古建筑保护中的科技问题

古建筑是用传统材料、传统工艺、传统结构营造的，也是用传统技术使之延续至今。那么在今天的文物建筑保护工作中引进现代科技是否正确，是否必要，引进中应该解决哪些问题，是我们必须要明确的。下面结合故宫保护工程实践，谈一下我的看法。 一、利用现代科技，全面、深入、确切地认知文物建筑
《中华人民共和国文物保护法》第二十二条规定，“对不可移动文物进行修缮、保养、迁移，必须遵守不改变文物原状的原则。”这是故宫大修工程遵循的根本原则。前辈文物保护专家把这个原则具体化为“原型制、原结构、原材料、原工艺技术”。那么，故宫古建筑群和故宫的每一栋建筑的原状到底如何，就是我们为贯彻《文物保护法》必须解决的第一个问题。
1、认知和记录建筑的原型制
按照不可移动文物保护工作常规，在进行古建筑维修之前，必须进行现状勘查和勘测。在20世纪30年代，梁思成先生等老一辈学者只能用最基本的手工工具进行徒手测绘。 80多年来，尤其是进入信息化时代以来，人们创造了数不清的新技术，就测绘行业说，三维激光扫描技术是突出的一项。故宫博物院与北京建筑工程学院合作进行研究，随着工程进展，对故宫每一栋单体建筑进行扫描，记录下建筑内外型制的原状。扫描结果与徒手测绘相比，精确度提高了，一些复杂的数值得到表现，比如屋脊的曲线形态，正脊生起，屋角的起翘，一些仅凭肉眼难以发现的细节也得到记录。而且在电子图上可以直接读取有关数据，比如梁、檩、枋等建筑构件的长、宽、高，它们的下垂、倾斜、扭曲、歪闪等等。如果在修缮前后都进行一次扫描，还可以直观地发现我们是否真正做到了未改变文物的原型制，文物建筑的问题是否得到了纠正，起到监测作用。
故宫博物院资料信息中心和古建部合作进行了利用数字摄影技术记录故宫内外檐彩画的试验。目标是准确记录彩画的现状，重点解决的难题是在影像中消除镜面变形的影响，并做到色彩的真实与多次拍摄影像的色彩一致，以及与标准色标的对照等色彩管理问题。拍摄所得到的数字化影像信息利用计算机进行存储和管理，进入故宫古建筑彩画信息库。需要复制彩画时可以按照1??1的比例进行打印，直接用做画谱。
2、记录和认知建筑的原材料
故宫建筑绝大多数是木结构，所使用木材的树种及其物理力学性质关系着建筑安全，也反映着古代工匠的科技水平和当时一些社会现象。故宫博物院与中国林业科学院木材研究所合作对武英殿古建筑大木结构用材进行了树种鉴定及树种配置的模式课题研究。以往对于古建筑木构件的树种鉴定，都是由工匠凭经验进行。树种名、实也是由工匠口耳相传流传至今。在历史档案记载中也常有一些讲法，如“老黄松木”、“金丝楠”、“铜铁糙”等，树种定名与现代分类学不对应。课题通过木材显微解剖等现代鉴定方法，对武英殿大木结构用材树种给以符合现代分类学的名称。经过现代的树种鉴定，“老黄松”学名应是油松；“金丝楠”目前已发现是桢楠和润楠两个树种；“铜铁糙”应是檀木属的不同的树种。使树种的古代名称与现代名称相对应，有利于我们利用现代研究成果更准确地了解木材的性能。
文物的价值在于它饱含历史、科学、艺术价值。武英殿结构用材的鉴定和研究，使我们对于古代匠师所对木材性质掌握和运用的能力有了具体的认识，使我们可以实实在在地认识他们在当时社会条件下所达到的水平，从而对我国古建筑营造的科学水平做出评估。对武英殿建筑群在不同历史时期建造的古建筑结构用材的研究，可以印证古代档案的记载，客观地反映历史社会情况的演变。将来研究推广到整座故宫以后，木材树种的变化的规律会更清晰，会对中国明清两代匠师对宫殿建筑所用木材的认识、掌握的历史过程提供轨迹，也很可能为故宫档案里记载不充分的那些建筑的年代鉴定提供有价值的旁证。
今年对太和殿实施揭露检查工程的时候，并没有发现大家所熟知的锡被，而在东西坡屋顶的苫背层之下望板之上发现一层浅黄色的物质，很坚硬，与望板结合很紧密。大家判断它与太和殿望板300年不朽有直接关系。但这是什么，被请教的老工匠也没有确凿的答案。我们与山西省的同志分别对标本进行了分析，并根据文献记载、工匠经验做了多种配方的试块与标本进行对照。故宫的分析方法是用X射线衍射仪和傅立叶红外光谱分析仪分析其中的有机和无机成分。最终我们采取了将化验结果和传统配方相验证的思路，拟定了“净油满”配方，经过小面积试验，效果比较理想，外观也与原物相似。
类似的工作，我们还与意大利文化遗产部、陕西西安文物保护中心合作，对老彩画的颜料进行了成分和产地的分析。
3、认知和再现传统工艺技术，对古建筑传统工艺技术进行记录、传承
古建筑传统工艺技术是中国的一种“手艺”，要准确地掌握需要师徒传授的链条，也需要徒弟有一定素质，心灵手巧。确实包涵一些难以言传的内容。中国古建筑常讲的八大工种，每种都有基本要求和一些特殊技巧。故宫还保存了一批价值极高的清代内装修作品。比如倦勤斋的通景画、竹黄雕刻、竹丝镶嵌等等，汇集了欧洲和中国、中国南方和北方的艺术和工艺。在修复这些内装修过程中，我们注意记录其中所反映的历史信息，同时详细记录修复过程。这项工作刚刚开始，在这里提到是希望引起重视。
二、利用现代科技保护文物建筑
《威尼斯宪章》修复章第10条：“当传统技术不能解决问题时，可以利用任何现代的结构和保护技术来加固文物建筑。但这种技术应有充分的科学根据，并经实验证明其有效。”（采用陈志华翻译本）《中国文物古迹保护准则》第22条：“按照保护要求使用保护技术。独特的传统工艺技术必须保留。所有的新材料和新工艺都必须经过前期试验和研究，证明是有效的，对文物古迹是无害的，才可以使用。”对《威尼斯宪章》有所发展。故宫保护工作的实践说明这两条规定是准确的。在故宫这样一个有将近600年历史的古建筑群里，在中国这样一个有着几千年木结构建筑发展史的国家，对建筑的建造、保养维护更新、早就形成了完整的经验和管理制度，成功地保证和延长了建筑的使用价值，维持了建筑应有的外貌和景观的美学特征，而且成为一种非物质的文化遗产。唯独这些经验的着眼点首先在于保障建筑的使用，在于通过建筑表现制度，一座不能再使用或者观念失宜的建筑就失去了存在的理由。这与当代不可移动文物保护的目标存在巨大差异。而且对于石质文物风化、彩画老化等问题，除了及时更新之外，没有更好的解决办法。而这些恰恰是现代文物保护最多着眼的地方。
故宫古建筑是用多种自然的和人工制造的建筑材料营造的，各种材料在岁月中的退化过程和呈现的面貌有极大的差异，同类材料处于室内、室外不同的位置其老化过程和寿命就不相同，而不同类别材料即使在相同的外界环境下其保存状况也极不同。因此只能针每一种材料或者作品，针对不同环境分类研究。我们与意大利文化遗产部合作进行的太和殿科技保护项目、与美国建筑文物基金会合作进行的倦勤斋保护项目，都使我们对建筑文物科技保护取得更深入的认识。
1、应该制定针对每一类保护对象的保护程序
故宫已经做了石质文物、彩画、内装修的不同工艺等等的保护。所遵循的程序是：首先，分别保护对象的门类，研究提出现状记录标准。作为现状记录有一个总的要求，按照要求，把要调查记录的对象用实测图和照片完整地表现出来。然后把勘察所得文物的各类病害进行分类，逐类设计图标，标注在图纸上。最终文件是图文并茂的，有几类病害、到什么程度、占多大面积、一目了然。其次，根据勘察结果，进行病害机理研究。必要时进行取样，分析其材料成分、病害物质成分及其侵入文物的状况。再次，针对保护要求，试验、筛选保护材料，制定保护实施工艺。最后，小范围试验，验证试验结果，完成保护方案。
2、从科学试验到实施的过程要十分慎重
前引《威尼斯宪章》和《准则》对现代科技的应用都是有条件的，这些条件是进行此类工作的前提。在故宫的项目中，我们坚持以下几个原则：第一，所有的化学试剂都必须是经过长期试验的，在别的地方或者其他项目中认定是无害、可逆而有效的。第二，化学试剂对文物的影响是有强度区别的，在试验和筛选时必须首选强度低的，无效时再逐渐加大强度。化学试剂的浓度也要进行类似的控制。第三，应该预先确定保护的效果。试验中做几组不同干预程度的样本，研究确定一组作为预期样本，按照这个样本实施保护。第四，必须先进行小范围的试验。第五，必须制订方案的实施工艺要求，各工序的顺序，化学试剂的浓度和次数，最佳实施条件等等，都要得到重视。
3、对古建筑的安全防灾设施进行研究
我们已经认识到，对古建筑的环境进行监测和控制是古建筑保护的一个根本条件，涉及到宏观环境的改善。而对于故宫博物院这样的开放单位，应该进行旅游承载量的研究。
还有古建筑的安全防灾设施，现在普遍解决了防雷问题。而火灾的预防只能做到超早预报。近年北方也出现了白蚁问题。所有这些，都是现代科技的用武之地。
三、解决好传统工艺技术与现代科技的结合问题
通过现代科技更全面、深入、确切地认知古建筑，利用现代科技解决传统技术难以解决的问题，故宫维修保护工程采用现代科技是完全必要的，应该是我们领域的一种创新。
1、运用更准确的认知成果精密地保护文物
相对于传统技术，现代科技手段在文物保护方面有特殊优势。由于对保护对象更准确地认知，采取的保护措施就可以更有针对性，技术措施更科学。如大木结构用材树种的鉴定研究，为制定维修保护方案提供了科学依据。尤其是当大木构件需要进行加固甚至需要更换的时候，一定要选取同样的木材。但是故宫早期建筑所使用的材料树种现在已经很难得到，特别是楠木和檀木，只能依靠进口。如果大木构件需要保护甚至更换，就一定要选择性质相近的木料，而不是片面追求力学性质最强的木材。以免发生改变文物原状、改变结构受力平衡而发生文物损坏的事情。再如太和殿保护工程，对于大木结构加固、外檐彩画复原、屋顶维修等项目采用的传统修缮技术手段。而对于三台石质文物、内檐彩画、宝座屏风和内墙面的保护采用现代科技。这样分门别类选择适用的手段，可以达到既祛病延年，又最大限度地保存了建筑外表面材料、从而保存更多的文物价值的目的。
现代科技对古建筑材料的认知，使我们可以提出按照古代质量标准，复制古建筑材料的生产标准。我们已经进行的是故宫旧琉璃瓦回炉挂釉的试验和生产。旧琉璃瓦回炉挂釉不是我们的发明，而是清代档案记载的办法，但是没有找到工艺记载。我们通过研究，制定了生产标准，重新挂釉的瓦已经回到原来建筑的屋顶上。还有目前大部分古建筑保护工地，只能按照现代定额和物价，在现代建筑材料市场上购买建筑材料，比如青砖，一般难以达到古建筑材料应有质量标准，古建筑保护工程得不到材料的质量保证。老一辈专家对此忧心忡忡。我们准备按照故宫建筑要求，做一次复制古建筑材料的试验。
2、解决好传统工艺技术与现代科技的结合问题
现代科技手段虽然有上述优势，但是却不能代替传统技术，甚至不应该设想去改造它，就是《准则》所说，它也是要保留的。应该做到两者之间有机的结合，你中有我，我中有你，各展所长，各有侧重。要在中国传统的古建筑“维修”概念中，强化不可移动文物保护的观念。如何发掘、继承传统工艺技术的遗产，使之成为文物保护的手段，老一辈文物保护工作者已经进行了几十年的实践，作了一些理论总结。比如明清皇宫按时进行岁修保养，屋顶按季节除草清垄，及时清理雨水沟（淘沟），补抹灰皮等等，都是当时维护建筑完好的技术，今天也同样是保护文物建筑的有效手段，而且是“最少干预”的手段，因此被归纳为《中国文物古迹保护准则》的一条基本原则。但是如果不分保护对象的保存情况，只用传统的油漆彩画技术、石质文物复制技术等去更新，就可能变为文物保护中的消极因素。同时，现代科技手段也不是可以代替一切，应该及时掌握国际同行业的新动态，积极探索，丰富保护手段。
3 、运用数字化技术手段，整理历史档案，记录保护维修过程
最后，现代科技是与时俱进的，它帮助我们在文物保护事业中更好地承上启下。从大修工程开始，故宫博物院就与中国第一历史档案馆合作，整理其中的故宫建筑档案，编目、拍摄，用计算机进行数据管理。
中国木结构古建筑是相对脆弱的，延续千年的建筑屈指可数。故宫中明代建筑也已经不多，清代建筑大多数也是经过维修才保存至今。因此历史上的维修更新是故宫建筑历史的一部分。我们现代的保护，同样是这组珍贵的世界文化遗产历史的组成部分。《中华人民共和国文物保护法》对文物保护单位管理的一条基本要求是制定“四有档案”。维修工程为我们补充和丰富四有档案的内容提供了可能。我的一位同事说，我们通过档案，知道600年前古人做了什么，我们应该通过记录，让600年后的人知道我们做了什么。故宫已经建立了古建筑数据库，而且随着大修工程进展不断丰富。