明湖论坛：“多学科视角下的长城保护技术研究”主要观点

明湖论坛：“多学科视角下的长城保护技术研究”主要观点

　　古建彩绘插画,晋城古建手绘,滕州古建彩绘第十一期明湖论坛“多学科视角下的长城保护技术研究”成功举办。7位发言人从各自不同专业的角度，以相关实践为切入点，围绕长城保护技术问题进行交流研讨。非常有启发的是：土、砖、石修筑的长城因为建造技术简单或被认为没有什么科学技术问题可谈，这次通过长城研究性修缮工程的开展，在多专业介入后，科学技术问题逐渐变得清晰起来。

　　1952年，居庸关、八达岭、山海关是新中国第一批开展的长城保护维修工程，这一时期的维修工程主要体现了“建筑完整修复”的理念。

　　2005年国务院批准《长城保护工程(2005～2014年)总体工作方案》，中央财政加大长城维修工程拨款。这一时期、长城保护维修工程以“消除安全隐患”为主。

　　2016年“绥中长城抹平事件”引发长城应如何保护的大讨论。充分反映出长城保护维修面临的保护理念、技术方法、工匠队伍、工程管理等诸多问题。之后国家文物局发布《中国长城保护报告》明确提出“对于历史上地面部分已坍塌或消失的长城遗址，实施遗址原状保护”。

　　2018年，国家文物局、北京市文物局支持中国文物基金会、腾讯基金会开始北京箭扣长城维修工程，启动最小干预、数字化技术、考古方法介入长城保护维修工程的尝试。

　　2019年，国家文物局发布《长城保护总体规划》，第一次明确“长城是古建筑与古遗址两种遗存形态并存、以古遗址遗存形态为主的文化遗产，并具有突出的文化景观特征。”此为重要的转折点，明确长城要以“古遗址形态保护”为主。

　　2019年，经国家文物局批准北京市启动“长城抢险修缮工程”，尝试以“点”的方式对面临坍塌危险的长城敌台或少量墙体进行抢救性的保护工作。2021年北京市启动以延庆大庄科和箭扣长城（5期）为试点的“长城研究性保护修缮工程”。同时长城的日常维护、预防性保护的探索工作也进入实质性探索阶段。

　　第一：理念与技术路线设计。长城保护维修工作的痛点：勘察诊断的专业局限性；参建各方介入时间的离散性：实施过程历史信息难以回溯。本次大庄科长城研究性修缮工程提出的解决路径：多专业协同贯穿工程全周期；参建各方协同贯穿工程全过程；数字化跟踪记录全过程可回溯。

　　第二：全学科参与的勘察评估。勘察评估为长城保护工程重中之重。包括形制溯源、法式勘察、现状形态测绘；建立材料、节点做法记录数据库；结合多专业实验的病害与病因判断。在多专业的参与下，大庄科长城本次的勘察中，病害现象，如裂缝、鼓闪、坍塌只是作为表象，而水患、冻融、植物生长、自身构造缺陷及其机理变得更为重要，更值得探究。比如，对比3号敌台与4号敌台的不同位置，发现处于山谷风口处的敌台明显受到更大风力影响的破坏。

　　第三：针对遗址保护的技术措施。与建筑修复相比，遗址安全与遗址形态兼顾的保护更为困难。研究性修缮工程除最小干预等常规的保护原则外，特别强调了以清理后的构件归安为主，非必要不增加新的砌筑材料，以及零垃圾的概念。同时也期望能够在“遗址风貌”方面做一些尝试工作。例如，按照结构的计算，倾斜小于12°的砖墙采取填芯处理整体归位的方法，而尽量少的采用拆砌的方法。再如，局部缺失的铺墁采用旧砖加工为砖渣后填补等。还有为保护地面采取旧砖保护层或原台面土保留的方法，按照园林景观专业的评估，墙顶植物采取清整而不是清除的方法等。

　　建国以来，在长城修缮实践中对墙体顶面植物的处置方法进行过一系列尝试，随着《长城保护维修工作指导意见》（2014年）等文件的陆续颁布，最小干预、保存长城遗存真实性和沧桑的历史面貌，以及“清除长城墙顶面植物的过程亦是破坏长城本体”逐渐成为共识。长城保护由注重文物本体向文物本体与历史及自然环境整体保护与和谐的方向转变。

　　第一、充分认识植物的双重作用。墙顶面植物是伴随长城存在过程的一项重要自然要素，在生长过程对长城本体产生了双重作用。从已造成破坏以及潜在威胁等角度考虑，植物的清除是必要之举；但从长城整体价值来看，植物是长城历史文化景观的重要组成部分，有不可替代的保留价值。

　　负面作用：生长于墙体边缘的乔木根系带来外包砌体歪闪、空鼓；生长于墙顶面乔木根系导致砖碎裂、位移。

　　积极作用：植物的深根同时有锚固墙体结构、保持墙顶面水土作用；草本植物可以缓解冻融、日晒、雨水冲刷对墙顶面的直接破坏。部分珍稀乡土植物是长城历史价值构成，几百年的共存植被是长城文化景观的组成部分。

　　第二、对植物影响的定量性评价。通过借鉴“评鉴性修缮”（Critical Restoration）理念建立长城顶面植物综合评价模型。模型显示了3个评价区间，不同区间内植物可采取不同的清整措施。

　　综合评价Ⅰ区间的1-2年生及多年生草本及低矮灌木植物破坏性相对较小并具有较高保留价值。该类植物在单位面积内能够形成“软覆盖层”为减缓长城墙顶面风化及冻融、日晒提供保护。但该作用过程需要进一步观测试验验证，特别注意防止排水不畅。

　　综合评价Ⅱ区间的植物生长特性特征显著，多为墙顶面中部范围的乔、灌木种类。其根系对长城墙顶面的破坏影响逐步明显，但同时其应用价值有所提升。保护工程可对破坏影响评分较低的植物进行适当清整，保留景观性较好的单株或群落。

　　综合评价Ⅲ区间的植物主要为靠近墙体边侧区域的乔、灌木种类，生长状况好，根系发达，但对墙体外包砌体结构存在水平及垂直方向的严重威胁（导致外侧墙体歪闪、空鼓以致坍塌），保护中予以清除并做好后续残留根系处理。

　　从结构安全角度在大庄科长城研究性修缮工程中主要开展了两方面工作：材料性能的检测、灾害仿真模拟。

　　第一、采用探地雷达、超声、回弹、贯入等无损检测手段，检测长城基础密实性、青砖和灰浆的强度；并结合实验室破损检测数据，形成了明长城青砖的无损检测测强曲线，相关方法和技术可直接应用于其他砖砌长城的检测和修缮中。

　　探地雷达测试的反射波形图与实际长城墙体反映的病害问题较为接近：城墙顶部向下0.6m存在不均匀；城墙侧面高度1.5m处界面，填充均匀；敌台顶面向下不均匀。城墙顶面因为雨水和冻融影响结构体更容易受损。

　　第二、使用有限元、块体单元+物理引擎等软件和方法，为保护工程措施选择提供支持。如对3号敌台实体建模，研究相同工况下有无挡土时敌台破坏情况，所得结果在有挡土情况下敌台较为安全，无挡土的情况下敌台南侧城墙可能倒塌，帮助保护工程采取了保留现存堆土，不对敌台进行拆砌的技术措施。

　　对北京怀柔和延庆区，以及同一地区不同部位明代长城灰浆的组分变化、碳化程度、有机物含量、骨料级配等微结构进行了剖析，并就大家普遍关注的灰浆中的糯米问题进行了讨论性研究，为北京明代长城的保护性修缮灰浆的研制提供了理论基础。

　　第一，灰浆差异性很大。目前阶段侧重于灰浆方面的实验剖析。对延庆大庄科长城和怀柔箭扣长城的灰浆进行了实验对比，发现两者差异很大。

　　第二，符合“就地取材”原则。对比延庆和怀柔长城灰浆均碳化完全，主要成分均为碳酸钙（CaCO3） 和 碳酸镁（MgCO3 ）,但怀柔灰浆中镁（Mg）、硅（Si ）和有机物含量远高于延庆灰浆，表明两种灰浆烧制过程中所用的石材原料不同。

　　第三，同一地段不同部位的灰浆组成也存在差异。分别对延庆长城砖砌筑、勾缝、灌浆、石砌筑、路面砌筑灰浆进行剖析，结果表明：灌浆灰浆与其它种类的灰浆差异较大，含有较多的砂子和石子，城墙顶面砌筑灰浆由于厚度较大，碳化不充分，含有少量的氢氧化镁（Mg(OH)2）和氢氧化钙（Ca(OH)2）。

　　第四，砖砌筑、勾缝、路面砌筑灰浆中检测到淀粉类的存在。不同检测方法得到的结果会有差异。

　　第五，长期碳化过程中碳化生成的碳酸钙有效填充了灰浆中的孔隙，细化了灰浆的孔隙结构。

　　第一、以往开展的城市雨水径流模拟、城市内涝风险模拟分析与评估等研究和实践，涉及合流制溢流污染控制、雨水径流削减和雨水利用、排水设施运行维护-风险预警-科学调度、“多系统耦合”的城市排水模拟评估、基于地表高精度模拟的内涝风险分析等技术方法对于长城保护具有重要的参考价值和应用潜力。

　　第二、长城与水的相关研究主要方向可包括：①长城排水系统蕴含古人智慧及其现实意义；②长城排水能力模拟分析与系统评估；③长城水力侵蚀机制、风险模拟评估和风险预防性修护；④降雨、风蚀等复合作用下长城保护策略；⑤长历时连续降雨土壤饱和含水条件下的长城结构稳定性研究。

　　气候变化，如温差、降雨、降雪、雷暴等自然的吞噬风化作用，以及水库等大型工程的承压震动作用，对长城价值载体的长久留存带来挑战。卫星定位、大数据、云计算等新一代信息技术快速发展，有助于推动长城由传统“被动抢救性保护”向“主动预防性保护”方式转变。正在开展的“北斗+加速度”长城振动监测工作在国内是第一次，具有开创性意义，积累了可复制可推广的经验。

　　第一，基于北斗、云计算等技术，开展的怀柔区长城振动灾害监测技术研究，构建长城环境振动灾害云监测技术体系，实现长城形变主动监测、预警预报取得了一年的数据积累，这些数据的积累为预警阈值的确定有极为重要的作用。

　　第二，对监测获取的数字分析看到了以往不掌握的变化数据：2021.09-2022.09对长城监测结果表明，66号监测站位移约9.52mm，67号监测站位移约29.04mm。明显看到67号监测点位长城墙体稳定性相对差，事实是相近墙体已有局部松动坍塌的情况。此外变形数据体现出最大形变量在夏季7月，最小形变量发生在冬季1月，与温度曲线趋势性相近。对一年的风、雨、雪数据分析同样可以看到长城敌台变化的情况。

　　发言之后，多专业之间进行了深入的交流讨论，探讨了各专业从大庄科长城研究性修缮工程起步，结合后续北京长城抢险维修工程继续深化研究的思路，同时发现多专业就同一段长城在保护技术研究方面的交叉合作还有更为广阔的可能，长城保护的科学技术研究大有可为。