历史性建筑玻璃之保护修复概要

（北京建筑大学，北京 100044）

玻璃是一种复杂的人造非晶体，其主要原料为细砂或燧石(二氧化硅)，碱性助熔剂(如苏打)和其他成分如石灰、碎玻璃等；配料熔合后退火成型，降低施加在玻璃上的应力并完全冷却后，就可以进行板材切割了[1]。人类对玻璃的使用可以追溯到3 000多年前，腓尼基人在贝鲁斯河沙滩上用几块“天然苏打”支起大锅做饭，沙滩上的石英砂与苏打加热后反应生成晶体物质，这是关于人造玻璃的最早传说。约4世纪，罗马人把玻璃应用在门窗上；1688年，出现了制作大块玻璃的工艺，玻璃成为普通物品。到18世纪，为研制望远镜，制出光学玻璃。1874年，比利时研制出平板玻璃。随着科学技术的发展，各种性能和用途的玻璃相继问世，已成为日常生产生活和科学领域的重要材料（图1）。

历史建筑的玻璃受限于当时的制造技术和建筑结构形式，主要作为装饰应用于建筑窗户，具体做法是使用橡树框架，用钉将玻璃固定在框架上，再将框架嵌入石工建筑中。后随着生铁结构的出现，玻璃材料摆脱了传统建筑中“窗洞”的束缚，开始展现出前所未有的表现力。如：中世纪的玻璃面板——铁构架几何对称地将玻璃固定在嵌板中（图2、图3）[2]。

图1 16世纪欧洲国家在利用高温炉烧制玻璃（来源：http://image.baidu.com）

图2 历史建筑玻璃图案线图（来源：http://image.baidu.com）

图3 历史建筑玻璃图案（来源：作者自摄）

砂浆、金属起到固定玻璃装配作用，如果玻璃太硬或安放不当，会破坏周边石料、金属的颜色，损害建筑外观。保护专家需和石匠或铁匠密切合作，才能很好地保留或恢复窗台铰链把手的装饰特色。对历史建筑的玻璃的保护需要设计者和工人了解玻璃的复杂属性，掌握玻璃与窗户，乃至建筑的结合方式和玻璃与所处环境的相互关系等诸多因素。

1 历史建筑玻璃保护的原则

历史建筑的玻璃保护应遵循真实性原则，保护过程的每一项步骤都应尊重原有玻璃、固定嵌条、固定工具和周边石工材料的特性等，尽可能还原玻璃本体原貌，具体的保护原则有以下3条。

(1)最小干预原则（minimum intervention）。保证措施不应对玻璃本体产生太大影响。在修复中不鼓励对历史建筑玻璃进行重新排列，因为玻璃的排列方式是其历史信息的一部分。只有内外环境没有明显差异时，才可以考虑进行重新排列。如果没有足够的背景文献，不要贸然重构玻璃表面的图像或纹章。此外，修复过程中要和图像学、玻璃保护专家密切合作。原样保存是当前保护实践的首要原则，任何违背该原则的做法都要经过充分地论证、证明和记录。

(2)完整记录原则（full recording）。完整记录玻璃保护过程，不仅要在保护工作开展前，还包括每一道保护工艺的细节。工作前记录的主要是针对玻璃内外表面的退化程度与范围，除了文字记录，还要对其内外表面进行拍照，并借助微距镜头拍摄细节，以补充视力观察的不足。每一个古建保护工作者必须了解此前的工作及其背景，未来的保护工作也必须了解保护本体已经进行的处理。只有仔细研究前人的做法，才能对保护工艺进行合理的修正与发展。

(3)技术可逆原则（echniques reversibility）。玻璃保护的任何一项措施都应是可逆的。在该原则指导下，可取消某些伤害玻璃本体的“保护”措施，如化学涂层的应用、玻璃图案的重新绘制等。尽管如此，当前对剥落油画的处理，还没有相应的可逆技术。

最小干预、完整记录和技术可逆是玻璃修复必须遵循的基本规则，此外还应与有经验的专家或组织不断交流，以避免不必要的失误。共享工作经验和知识是文保工作的重要部分，学习前人经验在玻璃的保护中尤为重要。

2 玻璃的劣化分析及其修复技术

由于玻璃脆弱易碎，保护之前须进行监测评估（图4）；任何细微变化都应被观察、记录，并向文物或玻璃保护工作者报告，以便他们判定是否需要更细致的检测。若玻璃出现劣化问题，应快速、准确地进行修补保护。以下是玻璃面板的几种常见劣化问题及相应的修复措施（图5）[3]。

图4 历史建筑玻璃监测评估图（来源：作者根据Bill Martin and Chris Wood, English Heritage, Practical Building Conservation, Ashgate 2011图片整理）

图5 历史建筑玻璃劣化分析实例(来源：作者根据Bill Martin and Chris Wood, English Heritage, Practical Building Conservation, Ashgate 2011图片整理）

(1)玻璃面板凸起或屈曲。玻璃面板凸起或屈曲的原因有：铅棂条老化，不能有效地束缚或支撑玻璃面板；面板尺寸过大；周围环境剧烈震动；玻璃面板安置过于紧密，没有足够的伸缩空间；支撑系统的滑动等。

在保护的过程中，应在建筑师的指导下，准确识别玻璃面板屈曲的原因。若嵌条完全老化，应拆除，重装玻璃。拆卸前，要简单打磨，然后进行拆卸分解；同时，对玻璃板进行编号，以便后续可按原方式和位置重新装配。替换的玻璃应与原尺寸、编号保持一致。在最后还原阶段，要明确移动、修复和替换所有细节。而畸形玻璃面板可以慢慢压平，在外力的支撑下实现均衡。同时，修复人员也应认识到，作为玻璃面板的支撑构件——铅棂条也是古代建筑的重要组成部分，应加以保护。在拆除玻璃之前，应对每块玻璃上的铅棂条进行打磨，为后期嵌条的重新组装提供重要参考。此外，应详细检测铅棂条，发掘其建造的历史性信息、历史上维修和重装的信息。所有的铅棂条最终都会因为时间久远而弱化衰退，玻璃生命周期内每隔一定时间需更换铅棂条。

(2)绘画、彩饰脱落。绘画、彩饰脱落，可能是玻璃制造时作为还原剂的硼砂欠火，使得颜料不充分融合，彩饰无法在玻璃上有效附着；也可能是环境侵蚀或剧烈清洗，导致彩饰脱落，具体脱落原因应由玻璃保护专家鉴定[4]。

修复过程首先应在投射光和表面光条件下，使用彩色和黑白照片记录玻璃表面。处理绘画缺失的可逆措施有两种：冷漆法和背板加固法。

冷漆法（聚合物、丙烯酸树脂、水性或油性颜料）:修护前需检测表面伸缩引起的微裂、起皱、开裂和剥落，在已确定的地方采用可逆性水溶颜料填补缺失部位，或补充原设计。因为冷漆颜料的水溶性和不稳定性，它只能在理想条件，即温度恒定、没有冷凝的情况采用；该技术缺点是无法在历史玻璃的现场修复中采用。

背板加固法：将缺失部分被复制到现代薄玻璃上，薄玻璃随后被精确附加在原玻璃内表面。实施注意事项：玻璃在重新装配时，要完整密封，避免冷凝。背板标记、写明日期，以便将来修复。玻璃底板修复前后应进行照相记录。该技术的优点：背板加固措施是可逆的，如果技术熟练，还可对玻璃进行现场保护。

此外，还可以使用等温玻璃解决彩饰脱落问题：这种做法可以保证冷凝、极端天气、气候变化等条件下不会对玻璃产生伤害。

(3)表面有机生长。年代久远的玻璃表面会积存风化产物，或滞留大量有机物，使得地衣、藻类、菌类滋生，损害图饰效果。此时应在不损伤表面图饰的前提下，采用专业操作清洗。下面列举了几种比较恰当的清洗历史性建筑玻璃的方法。

水清洗:水是最简单也是最基本的清洗药剂。相比于自来水，蒸馏或去离子水效果更好，不宜采用硬水。就地清洗或是在工作室中清理玻璃灰尘或鸟粪时，都应该在柔软的衣物或刷子上喷上水，这是确定腐蚀物腐蚀深度的首要步骤，也是决定采取何种措施，清理附着力较强的灰尘或腐蚀物。操作时不建议使用高压水枪或蒸汽清洗。表面彩饰出现剥落或玻璃有裂纹、缝隙时，不能采用浸泡或表面饱和的清理方法。

化学试剂:化学试剂如硬水软化剂、乙二胺四乙酸等已经被文物保护工作者成功地运用于玻璃灰尘和腐蚀物的清理之中，且未造成任何二次损伤。这种方式可以在文物原地或文物保护工作室使用，推荐对每块玻璃单独处理，这样每块玻璃的清洗程度很容易掌握。当要求的清洗程度达到以后，用清水将玻璃表面的溶液清洗干净。这里不推荐对整块玻璃同时进行浸泡处理，因为不同玻璃进行清洗的程度差别很大。

超声波清洗:超声波在很多工作室中经常应用，但只有熟练的工人能够掌握。玻璃在其中浸没的时间有着严格限制，绝不能超过6 min。进行超声波清洗之前，文物保护工作者需要明了清洗溶液的化学成分，并保证溶液中不能含有未知的化学成分。

玻璃纤维刷子:借助于显微镜或放大镜，成为熟练操作人员手中最轻柔、最有效和最容易掌握的技术，特别适合于文物的原处处理。这种方法特别推荐应用于玻璃图画或彩饰表面有污渍的情况。

牙钻和除垢机:牙钻和除垢机借助于显微镜和放大镜，成为熟练操作人员手中的有效工具。尽管操作起来略显枯燥，但在污渍去除方面却十分有效。

激光束:激光束是一种新型工具，目前已在腐蚀物去除中有了成功运用，但价格昂贵，而且操作人员需要长期的训练。

喷砂打磨笔:喷砂打磨笔多用来清理玻璃表面附着力强的腐蚀物。应用很多方法控制空气气压、清理时间、清理的角度和距离，研磨材料的组成和尺寸要慎重选择，且自始至终要谨慎操作。

机械研磨:机械研磨是最后的手段，只在表面没有绘画、彩饰或着色的玻璃上采用。该技术不推荐采用，主要是因为很难确定坚硬的附着物下面是否有彩饰，而这种方法完全磨去了玻璃的表面，会把所有的痕迹完全消除，而且研磨会降低玻璃的厚度，影响有色玻璃的亮度；完全平整的镜面也失去了往日的闪烁和变化，需要借助酸洗来恢复。

(4)玻璃开裂。玻璃表面张力达到极限而崩溃时，表面水晶会产生各种形式的开裂，可能因直接暴露在高温下，或设备间接加热而引起的。

在开裂玻璃修护中，文保工作者倾向于物理措施，而不是化学黏合。这里可以使用薄修补铅、插入嵌条或使用铜箔等。其具体措施列举如下。

使用薄修补铅：薄修补铅是应急措施，也可以焊接在玻璃表面，多用于破碎或裂纹玻璃的现场处理，为本体提供结构支撑，但作为结构它寿命有限，需定期更换。

插入棂条：用棂条作为嵌板的主要部分。该方法在重新装配玻璃时，需用烙铁烫平玻璃边缘，为插入的棂条提供空间。这道工序会损伤原设计，因此要在结构支撑和设计美学上仔细权衡。

使用铜箔：这是一项需要经验技巧的干预措施，可能会在裂痕处留下明显的边线，影响玻璃的艺术效果，但相比上两种方法，其干预性更小。铜箔的化学胶合，同样需要技巧和经验，首先确保使用的胶水不会在阳光下褪色，不会对玻璃本体产生影响，修补失败时可以移走，目前使用效果比较好的胶水是硫化硅树脂（图6）。

图6 历史建筑玻璃的铜箔修复

在玻璃环境不易控制的条件下，专家们更建议采用外部支撑板，只是修复后裂缝处在特定角度会出现“闪光”，目前还没有更好的解决办法。过去的保护实践中有很多例子是因为胶带使用不当而对玻璃造成损伤，因此工人在使用胶带时，先要调研其使用效果，保证胶带不粘附在玻璃重要区域的内外面。

(5)不完整的玻璃。玻璃如果没有外部保护，很可能会因意外（如飞来的石子、树的枝干或强风）而破碎。发生破碎时，应做好玻璃碎片的收集，可能掉落的玻璃也要取走，如果时间允许，应记录下每片玻璃的原始位置。所有收集的碎片应交由专人统一记录、保管；破坏处要进行拍照、记录，并提供给玻璃保护人员分析，并要告知设计师；周边环境也要进行整治，裁剪掉可能扫到玻璃的灌木枝干，清除周围的堆积石块等；建筑上应安装保护性的玻璃或格网。

在此种情况下，玻璃修补通常采用完全置换的方式，置换之前应与专家协商，保证工匠尽可能还原其时代风格，原则上说这种方法是可逆的。对替换下来的玻璃还要进行记录和保护，登记新构件制作者的姓名和时间。

(6)渗水、冷凝。如果玻璃和铅棂条间的黏合剂退化，水分将通过两者间的缝隙渗入。玻璃边缘出现缝隙的原因很多，如灰浆或铅棂条的退化，铅棂条凸缘重叠不足，或玻璃破裂等，如找不到渗水原因，可以在构造设计上解决问题，必要时可以重装嵌条、全天候监测甚至重新粘结，多数情况由熟练的工人现场操作，但要把握好维修方法和力度。块状腻子、地方品牌填充剂等不应用来堵塞洞口，塑料或胶带不能用来黏合玻璃碎片。

冷凝指玻璃表面温度低于空气结露温度时，空气中水分凝结在玻璃表面的现象。冷凝的原因很多，如人们的呼吸增加了空气中水蒸汽含量、提升环境温度，通风不畅，室外空气温度的变化，建筑的方向和热能效果等。避免冷凝现象的措施，应改善通风条件，调整加热系统位置，但处置之前应与设计师商议。

3 机械破坏的防护

很多外部因素都有可能损坏老建筑的玻璃，作为建筑中最脆弱的一环，玻璃外部防护非常必要。当前针对玻璃的机械性破坏，主要有以下几项防护措施。

(1)钢丝护网。钢丝护网可以有效地阻止投射物的伤害，但是镀锌的护网一旦被切开，切口处的腐蚀作用将会迅速扩展（图7）。

图7 历史建筑玻璃的钢丝护网(来源：作者根据Bill Martin and Chris Wood, English Heritage, Practical Building Conservation, Ashgate 2011图片整理）

优点：玻璃完全暴露在外部风雨的清洗作用下，且造价低廉；可根据窗户开口或窗饰灯样式制作相应模板；可以拆卸下来清洗、重装或置换；不用调整原有基础设施。

缺点：不能使用铜丝和铁丝，因为这两种物质腐蚀生成的锈迹会玷污窗下的砌体结构，并且很难去除污渍着色；面对重型的投射物或枪弹，该类保护措施无能为力；易被扭曲变形；对于投射光线有一定的减弱，影响整个玻璃的设计效果；小鸟或昆虫有可能在玻璃和护网之间筑巢；需定期地维护更新。

(2)塑料薄膜保护。塑料开始在玻璃保护领域大量使用。目前，市场上主要有两种类型：丙烯酸树脂和聚碳酸酯。

优点：廉价易得；有更强的抵抗能力；对整个玻璃区域实施整体保护；可以把塑料和窗洞严丝合缝地契合起来；作为屏蔽通风形成气腔，提升整个建筑的保温性能；轻盈；灵活，可以适应多变的外部形式；聚碳酸酯板的水平尺寸可以根据支撑部分的尺寸细分，以获得一个更加适当的外部形态并减少扭曲反应。

缺点：易燃，所以塑料不能使用于文物破坏者易于接触到的历史性建筑玻璃的保护中；经过长时间的阳光暴晒和化学反应，塑料表面会出现微裂纹，外部呈奶油状，透明度也开始降低；丙烯酸树脂比聚碳酸酯更易受到刮削的伤害，同时两者表面都极易出现无法修复的变形和风蚀，而这些和表面裂纹的相互作用，会加速其透明度的丧失；表面刮痕处很容易积聚地衣、霉菌和污垢；塑料板需要定期移动以便清洗玻璃、清理蜘蛛网，或维护装配部件等；装配后会形成的封闭空间，环境条件的变化将导致对玻璃纤维、玻璃和玻璃嵌板的伤害；需要在顶部和底部设置风道，否则会形成冷凝，伤害玻璃和嵌条，同时也会滋生藻类和地衣；鸟类有可能利用塑料板的顶部栖息或筑巢，鸟粪也会腐蚀其表面；如果装配不恰当，塑料板可能会被风力移动，造成玻璃及其底座的损伤。

(3)玻璃板防护。金属格网强化玻璃自1898年出现，以后发展到天窗、屋顶和防火门的保护。玻璃板防护的优点是：外部更容易清理；相当于由双层密封玻璃，保温性能增加；内部视觉效果影响小；由于窗洞内部完全密封，除了定期清理以外，不需其他的维护措施；形成一个保护层，避免了对历史建筑玻璃的破坏。

但是玻璃板防护也有其缺点：不同程度地改变有色玻璃的外观，损伤整个建筑的艺术完整性；在安装过程中，需要切割玻璃凹槽或扩大窗洞，影响窗户原有形态；使得原玻璃或其配件更加难以移动、清洗和维护；玻璃本体的外部条件很难监测；装配时如果不采用棂条饰边来适应不同的温度变化，玻璃与砂浆或砌体间的热运动将导致渗水，继而形成冷凝，发霉以及两层玻璃板间的积水。

4 气压波动、极端温度下的防护

除了来自外力的机械性破坏，历史建筑玻璃还会遭受外部温度、大气条件变化或极端气候产生的危害。为了减小这些自然环境的不利影响，当前西方保护界主要采取单个玻璃护板、双层等温玻璃、外部保护性玻璃和化学涂层4类防护措施。

(1)护板。20世纪初，文物保护者曾使用平板玻璃作为护板，将护板胶合到玻璃本体中，以实现对玻璃的保护。但是在多数情况下，人们没有留下相应的修复记录。

优点：材料应用具有可逆性，对原有玻璃最小干预；当整块玻璃板的局部缺失时，可以在护板上绘制或烧制出缺失部分来恢复其整体的艺术效果；原有玻璃因腐蚀、晶体结构变化或厚度减少而导致亮度降低，玻璃护板将会恢复玻璃故有的属性；玻璃外表面黄色着色剂，很容易因为天气或化学清洗而受损伤；此类设计细节可以由一个有着同样尺度的护板替换，可以沿着内部保留图像细部，以保证图画的准确性；丢失的或损坏的护板可以用其他护板代替；所有相关的细节、设计、颜色等都应被明确地记录下来，文物保护者可以毫不费力地甄别。

缺点：因为中世纪的玻璃从来没有实现完全的平整，维护过程中往往要对玻璃本体切削以便安装，这对玻璃造成了较大的伤害；护板的大量使用增加了玻璃面板的整体重量，需要给玻璃提供额外的支撑；不恰当的护板、棂条或胶黏剂也会给玻璃本体带来伤害。一旦有了这种迹象，应立刻进行彻底地清除和替换。此外，胶布或胶水绝不能应用于有彩饰的玻璃表面。

(2)双层等温玻璃。1950年开始使用双层等温玻璃体系，将要保护的玻璃本体从原有的玻璃框架或玻璃槽中移走，装上切削仿制的现代玻璃。原玻璃在原位置内部的特制框架中重新安装，安装过程中要保证其和内部空间的空气流通顺畅。如果采用最小保护，那么应对玻璃采取维持现状的做法。装配后两块玻璃面板之间的距离决定着后来的通风量。

优点：如果建筑能够实现适当通风，被保护的玻璃已经离开了原先加速其劣化的外在环境，将不再遭受冷凝的影响，空气温湿度变化也会最小；该体系可以提升建筑的保温性能；可以检测玻璃两侧的环境条件，以便进一步地保护、清理和检测；对内部空间和视线干扰和外部立面的影响较小。

缺点：因为要在原玻璃内部重新树立一个支撑玻璃本体的骨架，双层等温玻璃保护是所有的玻璃的环境保护中造价最高的一种方式；双层等温玻璃的外立面无法抵挡来自外力的机械危害，还需要玻璃的外部保护措施；如果建筑通风不畅，玻璃表面还是会出现冷凝现象；如果后来安装的玻璃板不能充分按照原有设计分割，将会损害建筑的外立面效果。

(3)外部保护性玻璃。被保护的玻璃本体在原有的玻璃凹槽中，保护性的现代玻璃安装在它的外部。实施中两者之间的缝隙要保证良好通风。

优点：被保护的玻璃不需要另作一个特制的骨架，只要保持在原有的玻璃凹槽里；不存在被保护玻璃本体边缘的晕光问题；该措施相比双层等温玻璃更加便宜；玻璃本体不必再经受风雨的侵蚀；冷凝问题得到有效控制；内部空间尺寸和比例得以保留。

缺点：除非是铰接，否则每次对玻璃本体外表面进行监测和清理时都要移去外部玻璃；保护的玻璃本体还是要承受外部空气的侵蚀；玻璃本体同样需要经受室内外的极端温差。

(4)化学性涂层保护（chemical coatings）。化学性涂层能够起到很好的保护效果，上述措施的缺点都能克服，但是该技术是不可逆的，目前还处在实验阶段。在玻璃清洗，重新安装之前，需将合成涂层涂覆在每一个玻璃块表面，当前该工作费时费力，也异常昂贵。

5 结束语

在我国历史建筑保护中，对玻璃如何保护一直是被忽视的问题，主要问题是认识层面不够，相关技术也不成熟。西方国家百年来已经积累了丰富的实践经验，在历史建筑玻璃保护领域做过了大量的成功的案例，在保护原则、劣化分析、保护技术和防护措施等方面都有很多借鉴之处。我们应该充分认识到历史建筑中玻璃的重要价值，根据我国近现代优秀建筑的特点，借鉴国外的优秀经验，对历史建筑实施科学保护。

[1]MICHAEL W.建筑玻璃[M].李冠钦,译.北京:机械工业出版社,2003.

[2]MADELINE H.Caviness,stained glass before 1540[J].An Annotated Bibliography,1983,3:1.

[3]NICOLAJ A.Practical building conservation[M].Aldershot:Gower Technical Press,1988.

[4]VAVAR J R.Das glas und die jahrtausende[M].Czechoslovakia:Artia Prag,1954.