摘要：應(yīng)縣木塔歷經(jīng)千百年環(huán)境劣化損傷和近代戰(zhàn)爭創(chuàng)傷，近年傾斜總量和傾斜趨勢不斷加劇。然而社會(huì)各界對木塔“是否存在失穩(wěn)倒塌風(fēng)險(xiǎn)、采用何種措施防控失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)”等方面至今沒有達(dá)成共識。通過對不可移動(dòng)文物安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)內(nèi)涵的再理解和防控現(xiàn)狀的分析，從應(yīng)縣木塔自身結(jié)構(gòu)離散體模型特征出發(fā)，對其風(fēng)險(xiǎn)劣化損傷機(jī)理、穩(wěn)定承載機(jī)理及性能提升措施等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題進(jìn)行思考，提出研究方向建議復(fù)建等比例木塔，開展傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建造技藝、連接界面耦合性能和內(nèi)部劣化損傷識別方法等基礎(chǔ)研究;研究木塔靜力穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評估準(zhǔn)則缺失的現(xiàn)實(shí)瓶頸問題，盡早制定針對木塔傾斜失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀的應(yīng)急措施方案;完善木塔動(dòng)力穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評估準(zhǔn)則，為消除木塔穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)的措施裝備開發(fā)提供理論依據(jù);基于大科學(xué)裝置開展大科學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)古建筑安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)防控理論方法創(chuàng)新。同時(shí)提出，在應(yīng)縣木塔穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)防控研究與保護(hù)應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上，基于擬建的國家文化遺產(chǎn)科技創(chuàng)新中心大科學(xué)裝置，針對不可移動(dòng)文物安全面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)瓶頸問題，開展跨領(lǐng)域、多學(xué)科的大科學(xué)研究，必將全面推進(jìn)我國不可移動(dòng)文物安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)防控理論方法的創(chuàng)新建立和技術(shù)裝備的發(fā)展應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：不可移動(dòng)文物;離散體模型特征;穩(wěn)定承載機(jī)理;應(yīng)縣木塔;性能提升措施;國家文化遺產(chǎn)科技創(chuàng)新中心

　　引言

　　文物是人類歷史文化和技術(shù)文明的信息載體。不可移動(dòng)文物具有體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，千百年暴露于大自然環(huán)境中。在各類風(fēng)險(xiǎn)源耦合物理場所致劣化作用下，文物存在損傷、甚至倒塌等安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。損傷可以修補(bǔ)、倒塌也可以修復(fù)，但是都會(huì)造成文物所蘊(yùn)含的人類歷史價(jià)值、文明信息不可估量且無法挽回的損失。國內(nèi)外對此開展了大量的研究和實(shí)踐，然而不可移動(dòng)文物安全穩(wěn)定損毀事故依然常見[1-3]，仍是國際性重大科學(xué)技術(shù)難題。

　　應(yīng)縣木塔(以下簡稱“木塔”)始建于遼清寧二年(1056年)，已經(jīng)屹立近千年。木塔主體高度約65米，底層面寬約30米，沿豎向有5個(gè)作為佛教閣樓的明層和4個(gè)作為閣樓基座的暗層。明層由內(nèi)槽8根柱、外槽24根柱、普柏枋與闌額構(gòu)成，暗層分成鋪?zhàn)鲗雍推阶鴮樱祵幽緲?gòu)件之間通過鋪?zhàn)髑擅畈褰樱纬烧w剛度非常大的結(jié)構(gòu)層。沿豎向間隔布置的明、暗層在滿足多層寺院功能的同時(shí)，使木塔整體結(jié)構(gòu)剛?cè)岵?jì)，兼具良好的豎向與水平、靜力與動(dòng)力承載能力，代表著中國古建筑營造技術(shù)文明的巔峰，也是中國古典“以柔克剛”哲學(xué)思想的完整體現(xiàn)。

　　木塔歷經(jīng)千百年風(fēng)吹、日曬、雨淋、地震等劣化損傷累積，還能夠屹立不倒，歷代工匠的恰當(dāng)維修功不可沒。但是進(jìn)入近現(xiàn)代之后，幾次戰(zhàn)爭對木塔造成了局部嚴(yán)重殘損。由于其時(shí)國力薄弱、傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)營造技術(shù)能力嚴(yán)重下降，1935年“修復(fù)”時(shí)在不明木塔穩(wěn)定機(jī)理的情況下，對其部分關(guān)鍵部件予以拆除，遭受八百余年來“最大的厄運(yùn)”[4]。近年木塔傾斜的趨勢及總量不斷加劇[5]，存在著局部甚至整體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。然而文物歷史、科學(xué)研究、工程技術(shù)等社會(huì)各界對木塔“是否存在失穩(wěn)倒塌風(fēng)險(xiǎn)、采用何種措施防控失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)”等方面至今無法達(dá)成共識，迫切需要對不可移動(dòng)文物安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)內(nèi)涵、防控理論方法缺失等現(xiàn)狀和根源進(jìn)行深入思考。

　　一、不可移動(dòng)文物安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)

　　(一)風(fēng)險(xiǎn)源類別

　　國際文物保護(hù)和修復(fù)研究中心(ICCROM)把世界文化遺產(chǎn)面臨的風(fēng)險(xiǎn)分類為火災(zāi)、地震、洪水、武裝沖突、海嘯、人類活動(dòng)(故意破壞、盜竊、掠奪、縱火、爆炸性工具的使用、突發(fā)交通事故)、不當(dāng)維護(hù)、工業(yè)污染等，還應(yīng)包括風(fēng)吹、日曬、雨雪、地基沉降等風(fēng)險(xiǎn)源。以上風(fēng)險(xiǎn)源從文物安全穩(wěn)定保護(hù)維度可劃分為三類：第一類如火山爆發(fā)或地震引發(fā)的海嘯、暴雨引發(fā)的山洪，以及戰(zhàn)爭等科技手段無法抗拒也難以進(jìn)行科學(xué)預(yù)防的風(fēng)險(xiǎn)，只能通過文物整體遷移、國際立法等規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。第二類是火災(zāi)、雷擊、洪水、人為破壞、盜竊、動(dòng)物損壞等基本不與風(fēng)、雨、雪、地震等風(fēng)險(xiǎn)源物理場發(fā)生耦合作用的孤立型風(fēng)險(xiǎn)，可通過防火、防雷、防洪、防盜、防畜等各自成體系的安防措施控制文物風(fēng)險(xiǎn)。第三類是風(fēng)吹、日曬、雨雪、人類正常活動(dòng)荷載、地基沉降、工業(yè)振動(dòng)、地震等，該類風(fēng)險(xiǎn)源形成的物理場會(huì)對文物造成損傷，在日常或短時(shí)間內(nèi)對文物不構(gòu)成威脅，但該類風(fēng)險(xiǎn)源造成的損傷會(huì)不斷累積而發(fā)生耦合作用效應(yīng);該類風(fēng)險(xiǎn)致文物損傷涉及文物本體基本性能、建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土工程力學(xué)、水文、地質(zhì)、氣象、地震等多學(xué)科融合，是復(fù)雜的耦合系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)問題。

　　(二)安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)識別

　　對于不同組合的“風(fēng)險(xiǎn)源+載體+防控目標(biāo)”，安全穩(wěn)定性有著不同的科學(xué)內(nèi)涵。現(xiàn)代工程界將廣義的安全性定義為各種荷載作用下保護(hù)重要圍護(hù)設(shè)施不受損害、人員不受傷害，以及防止結(jié)構(gòu)破壞倒塌的能力，是結(jié)構(gòu)工程最重要的質(zhì)量指標(biāo)[6];工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載和其他作用的影響下處于某種平衡狀態(tài)，或在外界擾動(dòng)下雖然偏離其平衡位置，但外界擾動(dòng)停止后仍能自動(dòng)回到初始平衡位置，稱其具有穩(wěn)定性[7]，即結(jié)構(gòu)具有防結(jié)構(gòu)倒塌破壞的能力。在實(shí)際工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制時(shí)，狹義地將前一種能力定義為安全性，后一種能力定義為穩(wěn)定性，這已成為工程界的習(xí)慣和共識。不可移動(dòng)文物經(jīng)歷千百年環(huán)境劣化侵蝕，隨著劣化損傷的不斷累積或遭遇地震、強(qiáng)風(fēng)等突發(fā)物理場增量作用，文物會(huì)進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，現(xiàn)象上分為文物損傷危險(xiǎn)和倒塌破壞兩種極限狀態(tài)，與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)對應(yīng)的就是文物的安全性和穩(wěn)定性。

　　不可移動(dòng)文物在日常風(fēng)吹、日曬、雨雪、人類活動(dòng)荷載、地基沉降、工業(yè)振動(dòng)、小震等多物理場耦合作用下，會(huì)發(fā)生老化、裂縫、變形、強(qiáng)度降低等劣化損傷效應(yīng)。當(dāng)這些劣化損傷總量控制在人類正常生產(chǎn)、活動(dòng)時(shí)所能接受的狀態(tài)，以及文物歷史、藝術(shù)價(jià)值損失所能接受的狀態(tài)，即定義為“安全極限”狀態(tài)。反之就為不安全極限狀態(tài)，如：我國大量古建筑、石窟寺等不可移動(dòng)文物雖然沒有倒塌風(fēng)險(xiǎn)，但普遍存在老化、裂縫、變形過大，對其內(nèi)飾壁畫、雕塑等產(chǎn)生損害，造成歷史文化信息缺失，甚至局部脫落，造成人員傷害和更大的歷史文化價(jià)值損失。

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