失誤，嚴重時可能給古建筑的整體性造成影響，并在其流暢性、協調性降低后弱化其藝術性。在這種條件下，施工人員應對取代傳統手工切割技術，借助斜切鋸更為高效的完成切割、銜接作業等。

4.4 以粒子噴射清洗技術為例

古建筑維修對象固定、維修頻率較高。從日常維修經驗看，隨著古建筑使用時間的延長，會使其表面長期暴露在外，既會將大氣環境中的煙塵會覆蓋到其表面，也會因水溶性鹽、石銹等形成去除難度較大的污垢。此時，可借助干法清洗技術中的粒子噴射清洗技術（也稱粒子噴射翻新技術），使用壓縮空氣把粒子噴射到古建筑表面，通過沖擊、微觀切削等，去除其中的雜質。然后，使用配套的化學藥液噴涂法，修復、翻新、防護磚石表面，恢復其舊貌、延長其使用壽命[5]。

4.5 以新型做舊技術為例

目前，古建筑維修過程中普遍應用了BIM之類的三維建模、四維仿真技術，可以利用其中的模擬功能，還原古建筑的顏色、紋飾、圖案、連接部位等，然后借助模擬、仿真等功能，制提前預演做舊前、做舊后的效果，預防因準備不足而造成做舊效果不達標的問題。具體操作時，施工人員應將BIM技術、PS技術、激光掃描技術等進行聯合應用，選擇最佳做舊技術，提高做舊效果。

5 結束語

總之，古建筑反映了建設時期的人民生活方式、社會現狀、技術水平、藝術風格，見證了當時的歷史風貌。在新時期高質量維修期間，既要遵循“不改變古建筑原貌”的基本原則，也應在技術賦能路徑下增強對新材料、新技術的應用。建議在古建筑維修過程中，一方面結合維修前期的調查結果選擇適配性較高的環氧樹脂、金屬、水泥等材料，另一方面則需根據實際的維修需求，在維修的不同階段應用雷達探測、化學灌漿、現代切割、粒子噴射清洗、新型數字做舊技術等，全面提高維修質量與效果，使古代建筑在新時期煥發生機，產出經濟、藝術、文化、教育等綜合效益，促進對“中國夢”的落實。