西溪二仙庙保护勘察技术

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  西溪二仙庙又称真泽宫,位于山西省陵川县城关镇岭常村,距县城2.5公里。现占地0.28公顷,建筑面积1100平方米。西溪二仙庙创建于北宋中晚期,经金、元、明、清不断改建重修,形成现有基本建筑格局。二仙庙院落前后二进,前院南围由单檐悬山顶二层山门三间、左右二层掖门三间、东南角井院、西南角厢房共同组成。院中设有献亭一座、中殿一座。后院东西各建梳妆楼、配殿,正中后殿一座,带东西挟殿各一座。其后殿、中殿等建筑保留了明确的金元时期结构做法特征,以及明清时期修缮信息,寺内还保留有29通金至清代碑刻和4棵古柏。整座寺院格局完整,历史信息蕴含丰富。
  晋东南二仙崇拜对象为唐代的升仙二姊妹,该崇拜产生于晚唐,仅流行于山西上党地区(包括壶关、陵川、晋城及长治数县)。二仙的来历及神迹并未载于道史仙传,惟来源于二仙诸庙的碑志及相关地方志。西溪二仙庙是当地二仙崇拜的承载物,是地方传统工艺和建筑做法的集中体现,是我国山西南部地区早期木构建筑文化遗产的重要代表。清华文化遗产研究所于2006年开始对西溪二仙庙进行勘察工作,为了揭示二仙庙多层面的文化、科技内涵,对其文物建筑进行了严谨分析、谨慎判断,并在工作中尝试着采用了先进的测绘、检测仪器,希望增强文物建筑勘察的科学性与准确性。
  
  二仙庙建筑勘察重点
  
  文物建筑勘察是修缮设计的必要前提条件,勘察是对一座文物建筑(群)全面而深入了解调查的过程,西溪二仙庙文物建筑在勘察工作重点集中于三方面:
  
  1.文物的历史变迁,文物信息价值点调查分析
  文物的历史变迁需要相关文史资料,如史书、地方史志等进行详细考证,并与建筑附属文字记录进行考证,尤其是建筑构件上面的题记和碑刻是记录这座建筑历史演变的最直接证据。历史上对庙宇及其他古迹兴建或维修往往会为捐助者竖碑甚至塑像,这些信息也是我们判断建筑历史沿革的第一手证据。我们现今保留最重要的唐代木结构建筑:佛光寺东大殿、南禅寺大殿都是根据题记、碑刻得以确定其始建年代的。西溪二仙庙现存碑刻数量众多,其金大定年间《重修真泽二仙庙碑》是判断寺院建筑始建年代的重要依据,其他碑刻也明确的表示了寺庙各个建筑的发展变迁。我国传统上使用碑刻记录重要信息有两个好处,一是石头坚硬稳定,通常能够保留很长时间,作为记录载体比较可靠;二是使用传统的碑拓手段可以很容易的得到碑刻记录,并且碑帖完全忠实于碑刻原物,原碑刻的准确性和艺术性都能完整的表达。即使在摄影技术非常发达的今天,碑拓的作用仍然不可替代。
  
  2.建筑现状测绘,及主要结构体系分析
  测绘是文物建筑勘察的基本条件,建筑实测及图纸绘制是表达建筑结构形制的手段,往往测绘对象存在构件差异、施工误差以及构件形变、残损等问题,测绘中必须对原有结构体系进行准确全面的测量,并对数据进行归纳,分析原有才分制度,才能绘制出尽量接近文物原状的测绘图纸。该工作受测绘工具及测绘人员专业程度影响,工作成果差距很大,如果仅仅依据局部片面测绘数据,在缺乏结构体系和材分制度分析的情况下而武断绘制的测绘图纸,将对修缮工作带来负面影响。本次勘察工作中,清华文保所引入了三维激光扫描技术,对西溪二仙庙重点建筑进行测绘。这项技术原来主要用于工业生产及大型工程测绘,在文物建筑修缮中的运用在我国尚属首次。
  
  3.建筑残损调查,危害因素分析,建筑结构稳定性评估
  该工作主要包括对建筑构件的残损调查,对导致残损的原因进行分析,对建筑结构的稳定性进行评估。残损勘察主要方式主要依靠肉眼观察和经验判断,清华文保所为增强残损判断的科学性,采用部分仪器设备对构件进行检测:1 使用喀斯特瓶测试石质构件(石柱)的孔隙率,以便了解石质的疏松程度;2 使用回弹仪,测试砖质、石质构件表面强度;3 使用含水率仪,测试木质构件含水率,以便判断构件腐蚀、虫蛀程度。
  
  三维激光扫描技术运用
  
  1.扫描测绘原理
  传统的测绘工作中,其工具多使用容易变形的皮尺、绳尺,判读记录全靠肉眼,测量方法多为“以点概面”,即选取少量构件进行测绘而据以推演。这样的测绘结果在相当程度上依赖于测绘人的个人经验和临场判断,且无法准确描绘异形构件(如山西民间常见的随形梁)的空间特征,在全面性、准确性两方面均不能令人满意。
  三维激光扫描的工作原理是以激光测距技术为基础,以逐点测距的方式对扫描对象表面的空间坐标进行密集抽样采集以获得海量点云,从而模拟扫描对象的三维空间形象。通常三维激光扫描仪应与全站仪配合使用,全站仪可以给出控制点的空间相对坐标,为扫描结果的三维空间形象提供坐标。三维激光扫描系统由扫描仪硬件和相应控制软件、后期数据处理软件组成。相比于传统测绘技术,三维激光扫描系统的测量结果误差小,分辨率可控,并基本消除了人为因素的影响。
  典型的激光扫描仪一站全景扫描即可采集周围环境中超过一千万个点的三维坐标,如此海量的、有组织的点集被形象地称为“点云”(Point Cloud)。扫描获得的三维点云包含所有可见构件的坐标信息,可在电脑中随意移动、翻转、切片,便于测量,更可与CAD图纸进行比对。点云文件能以坐标测量、切片浏览、表面处理和三维建模四种使用方式,以上成果通过分析计算,通过中国传统大木结构特有的材分制模数关系,可以推断出文物建筑原始设计的材分制度,并对建筑结构变形进行精确的测量,为文物残损评估、学术研究、工程修缮提供基础资料。并且三维激光扫描成果还可以用作展示宣传、资料存档。
  
  2.西溪二仙庙扫描测量成果
  2006年3月,清华大学文化遗产保护研究所的测绘人员使用BitWyse 3DGuru三维激光扫描仪对山西省陵川县西溪二仙庙的早期建筑进行了扫描。通过对各个建筑扫描成果的剖切测量,得到了建筑平面、剖面的所有尺寸,并对重要历史特征构件——斗拱,进行了详细测量。
  
  3.测量成果运用
  根据以上数据分析,勘察者对西溪二仙庙早期建筑都进行了原始尺分制度推测,本次勘察以精密测绘人手,通过运用精密测量工具与传统测绘向结合的方法,取长补短。力求在使用目前最先进的技术水平条件一下,得到尽可能精确而全面的测量结果,通过该结果结合前辈学者对于西溪二仙庙结构材分做法的推测,推断西溪二仙庙建成尺度,绘制复原理想设计图(简称:理想图)。再将现状图与理想图各部分尺寸进行对比,推断出西溪二仙庙各建筑结构精确的位移形变量。通过以上分析,得到中殿修建尺度为:1尺=31.6厘米,根据实测与该尺度推算,绘制中殿和其他早期建筑的“理想图”,并将中殿以及其他早期建筑的理想图与三维激光现状扫描文件进行对比,通过对比判断重要结构构件的形变量。其中位移形变最为明显的为献亭建筑,该建筑通过额枋与中殿相连,整体结构前倾,所有石柱柱头均向南倾114毫米,通过对比测量可以精确判断构件位移变形程度。手工测量对文物构件的形变、位移判断,往往只能基于位移变形构件与健康构件的对比,但对于所有构件均有位移形变就难以量化残损程度,甚至无法判断是否具有位移形变。勘察者在两溪二仙庙中采用的理想图与扫描图对比方式可以良好的解决这一难题,对重要结构构件的位移形变量得到精确量化数据。其成果可以直接指导修缮策略制定。
  西溪二仙庙文物建筑勘察使用的新技术,尤其三维激光扫描测绘的方式,是对文物建筑勘察手段的一次全新的尝试。对于测绘的准确性及文物勘察的深入程度都有了很大的提高。由此带来文物建筑测量精度上质的飞跃,将会对我国建筑史研究、古建筑修缮技术带来重要的影响。但目前三维激光扫描技术在文化遗产保护领域还仅处于尝试阶段,限于表达手段,以及与传统要求的对接,三维扫描成果仅以_二维平、立、剖面表达。二维表达方式有很多优势,如:便于打印,尺寸标注方便,传统方式便于理解等。但对于重要及复杂的文物建筑,单纯二维的图面往往不能直观完整的表达文物所蕴含的所有信息。清华文化遗产研究所也正在积极尝试研究文物建筑勘察的三维表达,希望对于重要及复杂的文物建筑采用更加直观与全面的方式进行资料记录和表达。
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