基于如龙桥的木拱廊桥施工工艺研究

吴明桦，沈玫吟

(1.浙江鑫直建筑有限公司,浙江 丽水 323800;2.浙江农林大学环境与资源学院，浙江 杭州 311300)

明朝柳祖康有云：“独飞溪谷千余载,风雨侵蚀永不朽。”一座座廊桥耸立于群山之间,犹如瑰宝,悄无声息却又如诗如画。其结构或由巨石凿砌为梁,或由木材编织成拱,横跨于群山峻岭,悬崖峭壁之上,或盘旋于细水潺潺之间,与山水融为一体,画面优美,壮丽。拱桥上建有廊屋,是人们祭祀、游览、行走的重要之地,山水与人文环境交相辉映。廊桥传承千年,是我们祖先所留下的宝贵遗产,而其中的木拱廊桥仅在我国存在,其造型新颖,工艺精湛,是我国桥梁建筑史上的奇迹,也为世界桥梁史的研究留下了宝贵的资料。

木拱廊桥利用榫卯结构连接,未用片钉寸铁,建造时使用材料的尺寸很小,但却通过独特的结构造型形成大跨结构,这就是木拱廊桥营造工艺的独一无二之处。在建筑学上又将这种编织成拱的结构称之为叠梁拱桥或贯木拱桥。因其外形似彩虹,而且受力比较独特,因此,也被称之为“虹桥”。除了结构造型新颖,其文化背景深厚,造型灵动,施工工艺别具一格,精致的程度远超其他桥梁,将我国古代建筑的美感发挥得淋漓尽致。木拱廊桥是历代手工艺人智慧的结晶,是一项很有价值的创造。从选材开始,到架拱,建廊屋,每道工序都极其讲究,都蕴含着独特的精湛工艺。下文就以全国迄今有确切记年、现存寿命最长的木拱廊桥——浙江省庆元县月山村的如龙桥为对象,分析木拱廊桥在选材、筑拱、廊屋建造和桥面铺设中的独特工艺,研究其在增强结构稳定性以及防风、防水的作用。

1 全国重点文物保护单位——如龙桥

如龙桥坐落于浙江省庆元县举水乡月山村,始建于何年还是个谜,现存建筑修建于明末(1625年),距今已有400年历史,是现存寿命最长的木拱廊桥,是浙闽两省仅存的一座明代木拱桥。2001年被国务院列为第五批国家级重点文物保护单位,也是全国廊桥中最早列入单体廊桥建筑中唯一的国宝。横跨举溪,走向呈南北向,与后山的古松林依稀相连,如同龙首下颌,故而被称之为如龙桥。

如龙桥全长28.2 m,净跨19.5 m,拱高6.8 m,面阔6 m,廊屋9间,拱的主体结构由数根大圆木纵横对接而成。桥北侧为钟楼,南侧为桥亭,集桥、亭、阁于一体,廊屋的中部采用如意斗拱,并层层叠加,宛如一朵盛开的莲花。其造型优美,技艺精湛。而顶部斗拱除作为建筑造型外,也起到了分解部分屋顶自重,加固廊屋的作用。见图1。

图1 如龙桥外观图

如龙桥结构复杂,工艺精湛,建筑风格秉承了宋代建筑之风骨, 是我国古代遗留下来的宝贵遗产,也为世界桥梁史画上了浓墨重彩的一笔。

2 木拱廊桥施工工艺

中国木拱廊桥的施工工艺是民间工匠在千百年的传承和实践中不断积累经验并不断完善的,在选用合适的构筑材料,构建稳定的木拱结构和处理重要节点等方面都有独特的、复杂的方法和工艺。

2.1 选材

确定选址后,选材变成为木拱廊桥建造的首要工序,合理的选材则是建造木拱廊桥的重要基础。对于木拱廊桥来说,几乎整座桥都由木头组成,每一个构件、无论大小全由木头制成,忽略廊屋顶部需要的瓦片,木头即是最重要的材料。没有一铆一钉,全靠大量的木材铆接而成的木拱桥,对于木材的选择是十分严格和考究的。

2.1.1 树种的选择

木料的选择特别讲究,拱架部分的大牛头和小牛头选择韧性好、硬度强的苦槠树为原料,其他构件则采用杉木,最好选择生长在山坡南侧向阳的老杉树为原料,这种杉木不容易腐烂,可以延长桥拱的使用寿命。据庆元廊桥博物馆对如龙桥的记载,整座如龙桥都是用将近百年的杉树搭建而成的。此外,在采访木拱廊桥营造技艺项目国家级传承人吴复勇老先生时,他说：“建木拱廊桥,最好的材料是油杉,有防腐功能,为保护梁柱不受风雨侵蚀,在桥造好后还应当用生桐油上漆。”杉树的树干纹理较直,质轻,结构细致,较耐腐蚀。而且油杉树高度可达到30 m,直径达到1 m以上,是制造拱桥的最佳选择。

2.1.2 木材选择原则

吴复勇老先生还说：“木拱廊桥的选材不止是仅考虑树种就够了,原材料的选择也是一个极其复杂和繁琐的工艺,每一根木头都需要精挑细选,在其直径、高度、年龄、含水率上都要有严格的标准和原则。其要求用于架拱的拱木直径为280～320 mm,高度需大于16 m,随着拱桥的跨度的增大,所需木材的高度越高,直径越大,木材的年龄需50～70年”。

含水率(MC)是指木材中水分的含量,以木材中水的质量与木材干重量比值的百分数表示。平衡含水率值将木材暴露于自然环境之中,使得含水率保持恒定,此时的含水率称之为平衡含水率(EMC)。若建造所需的木材含水率高于平衡含水率将会发生脱水收缩,反之会吸水膨胀。而不同地区木材的平均含水量也有所不同,例如,广州地区年平均含水量为15.1%,北京地区为11.4%。因此,含水量为11%的木材可以在北京地区使用,而在广州地区使用则会吸水膨胀。所以说,在木材的选择时,要根据当地的环境气候以及廊桥的用途来规定木材的含水率,过湿容易引起腐烂变形,过干也会引起龟裂松弛。而对于含水率精确的数字算法,民间艺人主要凭借长时间积累的经验,用手眼触摸观察来判断是否符合标准,后期采用露天晒干的方式予以加工使其达到合适的湿度范围。

2.2 架拱

木拱廊桥的核心即是木拱的构建,起拱架是木拱廊桥营造过程中,技术含量最高、施工难度最大、工序最为繁琐的环节,也是桥梁是否坚固耐用、外形美观的关键所在。这种独特的拱式结构与梁式结构相比,在受力上更为合理科学。荷载在组成拱的各个部分之间主要是通过纵轴线方向传递,拱主要承受来自纵向的压力,横向受弯现象可大大地减少。因此,即使较小的材料,拱结构也可以实现较大的跨度和负载,既轻盈又美观。

2.2.1 木拱的结构类型

著名桥梁专家唐寰澄先生在《中国木拱桥》中指出,中国古代木拱桥可以分为六种主要类型。第一种是人字形拱,或者叫人字撑、两节拱,这是最简单的木拱结构,由两组木头并排平行若干根,依宽度决定,倾斜依靠形成人字形拱架,其上可支撑一贯通桥面长梁,或者两短梁分别支撑在桥台和节点横梁上。第二种类型是八字形拱,又称八字撑、三节苗、三节拱,与贯通长梁的结合。八字形拱给予贯通长梁提供中央两点支撑,将两者融为一体形成连续梁,使原有的受力状态加以改善。同时由于贯通梁是稳定结构,也能对八字拱进行加固。该型较为常见,受贯通长梁长度限制,一般跨度较小。第三种类型是一组八字形拱与另一组人字形拱的组合结构。其中八字形拱为第一系统,人字形拱为第二系统,第二系统的节点横梁给予第一系统的水平杆以梁的方式受荷以支撑。八字形拱虽是不稳定结构,但人字形拱是稳定结构,两相扶持,使整体获得稳定。第四种类型是两组八字形拱的组合结构,其中一组为第一系统,另一组为第二系统。第二系统的水平杆较短,其节点横梁紧压在第一系统的水平杆上,而第一系统的节点横梁则压在第二系统的斜杆上,两相咬合扶持,使整体结构获得稳定。第五种类型是一组三节拱与另一组四节拱(四节苗)的组合。两组拱各自都不是稳定结构,咬合在一起后,形成整体稳定结构。第六种类型是一组三节拱与另一组五节拱的组合,两组拱各自都不是稳定结构,咬合在一起后,形成整体稳定结构。这是闽浙地区木拱廊桥的主要类型,不论从结构上还是艺术上都取得很高成就。

2.2.2 如龙桥中的木拱结构

如龙桥则使用了上述第六种拱结构,即一组三节拱与一组五节拱组合。见图2。木拱架由上下两层组成,下层为三节拱,又名三节苗,由3根长圆木纵向连接,形成八字形拱,上层为五节拱,也称“五节苗”,采用5根短木连接形成五折边形拱,穿插于三节拱之中,而在转折处布置有枋木,枋木横贯全桥,被称为“牛头”。拱木端部与牛头扣接,将拱架连接成一个整体。顶部水平拱木称为“平苗”,以燕尾榫卯接“牛头”,作为拱桥的梁。在拱架两端的桥头外壁立一排竖式排架,并通过牛头与拱架卯接。“三节苗”“五节苗”根部形成7字形卡扣,与排架下方的牛头相结合。为了避免两层拱木相互交叠,使受力过于集中,将五节苗的根部另用一牛头连接,并放置在三节苗上面。上下两层拱木与竖排架采用交叉撑木加固,交叉撑木又称之为“剪刀苗”,起到了稳定结构,增强结构整体性,消除横向的推力,防止结构发生侧移的作用。斜撑木与桥面之间设有若干的排架,并用“小牛头”连接,支撑桥面的纵梁,纵梁一端埋在桥台内,另一端与三节苗连接,使其与顶部的水平拱木连为一体[1]。

图2 如龙桥木拱结构

2.2.3 编木工艺

如龙桥的构造方式是现存的木拱廊桥构构造方式的代表,即采用梁木穿插的编木工艺。这种编木方式的优点在于,弯矩完全由中梁承担,而其他结构则只承受轴向的内力,使得受力合理,节省材料。桥梁变为以拱桥为主、局部梁桥的受力结构特征[2]。而且每一座桥的跨度与高度不同,因此三节苗、五节苗等构件的尺寸与搭接位置均有不同,因此,每一座桥在设计施工的过程中都应经过精密的计算。不容出现丝毫差错,否则拱架就无法安装。拱架包括上三节苗、将军柱与大排架、上五节苗、上剪刀苗、“蚱蜢腿”与桥板苗等工序,所有木构件都采用榫卯技术进行连接,以达到“纵横相贯,穿插别压,相互承托,受力均匀”的效果。

2.3 廊屋的构造

“河上架桥,桥上建廊,以廊护桥,桥廊一体”是木拱廊桥的典型特征。廊屋位于廊桥之上,是廊桥的重要组成部分,起到了保护廊桥不受侵蚀,为行人提供歇脚纳凉,欣赏风景的场所,使得廊桥集交通功能与人文情怀于一身。廊屋采用木头搭建而成,并将全部重力置于梁上,围墙不受力,可进行任意处理。而且节点之间留有伸缩余地,可以减轻地震对于建筑的危害。而且墙体不承重,所以有“墙倒屋不倒”之说。廊屋的构造是施工工艺在细部的体现,廊屋虽小,却有着许多独具特色、精细别致的部件和制作工艺。如斗拱、藻井、屋顶、风雨板、窗花、风水墩、神龛等。

2.3.1 斗拱的应用

斗拱是古廊桥木构架中独特的构件,由斗形木块和弓形的横木组成,采用阳刻木雕斗形和弓形木构件交错叠置,具有传递荷载、挑出屋檐、缩短梁枋跨度、吸收地震能量的作用,且兼具装饰作用。如龙桥上层层叠加的如意斗拱,见图3。通过巧妙搭接,既体现了建筑的美感,又使得结构的受力趋于合理,使得廊屋更加坚固耐用。

图3 如龙桥的如意斗拱

2.3.2 屋顶的坡度

廊屋的屋顶主要为坡屋顶,用以防御风雨、日照,同时也承受屋顶上部的荷载。传统廊屋营造称屋面坡度为“屋架举折”,因廊桥多建于山区丘陵地区,多大风,廊桥屋面举折多在1/2.5～1/3.5之间,较为平缓。

2.3.3 风雨板

如龙桥桥身外壁鳞叠三层风雨板,桥栏处风雨板上开启圆形、桃形、扇形小窗用作采光和眺望。风雨板是木拱廊桥防风防雨的重要工具。木拱廊桥多坐落于溪流纵横的山谷之处,周围重峦叠嶂、群山环绕,横风大,斜雨多。为保护廊桥内构建不被风雨侵蚀,工匠多用风雨板将整个廊屋封闭起来,仅留的狭小窗花用于采光。然而,这不仅给桥体带来了更大的压迫力,也影响了采光和观光功能。如何在保护风雨板传统样式和改进风雨板解决弊端之间作出抉择是一个艰难的题目。

2.4 桥面的铺设

大部分廊桥的桥面铺设材料为砖或石材。在桥面自下而上依次铺设箬叶、木炭最后铺设面砖或卵石。这种在桥面与桥面板之间布设隔离层的做法,可以通过隔离层的吸湿性防止桥面受潮腐烂,同时由于隔离层的出现,增加了桥面的透气性,而且布设隔离层也可增加桥梁的自重,也有阻燃、防火的作用,一举多得。

3 木拱廊桥的保护

木拱廊桥是我国非物质文化遗产的瑰宝,是民间工匠几百年来与自然斗争中产生的宝贵财富,是古代木结构桥梁的活化石,是我国传统施工技艺的杰出代表,更是木结构桥梁发展的巅峰之作。但是，现存的木拱廊桥数量却逐渐减少,仅存100多座。因此,科学保护与合理修缮已经迫在眉睫。

3.1 科学保护

3.1.1 廊桥保护存在的问题

古建筑木拱廊桥主要面临以下问题。第一,木拱廊桥是民间工匠的智慧结晶,是靠师徒口耳相传的民间工艺,是全凭工匠实践经验建造的。这种古老技艺随着时代的发展也渐渐流逝,难以传承,这使得廊桥日后的修缮难度增大。第二,社会经济的发展,对城市、农村的开发,干扰廊桥周围的生态平衡,引发灾害,加速古廊桥的破坏。第三,廊桥保护资金的缺乏,现阶段的廊桥保护和修缮资金主要来源于当地居民的募捐和爱心人士的资助,政府拨款困难,没有稳定的资金来源。第四，缺乏有效的保护管理机制,廊桥的保护全靠人的自觉自主,没有专门的人性化管理和监督。此外,缺乏应急保护系统,遇到狂风暴雨河水翻涨的时候,没有紧急抢险的措施。

3.1.2 保护对策

着眼于问题,主要提出以下对策。首先,积极宣扬这种宝贵的民间工匠传承技艺,对这方面有突出成就和贡献的民间艺人给予资助,鼓励更多的知识人才去实践学习,传承老一辈的智慧结晶,将这种工艺发扬光大。第二,正确处理古建筑保护与经济发展之间的关系,由于遗产具有不可再生的性质,因此要将对遗产的保护放在首要位置,杜绝对遗产进行破坏或者进行不必要的修复,以尊重其真实性、完整性为原则,同时要避免进行过度的商业化用途,平衡遗产保护与经济发展之间的关系[3]。第三,拓宽资金来源的渠道。相关的地方领导要积极向上级申请国家级遗产文物保护资金,加大宣传,积极与各大企业沟通,吸引更多的民间捐赠。第四,建立完善的保护机制和紧急遇险系统,实现专人看护,定期维护的保护机制。

4 结 语

木拱廊桥精细的选材,独特的木拱结构以及廊屋构造是独特的、宝贵的工艺。一座木拱廊桥的建造需要上百道工序,是民间工匠靠其半个世纪积累的经验和技术用手一点点打磨堆砌而成的。没有超前的科学技术,没有先进的机器设备,他们靠着祖辈传承的技艺,用双手延续了这项独特的民间工艺。廊桥的保护不仅仅与其自身的命运相关联,也与当地经济的发展及文化的传承息息相关,它不仅仅是古人留下的宝贵遗产,更是一个地区时代精神的体现,是一个地区风俗文化的重要标志,它是细水长流、润物无声的,是关系人心的,它与我们的生活息息相关,使我们找寻到与过去之间的联系、自己的根系。

[1] 陈云根.浙南木拱廊桥结构与起源探析[J].文化史论,2002,20(11):66-70.

[2] 黄续.论中国木拱廊桥建筑的营造技艺及其保护策略[J].艺术百家,2013(增刊) :87-90．

[3] 唐留雄 ,胡记芳.浙南古廊桥"世界遗产"价值分析与保护开发[J].浙江学刊,2005(5):218-221．