基于碳纤维骨架的岭南历史建筑灰塑修缮新技术

1 工程概况

广州历史文化街区保护活化利用——西关记忆项目位于广州荔湾老城区。项目总改造面积为73 722 m ²  ，涉及楼栋及街巷多，包括 14 处不可移动文物，70 处历史建筑旧址，骑楼、竹筒屋、近代建筑等 160 处传统风貌建筑，1 处省级文物保护单位的整体修缮和活化利用。

灰塑是项目修缮工作的重难点之一，由于年代久远，且岭南独特气候原因，水分无法充分排出而使灰塑结构破裂、残损；如何有效增强灰塑的稳定性和耐久性，同时确保原有结构受损最小是当前岭南历史建筑保护性修缮亟需攻克的技术难题。

2 技术原理

碳纤维是一种高强度、高弹性、抗腐蚀的复合材料。通过利用碳纤维材料作为骨架，研发出 V 形、L形骨架，固定支架码，挂翼固定支架和连接件等构件，实现新造灰塑的造型搭建，解决传统金属骨架制作成型时间长、易腐蚀等难题，增强了灰塑的稳定性和耐久性。并利用传统灰塑工艺对其包灰施工以及局部损坏修缮，使其达到修旧如旧、建新如故的目的。

3 关键施工技术

3.1 三维扫描

在不影响原有建筑结构的情况下探测历史建筑灰塑的损坏程度，视其外观造型破裂、残损及空鼓程度，利用室外三维激光扫描技术，获取其各个点的三维坐标，完美反映历史建筑外墙的灰塑、彩绘等工艺的立体造型。

3.2 数字建模

根据三维激光扫描技术采集得到的三维信息，运用三维建模软件进行建模，参照历史建筑造型图片对比，补充并输出三维施工参考图及施工贴图（图 1、图 2）。

图 1  历史建筑墙面修缮立面示意

图 2  三维建模软件进行建模（计算机截图）

3.3 灰塑骨架设计

通过对传统建筑墙面灰塑造型的数字复原，结合现代科技发展，研发出适合修补建构的 V 形、L 形骨架，固定支架码，挂翼固定支架和连接件等构件，使之更加耐久。

3.4 墙面灰塑修缮施工

3.4.1 外墙灰塑修缮工艺

（1）局部修补灰塑施工。

1）清洗灰塑：以清水配合牙刷、刷子、竹签等工具刷洗灰塑表面，去除浮灰污垢。

2）检查灰塑：仔细检查原灰塑的损坏情况，初步判断褪色、附生植物、开裂、脱落和骨架保存情况，确定疏松灰层，结合采用三维扫描确定最终修缮方案。

3）铲除疏松灰层：为粘结新旧灰，以牙刷、刷子和竹片等工具清除疏松灰层，以到达结实部位为止。

4）润湿：完成上述两个工序后，还须保持待修复的灰塑表面有相近于修补灰浆的湿度，方可开始补灰工作。一般做法是向原灰塑表面喷水，湿润后用塑料包装纸遮盖整个灰塑，湿润及遮盖时间由灰塑匠师掌握。

5）补灰：应根据原灰塑的制作工艺，使用草筋灰和纸筋灰，由内至外逐层修补。如修补面积较大，且修补深度较深，则需参考制作灰塑的做法，首先采用砌筑砖瓦骨架或金属骨架制作，金属架施工需要首先预埋钢钉，后用铜线扎制造型骨架。钢钉尺寸和铜线用量以保证灰塑的稳固为准然后使用草筋灰进行填补，经过养护后继续填补上草筋灰，补灰到达接近面层的适当位置后即可添加纸筋灰细化表面。

6）铺色灰：以原灰塑的样貌为根据，在灰塑修补处铺加色灰，作为上彩基础。

7）上彩：上彩方法如灰塑制作流程，色彩以灰塑的原貌为准。

（2）新造灰塑施工。

1）新造灰塑骨架制作：在对应的灰塑位置，采用新型装配式碳纤维塑料骨架制作造型底架。

2）墙面灰塑基层修复：首先采用清水对墙体进行清洗，对开裂部分可挂钢丝网，网孔 20 mm×20 mm 丝梗厚 0.8 mm。墙体在挂网前应清理灰油污，绷紧固定后再作粉刷。底层涂抹 801 胶素水泥浆一遍，配合比为 1∶4，面 30 mm 厚 WP M15 预拌砂浆找平，分两次抹灰，最后抹厚白色灰泥。

3）墙面灰塑贴图及描画：取出灰塑三维施工模拟图及灰塑施工造型贴图，测量相应的制作部位，把贴图按三维模拟图位置一一粘贴在墙面上，同时用铅笔把图案描画在白色灰泥墙面上，完成墙面造型的图案施工。

4）骨架安装：在描绘的灰塑图案墙面上沿着灰塑图案走向，参考三维图案，按图案高低层次，依次用 3~5 mm 的合金钉子把碳纤维主骨 V 形或 L 形固定 支架码固定在向墙面上。固定支架码固定完成后，根据图案高低层次，把碳纤维主骨扣压在固定支架码，然后根据图案转向，分别把碳纤维主骨固架的直接配件或弧形配件与下一级主骨固架用胶水粘接，完成主管架安装。

主管架安装完毕后，因灰塑图案表层有高低错落差，为了塑形及使草筋灰能更好铺筑在塑料龙骨架上，需根据图案造型的高低，选用不同的挂翼支架，把挂翼支架扣在灰塑图案碳纤维塑料主骨，完成整体造型骨架安装。

5）包灰：骨架制作完成后，以草筋灰往骨架上包灰，包灰每次不超过 30 mm 厚，待第一次包灰完成，间隔 1 d 后，将前次的草筋灰压实，方可进行第二次包灰。批底工序依此类推，层层包裹，直至灰塑的雏形完成。

6）铺纸筋灰：草筋完成灰批底后 1 d，进行铺加纸筋灰（塑形）。

7）铺底色：以颜料与纸筋灰混合拌匀，在定型的灰塑上铺加一层色灰面。

8）上彩：上彩顺序由浅到深，颜色逐步叠加，为使颜料被草筋灰完全吸收，最后仍要使灰塑在合适的湿度下包裹养护 2 d，才进行灰塑开封。

3.4.2 墙面灰塑细部修整

墙面灰塑修缮完成，需对灰塑造型进行细部的调整，如细部上色调整、勾缝和补灰色，确保历史建筑外墙整体美观。

3.4.3 清洁及验收

墙面整体修缮完成后，需及时把屋面、窗户及地面的砂石、灰料、尘土和装饰垃圾清理干净，同时做好成品的保护。

4 结束语

（1）创新研发 V 形、L 形、固定支架码、挂翼固定支架和连接件等可调碳素纤维灰塑骨架构件，解决了传统金属骨架制作成型时间长、易腐蚀等难题，有效增强了灰塑的稳定性和耐久性。

（2）采用三维扫描技术和红外成像技术，解决了岭南历史建筑灰塑构件数据采集及破损程度分析难题，实现了快速无接触数字化勘测、数字化辅助精准修缮。

（3）采用传统灰塑工艺技术，最大程度减少原结构损伤，满足修旧如旧、建新如故的微改造新理念，实现了岭南历史建筑活化利用。