CN111007091A - 一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法；针对古建筑编竹夹泥墙的文物属性和结构特点，提供一种无损或微损的结构调查方法，通过前期准备、初步调查、红外热成像调查、X射线成像调查、内窥镜探查、结果分析等步骤，有效查明墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况，符合文物保护“不改变文物原状”、“最小干预”等原则，满足古建筑保护工程勘察中墙体结构调查的深度和精度要求。该调查方法克服了传统方法和新型检测技术的不足或局限，调查程序系统科学，调查结果可视直观，适用性广，促进了古建筑保护工程勘察工作科学化、精细化发展。

Description

一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法

技术领域

本发明涉及古建筑保护工程领域，具体涉及勘察工作中对于编竹夹泥墙类墙体结构的一种无损或微损调查方法。

背景技术

古建筑是我国重要的文化遗产类型，以木结构为主，自身特色明显。墙体是木结构古建筑的重要组成部分，主要作为围护结构起分割空间、保暖等作用，根据结构特点和材料工艺可分为砖墙、石墙、土墙、编竹夹泥墙、木板墙等类型。编竹夹泥墙，又称“竹笆墙”、“竹编木骨泥墙”等，起源于新石器时代的“木骨泥墙”，宋代《营造法式》竹作中描述为“隔截编道”，历代不断使用延续至今。此类墙体广泛分布在我国盛产竹材的南方地区，以川渝地区最为集中，具有明显的地域特色，为该地区古建筑中主要的墙体类型。根据调查资料，四川地区现存明代木结构古建筑中大多数墙体为编竹夹泥墙，例如平武报恩寺、新津观音寺、蓬溪宝梵寺、邛崃盘陀寺、广汉龙居寺等全国重点文物保护单位均是如此。

编竹夹泥墙一般中间采用竹片编壁和木枋作骨架，两侧敷抹草拌泥打底找平，表面涂抹石灰、涂料等为面层，结构特征较为复杂。通常古建筑编竹夹泥墙受分布地域、建造时代、制作材料与工艺等因素影响，不同对象结构特征差异显著，尤其中间骨架的排列形式和组合关系各异。同时由于编竹夹泥墙中间骨架竹木材料耐久性较差，且骨架与泥层随环境温湿度变化收缩膨胀不一致，长期以来受各种自然营力和人为破坏的影响，骨架材料不断发生劣化，骨架与泥层之间连接也逐渐减弱，由此导致墙体常发生一些结构安全问题。尤其在南方地区热湿环境条件下，温暖潮湿、蚁虫蛀蚀、微生物滋生、雨水渗漏、毛细水侵蚀等危害对该类墙体结构破坏十分严重，轻则出现局部的骨架糟朽、泥层空鼓、墙面起鼓等问题，重则发生整体性的开裂、倾斜、歪闪等，对墙体安全保存构成严重威胁。

古建筑保护工程勘察工作中墙体结构调查是保护加固设计的基础和依据，主要有两方面内容：一是了解墙体原有结构特征，包括结构类型、主要构造、具体做法、维修情况等；二是查明墙体现存结构安全问题，主要为结构安全问题种类、分布情况、形成原因、危险程度、发展趋势等。

目前古建筑保护工程领域在勘察工作中对于墙体结构调查未形成专门的标准或规范，一般传统方法为：首先查阅文献资料和考察走访初步了解墙体结构类型，在此基础上通过对墙体外观形貌和残损位置出露断面的肉眼观察，辅以局部开槽探查及敲击按压，根据自身经验综合分析墙体结构特征及存在问题。该方法由于肉眼观察的局限性，对于墙体内部结构特征、缺陷或损伤等判断存在较强的主观性，同时槽探及敲击按压会对墙体产生一定程度的破坏，不符合文物保护“不改变文物原状”、“最小干预”等原则。

近年来随着各种新型检测技术在古建筑保护工程领域的不断应用，应力波、超声波、红外热成像、X射线成像、内窥镜观察等多种先进的无损或微损检测技术在勘察工作中取得了较好的应用效果，尤其针对木构件内部缺陷或损伤的原位无损或微损调查显现出明显的优势。然而主要为单一检测技术在某具体对象结构调查上的应用案例，未针对某一类对象形成系统性的调查方法。同时由于各种检测技术的原理和方法不同，其优缺点各异，对古建筑墙体结构调查的适用性不同。一般应力波和超声波能够满足古建筑石墙、砖墙、土墙等材质相对均一和结构较为简单墙体内部缺陷或损伤调查的要求，然而对于材质差异明显且结构较为复杂的墙体往往效果不理想。红外热成像可以通过古建筑墙体表面温度场分布差异一定程度上间接反映内部结构特征，具有调查范围大、操作方便等优点，但是通常只能表现出墙体内部结构的明显差异，且受外界环境条件影响较大。X射线成像能够通过古建筑墙体X射线透过时被吸收程度的不同反映内部结构和缺陷或损伤，调查结果精度较高，可以清晰表现出墙体内部具体结构特征、缺陷或损伤分布等，但是调查范围小，设备使用条件严格、操作要求较高。内窥镜观察可以通过古建筑墙体表面残缺孔洞或新钻微孔直接观察内部结构详情、缺陷或损伤情况、材料劣化特点等，调查结果直观可视，作为传统方法中槽探的优化可以很大程度上减小对墙体的破坏，从调查工作实证性的角度考虑仍有存在的必要性和合理性。

综上可见，古建筑墙体结构调查中传统调查方法主观性较强，对墙体会产生一定程度的破坏，各种新型无损或微损检测技术的应用缺乏系统性，各自优缺点各异、适用范围不同，均不能满足古建筑编竹夹泥墙结构调查的要求。

发明内容

为了克服目前古建筑保护工程领域勘察工作中墙体结构调查传统方法和新型检测技术的不足或局限，本发明的目的在于针对古建筑编竹夹泥墙这一类结构特征相对复杂且结构安全问题严重的墙体，提供一种结构调查的无损或微损方法，有效查明墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况，促进古建筑保护工程勘察工作的科学化、精细化发展。

为了实现上述目的，本发明提供了一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法，所述方法主要包括前期准备、初步调查、红外热成像调查、X射线成像调查、内窥镜探查、结果分析等步骤，各步骤基本方法如下：

首先确定墙体调查对象及范围，在各墙体墙面的四个角点设置标靶作为控制点，通过测量控制点与墙面空间相对位置绘制各墙体立面图。

然后通过对墙体外观形貌和残损位置出露断面的肉眼观察，大致了解墙体基本结构特点。

其次采用红外热成像仪对各墙体墙面整个范围从内外两侧进行调查，通过红外热成像图查明墙体内部中间骨架基本结构特征，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架基本结构排布情况。

在前一步调查基础上，采用便携式X射线探伤机对墙体墙面特征区域进行调查，特征区域主要选择墙体内部中间骨架构件连接处和缺陷或损伤可能发生处，通过X射线成像图查明墙体内部中间骨架具体结构特征和缺陷或损伤分布，验证前一步调查结果，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架具体结构、缺陷或损伤分布等。

在前两步调查基础上，采用便携式可旋转视频内窥镜对墙体墙面代表性点进行钻孔探查，代表性点主要选择墙体内部缺陷或损伤处，通过内窥镜直观观察墙体内部中间骨架材料特点和缺陷或损伤详情等，验证前两步调查结果，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架材料种类及劣化等情况和缺陷或损伤分布区域、形式、成因、面积等特征。

最后综合前期调查结果，绘制墙体内部中间骨架结构图和缺陷或损伤现状图，总结墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况。

本发明具有如下优点：

（1）调查方法的针对性和有效性；本发明针对古建筑编竹夹泥墙的文物属性，设计了一种无损或微损的结构调查方法，符合文物保护“不改变文物原状”、“最小干预”等原则。同时根据编竹夹泥墙的结构特点，综合考虑传统方法和新型检测技术的优缺点与适用范围，设计的结构调查方法能够有效查明墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况，满足古建筑保护工程勘察中墙体结构调查的深度和精度要求。

（2）调查程序的系统性和科学性；调查步骤中主要程序分为三步，第一步采用红外热成像对墙体整体内部中间骨架基本结构进行调查，第二步采用X射线成像对墙体特征区域内部中间骨架具体结构和缺陷或损伤分布进行调查，第三步采用内窥镜对墙体代表性点内部中间骨架材料特点和缺陷或损伤详情进行探查。通过递进式的程序使后一步调查工作补充和验证前一步调查结果，调查对象范围逐步缩小，调查结果精度逐次提高，实现了在简化调查工作任务和全面获取调查信息的基础上尽量减小对文物的破坏，整个调查程序设计系统科学。

（3）调查结果的可视性和直观性；调查工作中采用的红外热成像、X射线成像、内窥镜探查三种技术手段的调查结果均具有可视化的特点，可以在现场调查中直接或间接地反映出墙体内部结构特征、缺陷或损伤情况及材料劣化等信息，调查结果相比应力波、超声波等新型检测技术需要对数据进行解析处理更为直观便捷。

（4）适用性广；该发明作为一种建筑复杂结构墙体的无损或微损调查方法，不仅可以有效应用于古建筑编竹夹泥墙的结构调查，而且对于近现代历史建筑、重要乡土建筑中编竹夹泥墙和古建筑中复杂结构墙体的无损或微损调查也具有适用性。

附图说明

图1为本发明调查工作流程图；

图2为某古建筑调查墙体分布平面图；

图3为某墙体墙面正射影像图（内侧，含标靶位置）；

图4为某墙体断面层次结构示意图，在图4中，1、壁画；2、内侧泥层；3、中间骨架；4、外侧泥层；5、面层；

图5为某墙体墙面整个范围红外热成像图（由内向外）；

图6为某墙体墙面局部特征区域X射线成像图（由内向外）；

图7为某墙体墙面代表性点内窥镜照片（空洞，木质穿枋严重劣化仅余木渣）；

图8为某墙体墙面代表性点内窥镜照片（空洞，竹质穿枋严重劣化仅剩竹皮）；

图9为某墙体墙面代表性点内窥镜照片（空腔，泥层与骨架编壁之间分离）；

图10为某墙体内部中间骨架结构示意图；

图11为某墙体内部缺陷或损伤现状示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明再作进一步说明。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法，应用于四川地区某全国重点文物保护单位古建筑编竹夹泥墙的结构调查。该调查方法具有无损或微损的特点，有效查明了墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况，具体调查方法步骤及结果如下：

第一步，前期准备。确定墙体调查对象及范围，调查对象为该古建筑编竹夹泥墙墙体，共计10面，东西两壁山墙各3面，南北两壁檐墙各2面，平面分布情况见图2；调查范围为各墙体墙面，其由上方阑额、下方地栿和两侧立柱合围而成，立面大致呈矩形，部分墙体墙面受角柱侧脚影响略向内收。

进一步地，标靶布测。在各墙体墙面的四个角点（左右两侧相邻立柱上下两端）设置标靶作为控制点（见图3），通过测量控制点与墙面空间相对位置绘制各墙体立面图。标靶建议采用统一规格显眼的标识粘贴于立柱表面，便于后期去除后不会对文物产生破坏。

进一步地，初步调查。通过对墙体外观形貌和残损位置出露断面的肉眼观察，大致了解该古建筑编竹夹泥墙的基本结构特点。墙体断面层次结构见图4，中间为竹木骨架，两侧为泥层，内侧墙面壁画作装饰，外侧墙面黄色涂料或白灰层作面层。

进一步地，红外热成像调查。采用红外热成像仪对各墙体墙面整个范围从内外两侧进行调查，通过红外热成像图查明墙体内部中间骨架基本结构特征，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架基本结构排布情况。为了更好地利用墙体表面温度场分布差异反映墙体内部结构，建议选择在夏季晴天建筑内外温差较大的时间段内进行多次拍摄，选取其中最能表现墙体内部中间骨架基本结构特征的影像作为调查结果。建议采用长焦镜头进行拍摄以减小图像畸变，可利用相关图像处理软件来提高成像效果。一般要求红外热成像仪的测温精度高于±2℃，热灵敏度高于0.05℃。由红外热成像调查结果（见图5）可知，墙体内部中间骨架基本结构为竖向立枋和横向穿枋组成的矩形网格。

进一步地，X射线成像调查。采用便携式X射线探伤机对墙体墙面特征区域进行调查，通过X射线成像图查明墙体内部中间骨架具体结构特征和缺陷或损伤情况，验证前一步调查结果，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架具体结构、缺陷或损伤分布等。特征区域主要选择墙体内部中间骨架构件连接处和缺陷或损伤可能发生处，可依据红外热成像调查结果墙体内部中间骨架基本结构排布情况及墙体外观形貌确定。考虑到X射线探伤机工作过程中的辐射问题，现场调查工作中必须做好人员的安全防护。由X射线成像调查结果（见图6）可知，墙体内部中间骨架立枋和穿枋排布与红外热成像调查结果一致，穿枋前后竖向交错编织竹片形成编壁，同时墙体内部存在一些不密实区，主要沿中间骨架的穿枋分布，推断这些不密实区即为墙体内部的缺陷或损伤。

进一步地，内窥镜探查。采用便携式可旋转视频内窥镜对墙体墙面代表性点进行钻孔探查，代表性点主要选择墙体内部缺陷或损伤处，通过内窥镜直观观察墙体内部中间骨架材料特点和缺陷或损伤详情等，验证前两步调查结果，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架材料种类及劣化等情况和缺陷或损伤分布区域、形式、成因、面积等特征。代表性点可依据X射线成像调查结果墙体内部不密实区分布及墙体外观形貌确定。考虑到内窥镜探查中钻孔会对墙体产生轻微破坏，为了尽量减小破坏作用，钻孔布置在没有壁画作装饰的墙体外侧墙面，要求控制钻孔数量能够说明问题即可，孔径和孔深满足探头进入墙体内部就行，调查结束后及时采用墙体原材料和工艺进行封孔及表面做旧。由内窥镜探查结果（见图7至图9）可知，墙体内部中间骨架具体结构与红外热成像和X射线成像调查结果一致，骨架材料种类立枋为方木、穿枋为木板或竹板、编壁为竹片，部分骨架材料有不同程度的劣化，主要表现为白蚁咬噬形成形状不规则且相互连通的宽大孔洞，轻者局部糟朽，重者整体糟朽或只剩竹皮，甚至仅余木芯或木渣而近于消失。墙体内部缺陷或损伤区域与X射线成像调查结果中不密实区分布基本一致，主要为骨架竹木材料严重劣化（见图7和图8）和泥层与骨架之间分离（见图9）形成的空腔、空洞、空隙等。

最后，结果分析。综合前期调查结果，绘制完成墙体内部中间骨架结构图（见图10）和缺陷或损伤现状图（图11），总结墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况。

Claims (4)

1.一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法，其特征在于，包括以下步骤：

①前期准备，确定对象及范围，标靶布测；

②初步调查，通过对对象墙体外观形貌和残损位置出露断面的肉眼观察，了解墙体基本结构特点；

③详细调查，借助现有红外热成像仪、探伤机和内窥镜对对象墙体进行详细调查；

④结果分析，综合步骤②和步骤③的结果分析对象墙体结构，并绘制墙体内部中间骨架结构图和缺陷或损伤现状图，总结墙体内部结构特征和缺陷或损伤情况。

2.根据权利要求1所述一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法，其特征在于：在步骤①中，确定对象及范围后，设置标靶作为控制点，通过测量控制点与墙面空间相对位置绘制各墙体立面图。

3.根据权利要求2所述一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法，其特征在于：在步骤③中，首先采用红外热成像仪对各墙体墙面整个范围从内外两侧进行调查，再采用便携式X射线探伤机对墙体墙面特征区域进行调查，最后采用便携式可旋转视频内窥镜对墙体墙面代表性点进行钻孔探查。

4.根据权利要求3所述一种调查古建筑编竹夹泥墙结构的无损或微损方法，其特征在于：

在采用红外热成像仪调查时，通过红外热成像图查明墙体内部中间骨架基本结构特征，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架基本结构排布情况；

在采用便携式X射线探伤机时，查明墙体内部中间骨架具体结构特征和缺陷或损伤分布，验证前一步调查结果，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架具体结构、缺陷或损伤分布等；

在采用便携式可旋转视频内窥镜时，直观观察墙体内部中间骨架材料特点和缺陷或损伤详情等，验证采用红外热成像仪调查和便携式X射线探伤机的调查结果，同时利用控制点在墙体立面图上标示中间骨架材料种类及劣化等情况和缺陷或损伤特征。

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