古建筑维修与新材料新技术的研究应用探讨

顾锋

中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215000

中华文明源远流长，经过几千年的文化演进，不仅影响了中国人在造型艺术方面的艺术观念，还对其生活观产生了实质性影响。当前正值中国式现代化改革时期，在“并联式”发展方案下古建筑维修施工单位应结合生态化、数字化、产业化融合发展理念，积极探索与古建筑维修相关的技术，并将其落实到对新材料和新技术的引入、研发及推广应用方面，为其实践赋能。下面先古建筑的历史价值做出简要概述。

1 古建筑的历史价值概述

古建筑反映了历史上不同时期广大劳动人民的智慧，呈现了时代精神，向后世展示了当时的社会状况、生活方式、建造技艺、艺术风格等。例如：（1）隋唐时期的古建筑装饰中应用了琉璃和砖；（2）两宋时期缩小建筑规格后通过殿阁楼台深化了建造形式；（3）元朝时期受多元宗教影响改变了建筑形态与设计风格；（4）明清时期通过对砖的大量使用，促进了古建筑的标准化、模式化发展等。根据“存在决定意识，意识反映存在”的基本原理，现代人通过对客观存在的古建筑之研究，有利于了解其建造时期的历史并更为深入的理解其价值。从当前的研究成果看，古建筑的历史价值具有多元性。如图1所示。

图1 古建筑的历史价值示意

2 古建筑维修原则分析

古建筑是一种物质文化遗产，对其进行维修的目的是保护古建筑文物。从近年来高质量维修经验看，古建筑文物保护工程维修期间已总结了若干原则，用于指导其实施。其中，总的维修原则是“不改变古建筑原貌”，配套原则包括：（1）修旧如旧原则；（2）系统性原则；（3）技术性原则。分述如下：

2.1 修旧如旧原则

古建筑维修中为了保持其原貌，要求施工人员严格遵循修旧如旧原则。具体而言，此类建筑建于历史上的不同时期，每个时期的设计理念、施工材料、营造法式、艺术风格、造型特征等，均存在差异。此时，施工人员需要在该原则下做好对维修对象的调查工作，确认其维修性质。例如，在分析其建筑年代方面，可以根据历史资料、建筑构件、法式特征等进行综合考察，然后根据调查结果选择匹配的材料、施工工艺、做旧法，确保在不损伤建筑原貌的前提下使其在修缮后达到修旧如旧效果[1]。

2.2 系统性原则

建筑通常被称为“凝固的音乐”（歌德语），属于伟大的造型艺术类型。我国古建筑多、采用木制结构，而且在连接设计中一般会应用卯榫，形成了“牵一发而动全身”的基本特点，要求施工人员在维修过程中严格遵循其系统性原则开展相应的结构安全评估，包括地基、柱、梁、墙、门、窗、屋顶、瓦片、桁条等，然后在确认风雨侵蚀、垌路脱断、瓦片下滑、屋面桁条桷板霉烂、梁架木构件空洞等问题的前提下，追溯导致其受损的原因，并在该原则下制定合理的维修策略与实施措施。

2.3 技术性原则

古建筑与现代建筑存在根本性差异，维修对象几乎涵盖了整个建筑及周边地区。施工人员在对其进行维修期间，应始终遵循技术性原则，在修缮、复原、加固等维修工作中提升其效率与质量。例如，在日常修缮工作中，对大型构架、桁类补配、更换用材的重视程度较高，施工相对频繁。其中的技术要求包括木材含水率、木构件斜率、虫蛀、髓心、腐朽、力学性能试验、干燥处理等。如表1：

表1 古建筑维修中的木制构件维修技术要求

3 古建筑维修中对新材料的应用

古建筑在物质文化遗产传承与发展中占据着重要地位，对其进行维修期间牵涉到对古建筑历史价值的了解、认识、分析、保存、开发、利用，为了预防维修中发生失误与造成二次破坏，通常要求根据古建筑本身的形制、布局、形态，选择与之匹配的建筑材料，如根据古建筑构成要素选择木、石、砖、泥、灰等。然而，由于此类材料稳定性差、控制难度大，为了应对此类问题施工人员往往会选择一些与其不发生冲突的新材料。下面仅对其中应用较多的水泥、金属、环氧树脂三种新材料展开具体分析。

3.1 以水泥材料为例

虽然现代建筑中应用的水泥不属于新材料，但是在由于古建筑中未应用该材料，相对而言属于新材料。例如，古建筑应用的材料主要包括泥土、砖石、木材、炉灰等，在维修过程中使用此类材料时普遍会出现强度控制难度较大的问题，同时不利于古建筑维修后的保存。此时，可以根据古建筑维修中的材料管控标准选择一些水泥材料，作为辅助性施工材料。具体应用时，由于对水泥使用控制较为严格，施工人员应根据古建筑材料与水泥材料的适配性，通过合理的配比，对其加以应用。以西北地区的古建筑为例，主要采用麦草泥墙面做法。如果在当前的古建筑修复中使用泥、水、麦草（剁成5cm左右的小条），随着使用时间的延长会造成裂缝、强度弱化、耐久性下降、表面观感效果变差等问题，因而在新时期的维修过程中可以结合经验与实验室试验相结合的方式，在其中掺入相应的水泥材料，改变上述问题[2]。

3.2 以金属材料为例

古建筑维修中对金属材料的应用频率相对较高。例如，古建筑中大量使用了木结构，在梁、柱、牛腿、檩等使用期间，承托位置、连接位置容易发生质量问题，弱化其坚固度。此时，施工人员可以将托垫、铁箍作为主要的金属材料，辅助木结构增强其整体上的结构稳定性。再如，经过新一轮工业化改革之后，我国金属锻造技术方面创新了知识产权，研发了适用于不同建筑部位的加固构件，此时可以根据古建筑修缮要求，配置相应的金属部件。或者，在定制化模式下由施工单位向预制厂家提供BIM结构材料，由其采购材料、按需生产并提供相应的售后服务等，从而在协同合作条件下通过对金属材料的多元化应用，提高古建筑维修质量。以柱开裂为例，可以使用金属材料制作相应的“薄片”，将其包裹到木柱之上，既可遵循不改变古建筑原貌的总原则完成维修工作，也能在系统性、技术性原则下提升维修效果。

3.3 以环氧树脂为例

环氧树脂属于新型建筑加固材料，在古建筑维修中的应用十分普遍。从应用效果看，可以起到预防二次破损、稳定结构、提升性能的作用。在实际应用环氧树脂时，施工人员应根据以往的维修经验，将其应用到柱、内梁等构件加固之中。尤其在构件与构件连接方面，存在黏结性相对较差的截面位置时，可以充分利用环氧树脂材料的高粘结性能，一方面减少对构件外形的改变，另一方面降低对古建筑外观形态的影响，达到保护古建筑文物的目的[3]。

4 古建筑维修中对新技术的应用

古建筑维修期间，主要应用了设计施工一体化实践模式，具体工作落实到了维修项目立项、前期调查、投资决策、维修方案设计、招投标、物料采购、维修施工、试运行、维保、竣工验收、正式运行等。新时期考虑到古建筑维保中可能产生的风险和高质量维修要求，施工人员普遍加强了对新技术引进和新工艺的应用，预期在不破坏建筑结构安全、不改变其外部形态、不影响其原始风貌及其艺术风格的前提下，扩大对无损技术的应用比例，全面提高其维修效率与质量，为其维修实践工作赋能。下面仅对雷达探测、化学灌浆、现代切割、粒子喷射清洗、新型做旧五种技术的应用做出具体讨论。

4.1 以雷达探测技术为例

古建筑维修属于文物保护工程范畴，前期调查直接影响着维修方案设计、材料选择。通常而言，施工人员应在调查阶段尽可能在其基础上对各项内容进行详细说明，但是在原结构探测期间，如果采用传统技术容易对古建筑本身产生危害。此时，可以选择无损检测技术中的雷达探测技术，把电磁波中的微波频段（90～1000MHz）作为探测媒介，对古建筑结构构件图像进行探测，并根据相关参数获取相关测量结果。此类参数包括：（1）电磁波传播时间；（2）折射率；（3）反射系数等。例如，古建筑多用非金属材料，电磁微波在含水率方面具有敏感性，此时可以使用该技术对其材料中的含水率进行检测，分析其中的潜在缺陷。以上文表1中的古建筑维修中的木制构件维修技术要求为例，明确了梁与枋构件、桷斗板类构件、桁类构件的含水率，应用该技术进行检测后可以精准识别其中的含水率是否超标，并甄别出其缺陷。再如，部分古建筑应用了穹顶、墩柱、楼盖结构，此时可以通过联用雷达检测技术和地理测量系统，完成对维修对象的高精度检测，及时发现问题并加以修缮[4]。

4.2 以化学灌浆技术为例

古建筑维修内容较多，在整体修缮、局部修复、日常养护、加固施工时，受到材料、技术、工艺条件的限定，往往不能达到预期的建筑强度，实现延长其寿命的目的。在这种前提下，施工人员可以根据维修中的实际缺陷情况、修缮需求等，选择应用频率高、修缮效果较好的化学灌浆技术。例如，古建筑应用木-砖-石后，随着使用环境、气候条件、天气状况、物理化学作用、人为因素等综合影响，容易发生建筑裂缝问题，当裂缝相对较大时，不仅会降低了其强度，还影响建筑结构本身的抗荷载能力、抗压能力，此时宜采用化学灌浆技术，选择与之匹配的化学溶液并注入裂缝之内，促进维修目标的实现。在裂缝较窄时可选择上文提到的环氧树脂，以注射方式在15～25℃之间注入环氧树脂，直接待到完全固化状态为止。

4.3 以现代切割技术为例

古建筑维修处理对象包括了损坏部分和未损坏部位，其中当损坏部位面积较大、修复效果较难达到预期效果时，往往需要运用现代切割技术对其中的损坏部位进行切除，并通过新、旧部位的精准衔接，提高维修效果。例如，在处理前、后衔接方面的工作时，衔接度要求相对较高，传统的人工手动切割精准性差，容易发生衔接失误，严重时可能给古建筑的整体性造成影响，并在其流畅性、协调性降低后弱化其艺术性。在这种条件下，施工人员应对取代传统手工切割技术，借助斜切锯更为高效的完成切割、衔接作业等。

4.4 以粒子喷射清洗技术为例

古建筑维修对象固定、维修频率较高。从日常维修经验看，随着古建筑使用时间的延长，会使其表面长期暴露在外，既会将大气环境中的烟尘会覆盖到其表面，也会因水溶性盐、石锈等形成去除难度较大的污垢。此时，可借助干法清洗技术中的粒子喷射清洗技术（也称粒子喷射翻新技术），使用压缩空气把粒子喷射到古建筑表面，通过冲击、微观切削等，去除其中的杂质。然后，使用配套的化学药液喷涂法，修复、翻新、防护砖石表面，恢复其旧貌、延长其使用寿命[5]。

4.5 以新型做旧技术为例

目前，古建筑维修过程中普遍应用了BIM之类的三维建模、四维仿真技术，可以利用其中的模拟功能，还原古建筑的颜色、纹饰、图案、连接部位等，然后借助模拟、仿真等功能，制提前预演做旧前、做旧后的效果，预防因准备不足而造成做旧效果不达标的问题。具体操作时，施工人员应将BIM技术、PS技术、激光扫描技术等进行联合应用，选择最佳做旧技术，提高做旧效果。

5 结束语

总之，古建筑反映了建设时期的人民生活方式、社会现状、技术水平、艺术风格，见证了当时的历史风貌。在新时期高质量维修期间，既要遵循“不改变古建筑原貌”的基本原则，也应在技术赋能路径下增强对新材料、新技术的应用。建议在古建筑维修过程中，一方面结合维修前期的调查结果选择适配性较高的环氧树脂、金属、水泥等材料，另一方面则需根据实际的维修需求，在维修的不同阶段应用雷达探测、化学灌浆、现代切割、粒子喷射清洗、新型数字做旧技术等，全面提高维修质量与效果，使古代建筑在新时期焕发生机，产出经济、艺术、文化、教育等综合效益，促进对“中国梦”的落实。