文化遗产保护中低碳、环保技术的运用与实践——成都武侯祠2009年孔明殿维修中的低碳、环保尝试

付祺

（成都武侯祠博物馆，四川 成都 610041）

文化遗产保护中低碳、环保技术的运用与实践
——成都武侯祠2009年孔明殿维修中的低碳、环保尝试

付祺

（成都武侯祠博物馆，四川 成都 610041）

近年来，文化遗产保护成为社会各界关注的热点；低碳、环保理念也逐渐深入人们的生产、生活。这两个领域有着共同的目标：保护过去遗留或现有的文化、物质资源，优化人类的生存环境。由于文化遗产保护具有不可改变原状的原则，因此现有许多低碳、环保的技术和材料往往无法在该文化遗产保护中发挥作用，国家也缺少相关的法律和规范。本文就成都武侯祠孔明殿维修中低碳、环保施工的尝试，为文化遗产保护实现低碳、环保提供参考。

文化遗产保护；孔明殿；低碳；环保

2008年四川遭受“5.12”特大地震灾害，成都武侯祠（以下简称“武侯祠”）在此次灾害中受到严重损坏。地震发生后，国家文物局迅速组织专家对武侯祠的受灾情况进行了调查、评估，并委派北京清华城市规划研究院文化遗产保护研究所（文物保护甲级设计资质）制定了灾后保护维修方案，同年11月该方案获得四川省文物管理局批准。

（获得批准的《成都武侯祠四川地震灾后抢救保护工程抢险修缮方案》）

2009年，武侯祠受损最严重的孔明殿院落文物维修项目正式动工。该工程从开工到主体建筑竣工验收，历时6个月。工程进行期间，国家文物局的领导和专家4次亲临现场指导工作，文化遗产保护理念贯彻始终，受到社会各界的好评。

我国文物保护法明确规定，对不可移动文物的保护修缮，必须严格按照“原工艺”和“原材料”实施。“原工艺”是指施工流程、材料加工、安装方式等按照建造文物时的做法、工艺；“原材料”是指文物修复、修补时使用的材料，应与原构件相同产地、相同属性和同等质量，以尽可能保留文化遗产的文物价值和历史信息。因此一般的文物保护工程，在结构安全和干预最小化的前提下，首先考虑如何尽量按照原工艺、原材料施工，至于消耗的能源和自然资源成本如何节约，则难以兼顾。由于不同文物的特点和造型不同，导致修护文物所需的构件、材料无法批量生产，只能定制，这样，容易造成材料和能源的浪费，有时为了保证一些重要文物的真实性，不得不申请特批砍伐珍贵树种作为构件原材料。有人认为文物保护本身就是一件不需要考虑代价的事情，经济的投入都无法得到回报，更何况一些资源浪费。

其实不然，此次孔明殿维修在坚持文化遗产保护原则的基础上，从开工之初就有针对性地强化低碳、环保理念，凝聚各方智慧，开拓创新，通过合理利用资源、引入新技术，降低能耗，增加建筑材料的重复利用，实现了低碳、环保。

一 防护顶棚下的自然采光

孔明殿是武侯祠的核心文物建筑，西连廊又是游览的主要通道，为满足游览需要，只能进行开放性施工，施工同时还要兼顾游览的方便与游客安全尤其需要提供充足的展示光源。这在以往的文物保护工程中极为少见，也给施工增加了很大难度。按照一般方法，为了保证游客的安全，会在施工区域上方搭设防护架，与屋顶完全隔离；屋顶上方再搭设防护顶棚遮风避雨。但是这样一来，自然光就会被顶棚拼接材料薄钢板遮挡。为了确保屋面拆除的安全性以及恢复制作的精确性，通常会在施工区域增加大功率照明设施，然而，大功率的照明势必会造成能源的浪费，以孔明殿为例，孔明殿面积670㎡，按照每30㎡安装100瓦白炽灯计算，应安装23盏白炽灯，每日预计耗电约18.5度。屋面施工历时近5个月，预计照明耗电量为2700余度。

（在支顶自然取光下进行施工）

为了节约能耗，降低施工成本，本次施工将防护顶棚安装进行了改良。以往，薄钢板是完全拼接后再钉死在龙骨（木条）上，形成类似屋面的整体。本工程中我们将薄钢板改为交错固定：即把防护棚顶部基数行的薄钢板完全固定，偶数行的薄钢板上部固定于圆柱形龙骨上，下部搭接在下面一行的薄钢板之上。如此一来，偶数行的薄钢板就像一扇扇窗户，可以随时支撑敞开，达到自然取光的目的。孔明殿屋面维修多在冬季施工，风力弱、雨量少，对活动薄钢板影响很小；施工时段撑开后，基本可以满足施工要求；收工则将支撑取下。整个屋面施工中，除中脊安装使用了5盏白炽灯外，其余部位均未安装照明，节约照明能耗近78%。

二 瓦件规格的合理选用

孔明殿瓦顶结构分为三层：底层为望瓦拼接、中间为沟瓦搭接、上层为筒瓦裹垄。由于历史上曾多次对孔明殿屋面进行过维修，致使各类瓦件的规格不完全统一，其中沟瓦厚度分为1.0cm和1.2cm两种。经现场取样测量，厚度为1.0cm的沟瓦与武侯祠其它部分文物建筑沟瓦的规格基本相同，一般称为小青瓦；厚度为1.2cm的沟瓦与孔明殿望瓦规格基本相同，该规格瓦件由于无法使用机器制作，市场上一般称为手工瓦，两种型号的沟瓦各约占50%。整个屋面需要沟瓦近40000块、望瓦近15000块；除去残损的瓦件，屋面可回收利用的小青瓦15000块、手工瓦25000块。如果将沟瓦全部恢复为小青瓦，则需要补充小青瓦25000块，沟瓦中的手工瓦填补望瓦缺损部分后，还剩余近10000块；如果将沟瓦全部恢复为手工瓦，则需要补充手工瓦30000块。

烧制瓦件的耗煤量是由瓦的厚度决定的，越厚的瓦越不容易烧透，耗时越长，耗煤量也越多。孔明殿单块小青瓦平均耗煤80g，手工瓦平均耗煤200g，两套方案的耗煤量分别为2000kg和6000kg。标煤每1000kg耗煤排放二氧化碳（CO2）、硫（S）、磷（P）等气体3300kg、产生热量7000千卡计算，恢复手工瓦比恢复小青瓦所排放的有害气体和热量多出6600kg和14000千卡。

经过三方分析并报设计方确认，工程最终选用小青瓦作为沟瓦规格。除减少有害气体和热量的排放外，手工瓦本身单价高出小青瓦5倍，在望瓦恢复后，剩余手工瓦均入库保存，以备日后临时修补之用。

三 防虫、防腐材料环保化

成都平原气候湿润，雨期频繁，非常适合白蚁和木腐菌滋生。武侯祠文物建筑多为木结构，长期受木腐菌和白蚁侵害，破环较为严重。近年来武侯祠委托专业防虫、防腐机构进行防治，取得了一定成效。但目前国内普遍采用的防虫、防腐材料对人体和环境有较大伤害，公共区域无法全面防治，只能头痛治头、脚痛治脚，采取局部喷杀的方式治理。等到建筑大修拆卸木构时才发现，许多隐蔽部位如椽子等已完全糟朽或虫蛀，只能更换新构件。

木构件防虫分为原材料防虫和虫蛀后杀虫。原材料防虫主要是将新的木构件用砒虫啉药水浸泡后外部刷桐油。该技术已被普遍采用。砒虫啉是一种烟碱类杀虫剂，化学分子式C9H10CIN502，主要成分为砒霜，含剧毒。桐油是由天然植物油桐种子提取的一种油脂，毒性较弱，主要功能是木构防腐，兼有一定防虫功效。

已经使用的老构件上如果发现白蚁，则使用砒虫啉进行喷杀。砒虫啉能够及时杀灭白蚁及虫卵，却容易挥发，经过砒虫啉处理过的木构件，防虫效果至多5年，所以经砒虫啉处理过的木构件还要刷上桐油来巩固防虫、治虫的效果。但是，桐油在自然条件下会逐渐变黑，局部出现起皮、脱落等现象，无法牢固地附着在已做油饰的老构件上。所以，在某些特殊的文物保护工程中，往往将老构件上的油饰人为地去除，再刷上桐油重做油饰，这样虽保留了传统工艺，却破坏了文物本体的原真性。

木构件的防腐，主要是针对新构件。目前，被广泛采用的技术是用CCA防腐溶液浸泡加压后刷桐油。CCA即铜铬砷防腐剂，含铬、砷元素，有剧毒，人体吸入CCA轻则引起腹泻、神经紊乱等症状，重则会因体液流失过多、脏器衰竭或心跳骤停导致死亡。所以，经过CCA处理的木构建筑，不仅会影响人体健康，也会破坏周围的生态环境。

（孔明殿木构白蚁蛀蚀样品）

（孔明殿木构糟朽样品）

孔明殿维修采取开放式施工，游客活动区域就在施工区域下方，涂刷或喷杀防虫、防腐材料，对游客和施工人员以及孔明殿东西两侧的景观水池都会造成影响。对此，武侯祠专门邀请中国文化遗产研究院前总工程师付清远研究员现场考察。通过对周围环境的勘查和病害现状分析，考虑到武侯祠开放性施工的特点，建议使用一种新型材料ACQ。

ACQ中文名叫“铜氨季胺盐10%稀释溶液”，深蓝色，无异味、对皮肤无刺激性，是近年来防虫、防腐材料中的生力军，已在香港、新加坡等发达国家和地区广泛使用，其特点为：1、无毒性，不含铬、砷等有害元素；2、化学成分稳定，不易挥发；3、用水稀释涂刷或喷洒后能够很快渗入木构里层，通过破坏木腐菌、白蚁生存环境，达到杀灭和防止效果；4、药效持续时间长，可持续30年以上；5、对周边环境无影响。ACQ的价格为普通防虫、防腐材料的3倍以上，目前在中国内地尚未得到推广。为慎重起见，武侯祠特地要求ACQ供应商委托广东省林科院森工所对ACQ进行检测，检测结果“符合中华人民共和国林业行业LY/T1635—2005标准”。

经多方商议，报设计方确认，最终ACQ被确定为本项目唯一专用防虫、防腐材料。同时，传统的刷桐油工艺被保留。

四 碳纤维加固在木构建筑上的运用

碳纤维材料加固用于孔明殿维修，是本次维修中一大亮点，它既是文化遗产保护工作中的一次大胆尝试，也充分体现了武侯祠博物馆坚持低碳、环保的决心。

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，用于混凝土结构加固修补的研究始于20世纪80年代美、日等发达国家，近年来在国内开始广泛使用。2008年国家标准化委员会通过了《结构加固修复用碳纤维片材》GB/T 20490-2008，明确该技术可在混凝土加固领域中使用，但在木结构加固领域尚未得到推广。

传统无斗拱木结构建筑通常用柱将上层荷载传递至下层梁架，横梁受持续的纵向拉力而出现下挠，建筑排架通过构件相互拉接，增大横梁抗挠能力并减少纵向受力，从而使建筑整体趋于稳定。当某些构件发生病害，排架受力出现变化，则易减小横梁抗挠能力、加大纵向受力；当受力超过横梁最大抗拉力时，横梁就发生纵向开裂。开裂横梁抗挠能力大大减小，导致建筑梁架严重受损。使用钢性材料对裂纹处箍紧或直接使用“工”字钢衬托横梁，往往由于钢材强度大于木材强度，造成其它构件受损，因此横梁纵向开裂，一般采取更换的方法。虽保证了文物建筑安全，但降低了建筑的文物价值，损害了文物本体的真实性、完整性，同时也造成木材资源的浪费。

（碳纤维材料中碳纤维布样品）

（缠绕碳纤维布前进行的处理）

（缠绕碳纤维布加工过程）

孔明殿脊檩为柏木材质，长710cm、直径23cm，承载孔明殿屋面中堆、中脊重量约720kg。由于地震影响，中檩接近中间部位出现纵向5.2cm、深度0.8cm的裂纹，根据现场受力实验分析，抗挠能力下降近40%，必须更换或采取加固。柏树生长极为缓慢，满足更换孔明殿中檩规格的柏树，生长期至少100年以上；若更换中檩，则需要前往原始森林定向砍伐。

调查工作当中，我们从四川省建筑科学研究院工程材料研究所了解到碳纤维材料加固技术： 1、碳纤维材料本身属于环保材料，使用后具有可逆性；2、碳纤维材料比同等截面钢材料抗拉强度高近10倍；3、碳纤维材料质地柔软，是同等体积的钢材料重量的1/4；4、碳纤维材料在酸、碱条件下不溶不胀。

这些特点不仅满足了中檩抗拉强加固要求，而且符合文物保护中“尽量保留原构件”、加固材料可逆且对文物本体不造成负面影响等条件。但是，碳纤维属于新技术材料，价格较高。目前市场上购买孔明殿中檩规格的材质费用为0.8万元；采用碳纤维对现有中檩进行抗拉强加固，则需要费用1.3万元。武侯祠博物馆对此专门进行了研究，本着保留原构件、尽量减少树木砍伐的原则，最终决定尝试使用碳纤维加固。

由于中檩位于建筑相对隐蔽部位，除建筑揭顶大修外，一般无法进行维修，因此确定此次碳纤维加固后的中檩，在正常情况下应当满足30年安全使用期。四川省建筑科学研究院为了做好该技术在木结构加固的实验，专门派专家配合武侯祠博物馆进行全程监测。工程步骤包括清洁被加固材料、防虫、防腐、防潮和防高温处理、缠绕碳纤维布并进行固定。

工程完工后，对中檩重新加上荷载720kg，中间部位下挠由加固前的7.1cm减少到4.2cm，基本恢复到未开裂抗挠状态。此次施工的资料和试验数据，为碳纤维加固技术应用于木结构文物建筑保护，减少木材使用，提供了新的技术支持。

工程具体实施中还有许多针对低碳、环保在管理和工艺中的运用，这里不再一一列出。文化遗产保护与低碳、环保应当是和谐的、共同发展的。文化遗产得到保护和延续，能够美化我们的生活环境，提高文化生活质量；而低碳、环保技术的不断革新，又为更好地保护文化遗产提供技术支持和环境条件。通过此次孔明殿维修，让我们看到了在文物保护领域仍可以通过优化管理、引进新技术实现低碳、环保的可能。由于古建筑存在地域性和多样性，相信通过无数文物保护工作者的努力，一定可以根据不同地理环境、气候和建筑结构，发现更多适合自身特点的低碳、环保技术。

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1004-342（2010）06-128-03

2010-08-13

付祺（1981—），男，成都武侯祠博物馆，助理馆员。