科学保护建筑遗产的探索与实践
天津大学 张龙
建筑服务于人类的生产、生活，受自然与人文因素影响，在历史的长河中持续演进，维修、添建、拆改、重建时常发生。历史悠久、经历朝代更迭的建筑遗产，普遍存在始建年代不清，历代改易情况不明，价值阐释不全面、不系统的问题，这导致难以讲好建筑领域的“中国故事”。
特别是随着现代建筑的快速发展，大多数传统建筑的形制、结构、材料、工艺传承断链，结构与材料性能的科学认知不足，难以为建筑遗产的保护尤其是预防性保护决策提供科技支撑。
针对上述问题，我们研究团队以建筑遗产的科学认知与科学保护为核心，积极开展学科交叉，促进社会科学与工程技术的融合，在建筑遗产的历史与价值认知和遗产保护的科技支撑两个方面均有所突破。
建筑遗产的历史与价值认知
久久为功，高质量完成颐和园须弥灵境建筑群价值研究及其遗址保护与修复设计
北京颐和园须弥灵境建筑群始建于乾隆十九年（1754），是清漪园（颐和园前身）统领后山景观的大型藏传佛教建筑群，也是清代“兴黄安蒙”民族政策与民族文化融合的实物见证。
此后经历了道光坍塌、咸丰火焚、光绪改建、民国整修与1980年代局部修复、改建，建筑群的迭代关系复杂。2009年6月舒乙先生提议：“应保护和修复在北京的涉及西藏的历史文物”，8月时任国家主席胡锦涛作出重要批示，经北京市文物局组织专家论证，同意对颐和园须弥灵境建筑群进行复建。
我们研究团队有幸承担了前期研究和复建方案的设计工作，综合历史文献、清宫档案、样式雷图档、民国修缮图纸、考古资料和历史照片等多源信息，厘清了其营修历史，指出了该建筑群是乾隆皇帝写仿西藏桑耶寺的首次尝试。
我们揭示了其利用1.5丈格网进行控制设计与地形适应的设计策略与方法，及其与东西两侧善现寺、云会寺一体化的空间关系。利用数字孪生技术虚拟再现了乾隆朝的空间格局；模拟分析了光绪朝重修三世佛大殿与复建须弥灵境大殿以及复建后的配楼、牌楼与既有乔木尤其是古树的空间关系，对比不同修复方案的空间效果，确定了大殿、东西牌楼遗址保护，配楼修复的设计策略。
历经九年的专家论证与行政审批，最终方案于2019年获得国家文物局批复，工程于2021年12月告竣，有效展示了乾隆与光绪两个时期的空间关系，提升了颐和园后山空间品质，讲好了建筑铸牢中华民族共同体的故事。
自北向南看局部修复的大殿遗址及东西配楼
须弥灵境建筑群遗址保护修复立面图
绵绵用力，揭示南海子的历史价值，讲好中国故事，促进优秀传统文化的国际传播
自2018年起，北京市大兴区委宣传部委托我们研究团队围绕南海子的历史文化开展持续研究，陆续完成了《南海子相关历史文献档案收集整理研究》《南海子营建史研究》《南海子样式雷图档专题研究》《大兴南海子文化挖掘与推广项目（南海子图像志出版）》项目，搜集了大量未曾被利用的样式雷图档、舆图、绘画以及历史影像，对南海子的历史与价值认知也有重大突破，为连续七届“南海子论坛”和相关展览提供了重要支撑。
2023 年出版的中英文对照版《南海子图像志》首次将南海子相关历史图像，包括样式雷图、舆图、绘画、档案影像、诗文碑刻、历史照片等，分主题进行系统梳理，以图证史，以图传史，全景呈现了南海子的生态智慧、城苑关系、历史功能、园林营建。
我们提出了南海子是明清北京首个城市副中心、南海子是大运河的重要水源地、南海子是北京中轴线首次南延、南海子是清代国家行宫体系的咽喉等核心命题，纠正了北京大运河文化带不含南海子地区的认知误区。以中英双语阐释中国苑囿营建智慧，突破语言壁垒，使关键史料及传统生态哲学得以无损传递。为大兴区南海子博物馆的展览展陈提供了重要支撑，为北京全国文化中心建设、讲好中国故事、增强文化自信做出了积极贡献。
不弃微末，爬梳档案、精细测绘，解密嘉峪关营修历史
面对嘉峪关明代定型的共识，我们研究团队基于嘉峪关营修痕迹的调查与相关文献分析，提出嘉峪关城楼形式自明代创建后曾发生重大改变的推测。进而通过中国第一历史档案馆、台北故宫博物院所藏三份嘉峪关修缮工程奏折的解读分析，首次将嘉峪关的营修划分为汉代设关、洪武肇建、正德增华、乾隆定型四个重要阶段。
我们详细还原了乾隆五十七年（1792）嘉峪关修缮工程勘察、设计、施工、变更、验收的全过程；揭示了清廷基于嘉峪关已为内关但仍是东西要道的现实，重点修复关城，放弃边墙壕沟，革故鼎新、重塑雄关的古迹保护思路；及其更改关楼、东西城楼样式，包砌关楼东西土城，添建东西月城门楼，奠定嘉峪关主体建筑当前格局的客观事实。
相关文献档案、测绘与研究成果汇集出版了《天下第一关-嘉峪关》一书。研究新识别被新华社、中新网、每日新报等媒体报道、转载，对深化长城遗产营修历史及其价值认知具有一定的示范意义，对长城遗产当代的保护理念与方法也有重要的借鉴意义。
建筑遗产保护的科技支撑
构建中国传统青砖科学认知方法体系和数据库，实现皇家建筑用砖产地的溯源
物料来源一直是建筑史研究的核心话题，受学科细分影响，这一领域一直也是建筑史学研究的薄弱环节。我们研究团队以临清砖为例，与材料科学、地球化学交叉融合，通过文献档案的搜集整理与田野调查，总结了临清砖铭文款式、内容的时代特征，初步构建了临清砖的烧造谱系，通过试验室与砖窑烧造相结合的方法揭示了临清砖红白原料土配比、烧造温度与临清砖力学性能的关系。
我们对已知产地青砖样本元素、同位素、物相、微观形貌、物理力学性能的检测，建立了北京、山东临清、安徽凤阳青砖材料特征信息数据库和产地溯源方法，实现了无明确产地标识皇家建筑用砖的产地溯源。为中国传统建筑材料的研究做出了示范，为讲好中国故事提供了科技支撑。为北京城砖、故宫出土城砖、南京城砖、凤阳中都城砖、天津运河出土城砖的产地溯源提供了技术支持。
探明传统木结构斗栱与柱脚节点力学特性，提升传统木结构仿真模拟的精度
力学特性是阐释中国古代木结构科学价值的重要内容也是当代建筑遗产科学保护的重要依据。积极与土木工程学科交叉，引入无损透视技术，建立真实构造逻辑的大木结构实体模型和数字模型，将模型试验与计算机仿真模拟相结合，探索中国传统木结构建筑斗栱与柱脚节点的力学特性。
我们基于聊城光岳楼三层外檐斗栱、蓟县独乐寺观音阁二层七铺作偷心造斗栱、宋式七铺作全偷心斗栱、宋式七铺作计心斗栱、宋式七铺作双抄双下昂斗栱、宋式七铺作四抄斗栱、嘉峪关木构城楼的一斗二升交麻叶斗栱力学特性的足尺模型静力、拟静力试验，以及三种典型古镜柱础节点力学特性的缩比尺模型静力、拟静力试验。得到不同结构构造形式对斗栱及柱脚节点力学性能的影响规律，揭示了结构体系的传力机制和破坏模式，推导了斗栱与柱脚节点的刚度公式，有效提升传统木结构数值模拟的精度，也为大木结构监测预警阈值的确定与结构加固方案的制定提供了科学依据。
构建中国古典园林监测技术与方法体系，提升我国文化遗产预防性保护能力
监测是实施文化遗产预防性保护的重要技术手段，相较一般建筑遗产，古典园林要素丰富、关系复杂，监测什么？怎么监测？监测数据怎么管理？怎么分析？致病因素怎么诊断？都是古典园林监测亟需回答的问题。
我们研究团队历经十余年的产、学、研协同攻关和应用示范取得了多项成果：提出了以遗产认知与保护为核心的古典园林监测工作技术与方法体系，有效避免了过渡监测；开发了多源信息联动分析的古典园林遗产监测预警平台，实现了遗产监测信息的可视化管理；研发了基于天际线匹配的室外主动相机重定位方法，提高了景观视廊的监测精度与效率；提出了多源数据融合的古典园林彩画色彩衰变诊断方法，实现了彩画本体衰变与影响因素的耦合分析；研发了一种单钎多测点新型水土流失监测技术，提升园林微地形水土流失监测精度；提出了基于整体物理模型的古建筑全过程地震反应分析方法与交通振动模拟技术，提升了古建筑的振动数值模拟精度。
这些成果在世界文化遗产颐和园进行了整体示范，在避暑山庄、拙政园、北海、圆明园、景山等古典园林以及嘉峪关、敦煌莫高窟等十余处古建筑群进行了局部示范。经由国际古迹遗址理事会前副主席郭旃先生、全国工程勘察设计大师曹景组成的专家组鉴定：项目总体达到国际领先水平，为我国的古典园林研究、监测、评估做出了创造性贡献，对相关遗产地具有重要的示范意义。
作者简介
张龙，男，天津大学建筑学院英才教授、博士生导师、天津大学建筑历史与遗产保护基地主任，国家一级注册建筑师、文物保护工程责任设计师。致力于历史建筑遗产挖掘与保护利用研究、教学及实践工作，积极推动跨学科协作。已承担6项国家与省部级科研课题，主持完成30余项建筑遗产的研究、保护与展示利用项目。主要成果包括中国风景园林学会科技进步一等奖、优秀规划设计一等奖，教育部科技进步二等奖以及中国优秀勘察设计二等奖等10余项国家及省部级奖项。以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文11篇（其中JCR一区论文达5篇），出版专著5部。并于2024年获评天津市科普大使称号。其科研成果先后被《人民日报》《科技日报》《新华社》《光明日报》等主流媒体专题报道，如“延续颐和园传奇——天津大学利用技术手段，对古建筑进行监测和预防性保护”“古建‘医生’张龙：让千年古都展新颜”“3份宫廷档案揭开嘉峪关清代大修秘史”“南海子：溯‘古苑囿’文脉，展‘新国门’风采”等，参与央视《样式雷》纪录片的拍摄以及春晚《栋梁》节目的演绎。在教育教学方面，2门课程获得天津大学课程思政立项，1门课程入选首批国家级一流本科虚拟仿真实验课程，录制1堂教育部“铸牢中华民族共同体意识精品课”，1项工程实践案例入选中国专业学位工程案例。
主要社会兼职有：中国文物保护技术协会理事；中国建筑学会城乡建成遗产学术委员会委员；中国建筑学会建筑史学分会理事；中国风景园林学会理论与历史专委会委员；中国文物保护技术协会文物建筑安全检测鉴定与抗震评估专业委员会委员；天津市风景园林学会常务理事；Structures审稿人；古建园林技术杂志编委；东丽湖未来学校科学教育副校长；中国民族建筑研究会古建园林分会副会长兼秘书长。
