意大利歷史建筑維護的海外教學實踐探索

［摘 要］同濟大學致力于培養具有全球競爭力與國際領導力的創新人才。秉承國際化辦學傳統，土木工程學院部分師生于同濟大學海外校區——佛羅倫薩校區，開啟了一次歷史建筑、現代科技和人文素養完美融合的低碳、智能與韌性技術應用教學之旅。師生們通過理論教學、參加學術講座、實地考察、匯報交流等方式開展了“尋訪羅馬和梵蒂岡的歷史建筑之美”“佛羅倫薩的低碳建筑嘗試”“比薩斜塔糾偏的智能系統”以及“韌性城市建設——圣母百花大教堂穹頂的維護工作”四個典型案例的教學實踐，深入了解了意大利的人文風情，近距離學習了現代科技在古建筑保護中的應用。這對師生開闊國際視野、提升綜合素質具有重要作用。

［關鍵詞］海外教學； 低碳、智能與韌性；古建筑保護

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）21-0132-05

當今世界正在經歷百年未有之大變局，科技革命與產業變革興起。以習近平同志為核心的黨中央統籌國內國際兩個大局作出了重大戰略決策，提出了“碳達峰”“碳中和”的目標，由此，發展綠色低碳技術、建設智慧韌性城市便成為落實城鄉建設領域“雙碳”目標任務的重要途徑。低碳、智能與韌性正成為土木工程未來的核心發展方向。

低碳、智能與韌性不只是未來建筑的發展目標，對于歷史建筑的保護和修復也同樣具有至關重要的意義。歷史建筑既是過去留給后人的瑰寶，又具備難以衡量的文化價值，并能通過維護和再利用煥發新生，滿足當下的需求。因此，在適應城市建設新形勢、推動城市高質量發展的進程中，如何將現代土木工程學科的知識與技術應用于歷史建筑的保護、修復，已成為城市古舊建筑保護及改造再利用亟須解決的重要課題。

意大利是一個歷史悠久、文化遺產眾多的國家，而其建筑遺產保護理論與實踐的成就更是有目共睹[1]。意大利在古建筑修復與加固技術上具有一系列成熟精湛的手法，其理論和實踐都處于世界同行業的前列，它將以“修舊如舊”為原則的傳統技術與現代技術綜合運用，保護著這些歷史遺留給人類的無價之寶。意大利政府除了專門的文物保護部，還設立了文物修復研究所和全國文物普查登錄所，規定只有專門的文物建筑保護師才有資格做文物保護工作[2]。同時，一些知名歷史遺跡保護機構與宣言也出自意大利，如總部設立在羅馬的國際文物保護與修復中心（ICCROM）、1964年通過的保護文物建筑及歷史地段的國際原則《威尼斯憲章》、1981年通過的歷史園林保護憲章《佛羅倫薩憲章》等。為調研學習意大利的歷史建筑加固、維護和修復技術，在歷史建筑、未來科技與人文精神中尋找“相融點”，2023年7月，依托暑期海外教學項目，同濟大學土木工程學院、本科生院、中意學院和外事辦公室共同組織了由3位教師和15名本科生組成的意大利暑期營教學團隊，前往同濟大學佛羅倫薩海外校區進行教學實踐。

一、教學目標與內容

教師團隊圍繞低碳、智能與韌性三個關鍵詞設計本次海外教學實踐環節，同時將理論教學與實地考察相結合，將教師的講解與學生的實地考察、匯報交流相結合（見表1）。

二、教學實踐

在前往意大利前，教師團隊對學生進行了分組分工，要求學生預先對意大利的相關建筑維護、修復進行了解，并為計劃的交流做好準備。抵達意大利后，教師團隊通過參加學術講座和匯報交流、實地考察等豐富的形式，開展了教學實踐，加深了學生的學習體驗，有效達成了教學目標。以下是本次海外教學的四個案例。

（一）尋訪羅馬和梵蒂岡的歷史建筑之美

為了讓學生深入了解歷史建筑的價值、掌握歷史建筑的修復維護方法，培養他們的歷史遺產保護意識與實踐能力，開展了相關歷史建筑的實地考察。

在開展調研前，將學生按小組進行分工，調研相關建筑的歷史及其修繕、保護的現狀，為后續實踐打下基礎。在實地尋訪中，學生以小組為單位互相介紹相關歷史建筑，并將實例與國內歷史建筑保護、修復進行對比。這對加強中意兩國在歷史建筑保護、修復工作方面的交流，對提升國內歷史建筑保護、修復水平具有現實意義，也有助于開闊學生的視野和提升學生的思辨、認知能力。在實踐過程中歸納的歷史建筑保護、修復重點如下。

1.注重“修舊如舊”，盡量使用原材料進行修復，同時不改變其外在形態。在實地調研后，發現意大利對古建筑強調結構性的維護，保持建筑的穩定性，但不對其外表進行修飾。雖然斗獸場、萬神殿等建筑的結構性維護一直在進行，但是文物保護機構保持了其經過自然侵蝕的痕跡、戰爭留下的彈孔等痕跡，使其歷史能在建筑上顯現。而國內的歷史建筑更多使用木材，在修復和維護工藝方面有所不同。此外，兩國在歷史建筑修復理念上也有所不同，例如北京的八達嶺長城與武漢的黃鶴樓，在修復、翻新后都呈現出了與原本大為不同的外觀。

2.大力宣傳歷史建筑保護理念，對歷史建筑進行有針對性的游客管理。意大利較早建立了文物古跡保護局，同時建立了完整的網站體系介紹相關歷史建筑及其維護情況。相關歷史建筑的開放與票務也由整合化的網站進行管理。游客可以提前在網站上非常便利地查詢到各個歷史建筑的介紹與開放時間，節約了不少寶貴時間。

3.對于歷史建筑的維護不局限于建筑本身，也保護周圍的環境。羅馬的城市建設注重歷史景觀的保護，當學生登上西班牙廣場與梵蒂岡圣彼得教堂的穹頂極目遠眺時，圍繞羅馬城的山丘盡收眼底，整個羅馬完全沒有新建的高層建筑，城市的天際線仍保留著歷史的模樣——教堂的穹頂、鐘樓與大片的舊時房屋，著實令人感到震撼。漫步羅馬街頭，圍繞著古建筑的是用石子鋪成的道路，道路的兩旁是穿著各異的游客和叫賣的行商，師生們仿佛當真來到了古羅馬帝國。

（二）佛羅倫薩的低碳建筑嘗試

隨著我國“雙碳”目標的確立與構建人類命運共同體目標的確定，減少碳排放成為至關重要的議題。意大利作為發達國家，在低碳方面比發展中國家有更重的責任。在海外教學實踐中，來自佛羅倫薩大學建筑學院的Paola Gallo和 Rosa Romano兩位教授分別以“Environmental Governance in Italy”與“Smart Materials for Smart Envelopes in Mediterranean”為主題，將案例分析與理論相結合，向學生展示了意大利關于能源等方面的舉措及前沿技術，提升了學生對建筑工程中新材料、新科技的理解，增強了減排、減碳的意識，拓展了研究學習的思維。現在以兩個建筑項目為例，闡述低碳建筑教學實踐的主要內容。

1.巴迪亞博物館的改造：該博物館設于一座砌體結構的老建筑中，為達成節能減排的目的，通過使用隔熱板代替玻璃屋頂、改變墻面顏色以減少熱量吸收、根據日光強度智能控制窗簾等方式控制博物館溫度。學術講座結束后，兩位教授帶領學生實地探訪博物館，實地觀察相關改造。

2.盧卡信息交流中心的建設：建造時，使用特殊墻體結構收集風能，在玻璃屋頂上使用太陽能電池板，在玻璃屋頂下種植植物，這樣能在降低溫度的同時減少約百分之五十的碳排放。此建筑建成后，被當作一個典型案例，引領意大利建筑行業的節能實踐。

（三）比薩斜塔糾偏智能系統

比薩斜塔與博洛尼亞斜塔是知名度非常高的兩處傾斜建筑，是重要的文化遺產。由于其傾斜、不穩定的特質，斜塔的保護、糾偏工作格外重要。在本次海外教學實踐中，師生們前往這兩座斜塔進行實地考察，聆聽參與比薩斜塔糾偏工程的教授關于斜塔糾偏的報告，并與教授們進行交流互動，深入了解了現代智能技術在斜塔糾偏中的運用。

在開始比薩斜塔實地考察前，學生先對相關知識進行了解，帶著問題進行走訪。學生先通過當地導游的介紹了解比薩斜塔的歷史，然后登上比薩斜塔觀察其糾偏的痕跡。比薩斜塔的傾斜是土力學課程中比較經典的例子，學生可以通過實地的探訪，加深對相關專業知識的理解，提高專業知識的運用能力。

地基沉降是比薩斜塔傾斜的主要原因之一。在講座中，George Mylonakis教授與Camillo Nuti教授提到比薩斜塔的傾斜是由地基沉降和土壤的不穩定性導致的。斜塔建造在比薩市的河灘地帶，土壤主要由松軟的黏土和沙子組成。這種土壤在承受荷載時容易發生沉降和變形，導致斜塔的不均勻沉降。使用激光掃描、地下測量和地質勘探等現代技術，可以精確測量塔體的傾斜情況和地基沉降速度，專家們在比薩斜塔的地基下挖掘了數米深的地基坑，注入混凝土來增加地基的穩定性；為了降低土壤的受重和壓力，在塔樓的北側挖掘土壤，以平衡塔樓的傾斜；為了糾正塔樓的傾斜，在塔頂上放置了約800噸的鋼制重物，通過改變重心來減輕傾斜的影響；為了進一步穩定塔樓，將鋼索安裝在塔樓的北側，并連接到地面的固定點上，這些鋼索通過施加側向拉力來抵消傾斜的力量。在20世紀90年代進行的修復工程中，專家們通過加強地基等調整塔樓的傾斜角度，將其從5.5度降低到目前的3.97度。穩定斜塔整體結構后，利用現代結構分析與監測技術，監測斜塔的各項數據，預測其可能的變化，并利用數值模擬、有限元分析和結構動力學等知識，制定詳細的維護計劃，同時建立結構監測系統，實時追蹤塔體的變化，及時預警并采取措施，保障塔體的穩定性。除此之外，由于斜塔建筑材料、結構和基礎的特點，比薩斜塔對溫度和濕度非常敏感，為了保證比薩斜塔處于長期安全的環境中，環境監測技術的應用也至關重要。現代環境監測技術可以實時監測塔體周圍的環境參數，如濕度、溫度和地下水位等，幫助人們了解外部環境對塔體的影響，并安裝了空調、加濕器和除濕器等設備來控制其內部環境。圖1為在比薩斜塔內部拍攝的照片，可以看到相關傳感器的布置情況。

（四）韌性城市建設——圣母百花大教堂穹頂的維護工作

“韌性”被定義為系統抵御干擾并維持其基本功能的能力，它提供了一種應對變化和災難的新方法[3]。在城市研究中引入韌性理念，將韌性理念與城市研究、規劃設計相結合，是一種應對氣候變化、災害沖擊，提升城市安全性的新視角[4]。作為文藝復興的中心，佛羅倫薩時至今日仍然有相當多保存完好的文藝復興時期的建筑。作為佛羅倫薩最矚目的建筑，圣母百花大教堂的維護、修復工作彰顯了該城市的韌性。在本次海外教學實踐中，對于該教堂維護工作的研學也是重點之一。與上文斜塔糾偏案例的開展形式類似，在本教學實踐中，學生通過實地考察、參加學術講座以及匯報交流的形式，深度了解意大利建筑的韌性是如何構建的。

1.在內部的結構方面。不同于文藝復興時期建造的其他教堂建筑，圣母百花大教堂設計了格外宏大的穹頂，導致沒有足夠長的木材可用于拱鷹架輔助建設。因此，在建造時，采用了雙殼結構與肋狀骨架來保證穹頂整體的穩定性，同時改良砌磚的形式來保證局部的穩定。

雙層殼體可讓穹頂不受氣候影響，外表更為壯觀，同時降低整體結構的重量。肋狀骨架由8個主肋和16個輔肋共同組成一個籠狀結構作為支撐，其中主肋設置在8個端部，兩兩一對，共有4對肋拱，每對肋拱都能獨自承重。由于越向上堆砌，傾角越大，磚塊難以穩定，建筑師便在兩個主肋之間添加了兩個輔肋，讓磚更好固定。在雙殼結構和肋狀骨架的共同作用下，大跨度穹頂的承重問題迎刃而解。同時，建筑師在水平砌磚中間插入垂直的磚，將水平通縫打斷，使建筑整體性更強，可防止局部的破壞。

2.在外部的裝飾方面。本次海外教學實踐安排學生登上正在維護的教堂穹頂，實地探訪教堂的維護工作。教堂穹頂的裝飾使用了馬賽克的工藝，不同顏色的裝飾源于石塊或玻璃塊。在進行維護時，一方面，使用相同材料，貫徹“修舊如舊”的理念；另一方面，工程師對建筑進行了激光清洗，在不破壞表面材料的同時達到維護的目的。得到允許后，師生登上了穹頂腳手架參觀，雖然由于教堂方的要求沒有留下照片，但是穹頂上琳瑯滿目的壁畫與厚重的歷史痕跡早已刻在了師生的腦海中。

三、教學拓展

學生分組開展教學拓展。以意大利見聞為靈感，各小組選擇實地尋訪的知名地標建筑作為模板，運用軟件建模和3D打印技術制作了微縮模型（比例從1∶300到1∶1000不等），為本次海外教學實踐畫上了圓滿的句號，詳見圖2。

首先，學生通過在意大利拍攝的照片尋找靈感，然后查閱建筑的平面圖、剖面圖，最后結合課堂教學知識與自學知識，使用Rhino、Solidworks等軟件制作了歷史建筑模型。以博洛尼亞斜塔為例，學生詳細詢問了講座教授，了解斜塔的高度、傾斜角度等參數，回國后使用Rhino軟件及其插件Grasshopper，按照1∶1的比例構建主塔，并對門窗等細節進行了精確繪制。而對于較低塔的傾斜特征，學生通過放樣底面、旋轉角度等技巧進行建模。

在佛羅倫薩，學生們贊嘆富麗堂皇的教堂穹頂、鮮艷斑斕的馬賽克壁畫；在博洛尼亞和比薩，學生們驚訝于意大利高超的古建筑保護技術。通過教學拓展的形式，學生們凝練了意大利之行的見聞，運用了多媒體技術及相關專業課中的知識，將美好的回憶通過制作的模型保存起來。建筑模型作品能保存許久，成為師生們在亞平寧半島交流學習、一覽西方歷史文化精華的最好見證。

四、結語

在本次短期海外教學實踐中，師生們通過理念教學、參加學術講座、實地考察、匯報交流等形式，加深了對于意大利歷史建筑修復、保護方面的了解，強化了對新時代土木工程專業低碳、智能與韌性等特點的認識。同時，學生們比較了中意兩國關于歷史建筑的修復、保護方式，了解了兩國不同的發展基礎、不同的規劃方式。意大利強調人文精神，保持建筑原有的形態與周圍環境，使城市景觀更加貼近歷史形態，在未來城市建設的過程中，意大利的相關經驗可以為我國提供參考。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 馮珊珊. 建筑遺產保護與修復的意大利經驗[J].建筑與文化，2014（6）：165-167.

[2］ 陳志華.意大利古建筑散記[M].合肥：安徽教育出版社，2003.

[3］ HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J]. Annual review of" ecology， erolution， and systematics，1973，4：1-23.

[4］ 魯鈺雯，翟國方. “雙碳”目標下低碳韌性城市建設的國際經驗及啟示[J].科技導報，2022，40（6）：56-66.

［責任編輯：鐘 嵐］