基于文物本體與環(huán)境監(jiān)測的佛光寺東大殿預(yù)防性保護(hù)研究

張 榮，王 麒，陳竹茵，李玉敏，王 帥，任毅敏，宋 陽，胡俊英

（1.清華大學(xué)建筑學(xué)院，北京 100084；2.北京國文琰文化遺產(chǎn)保護(hù)中心有限公司，北京 100192；3.山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院，山西 太原 030012）

1 概述

山西省是我國木結(jié)構(gòu)古建筑保存最多的省份，尤其保存了中國超過70%的元代以前的早期木結(jié)構(gòu)古建筑。極端天氣中的暴雨對古建筑的威脅巨大。2021年10月初，山西暴雨導(dǎo)致平遙古城局部坍塌、太原晉祠漏雨等多處文物建筑受損[1]。暴雨災(zāi)害構(gòu)成了山西的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，幾乎每年都會出現(xiàn)強(qiáng)度不同的暴雨災(zāi)害”[2]?！吧轿魇〗涤炅吭诳臻g上具有明顯的經(jīng)向性，由東南至西北逐漸遞減，東南部的太行山區(qū)和中條山區(qū)及東部的五臺山區(qū)為全省降雨高值區(qū)，太行山區(qū)及中條山區(qū)年降雨量在500～600 mm，五臺山區(qū)年降雨量在600 mm以上”[3]。

2017年8月，受暴雨影響，五臺山佛光寺東大殿出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的屋頂漏雨問題。國家文物局、山西省文物局高度重視，對東大殿進(jìn)行了緊急搶險(xiǎn)遮護(hù)措施，并派工作組到現(xiàn)場調(diào)查情況。鑒于佛光寺東大殿價(jià)值重大，殘損問題復(fù)雜，依據(jù)國家文物局對五臺山佛光寺東大殿文物本體及環(huán)境監(jiān)測方案的批準(zhǔn)文件[4]，由山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院與北京國文琰文化遺產(chǎn)保護(hù)中心等團(tuán)隊(duì)開展針對佛光寺東大殿的建筑本體和環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目。通過精確的文物本體監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測，總結(jié)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，分析異常原因，并針對性地進(jìn)行了環(huán)境氣象監(jiān)測、結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測與屋面滲漏監(jiān)測，在可能導(dǎo)致東大殿屋面漏雨的暴雨等極端天氣來臨前，發(fā)出預(yù)警，以便佛光寺管理機(jī)構(gòu)能及時(shí)采取合理措施，達(dá)到了預(yù)防性保護(hù)的目的。

2 勘察分析研究與監(jiān)測體系設(shè)計(jì)

2.1 勘察病害問題

佛光寺東大殿自1937年7月發(fā)現(xiàn)至今，未進(jìn)行過大修，僅進(jìn)行過局部臺基加固、椽望修補(bǔ)、瓦面勾抿等日常保養(yǎng)工程。建筑及塑像、壁畫、題記、彩畫等像設(shè)基本未被干擾，歷史信息保留真實(shí)性與完整性極高。同時(shí)，佛光寺東大殿文物本體保存狀態(tài)脆弱，建筑存在較為嚴(yán)重的殘損問題。監(jiān)測團(tuán)隊(duì)在《佛光寺東大殿建筑勘察研究報(bào)告》[5]的研究成果基礎(chǔ)上，與專家組再次對東大殿屋面進(jìn)行了詳細(xì)地勘察分析，并分析屋頂滲漏的原因。

東大殿殘損主要有材質(zhì)、位移問題，構(gòu)件存在較多的腐朽、順紋開裂問題，該類問題相對比較集中在暴露在室外的外檐及較易受潮濕或污染的草

內(nèi)部。根據(jù)佛光寺東大殿理想圖與現(xiàn)狀點(diǎn)云對比分析出，東大殿由柱頭平面起整體屋架結(jié)構(gòu)向后傾斜。源于后檐柱頭沉降導(dǎo)致整個(gè)柱頭平面向后傾斜，而整個(gè)鋪?zhàn)鲗蛹捌渖狭骸⒆泳形灰?、滑動的現(xiàn)象（圖1）。

圖1 佛光寺東大殿點(diǎn)云與理想圖對比橫剖面圖（來源：文獻(xiàn)[5]）

《佛光寺東大殿建筑勘察研究報(bào)告》認(rèn)定東大殿結(jié)構(gòu)可靠性為III級[5]①《佛光寺東大殿建筑勘察研究報(bào)告》認(rèn)為：“承重結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位的殘損點(diǎn)或其組合已影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，有必要采取加固或修理措施，但尚不至立即發(fā)生危險(xiǎn)。”（圖2）。東大殿建筑的位移是否穩(wěn)定或者仍在發(fā)展，是進(jìn)一步判斷東大殿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在，所以本次對東大殿大木結(jié)構(gòu)位移的監(jiān)測，是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。

圖2 大木關(guān)鍵殘損點(diǎn)分布示意圖（來源：文獻(xiàn)[5]）

東大殿望板現(xiàn)狀存在2種類型：橫望板與棧條②據(jù)山西省古建筑研究所原所長柴澤俊先生所介紹，棧條做法在山西較常見，一般使用新鮮荊條或新鮮木料劈小而成。。

橫望板大致分布于前檐及上平以內(nèi)，東、南、北3側(cè)中平 至外檐使用棧條。此2類望板殘損問題都較嚴(yán)重，安全隱患嚴(yán)重。

根據(jù)2006年勘察記錄，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)東大殿望板、棧條、苫背有7處破漏點(diǎn)（圖3）。根據(jù)2017年勘察記錄，東大殿望板、棧條、苫背出現(xiàn)了20余處破漏處（圖4），說明東大殿屋頂望板、棧條、苫背處于加速破壞中，屋頂漏雨問題逐漸凸顯。

圖3 望板破損示意圖（來源：文獻(xiàn)[5]）

圖4 望板破損示意圖（來源：山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院，2017年9月）

2017年8月，在東大殿發(fā)生滲漏情況后，根據(jù)現(xiàn)場勘察，苫背與望板全部濕透，部分椽子、子也有較為嚴(yán)重的潮濕情況，東大殿屋面出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的滲漏問題。

2.2 監(jiān)測策略制定

根據(jù)現(xiàn)場勘察并結(jié)合方案批文要求，監(jiān)測團(tuán)隊(duì)確定針對佛光寺東大殿的監(jiān)測內(nèi)容主要分為3個(gè)方面：

（1）環(huán)境監(jiān)測。在佛光寺3層臺地處安裝小型綜合氣象站（圖5），實(shí)時(shí)記錄東大殿室外溫濕度、降水、風(fēng)力風(fēng)向、太陽輻射等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)數(shù)值；在殿內(nèi)安裝實(shí)時(shí)溫濕度監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄殿內(nèi)環(huán)境溫濕度和壁溫信息。全面掌握東大殿區(qū)域氣象環(huán)境與微環(huán)境數(shù)據(jù)。

圖5 佛光寺小型綜合氣象站（來源：作者自攝）

（2）東大殿結(jié)構(gòu)位移變形監(jiān)測。在東大殿外圍建立平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，設(shè)計(jì)、定制和安裝結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)，定期觀測分析構(gòu)件形變數(shù)值。同時(shí)在精準(zhǔn)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上，采用三維掃描設(shè)備定期完整獲取大殿建筑三維信息（圖6），對比不同時(shí)期三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，判斷東大殿構(gòu)件位移情況。根據(jù)定期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對東大殿建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位安裝實(shí)時(shí)位移監(jiān)測裝置，在已知坐標(biāo)系中獲得構(gòu)件之間的相對變形量，同時(shí)結(jié)合外部環(huán)境和室內(nèi)微環(huán)境的變化，分析在這些環(huán)境中保存的木構(gòu)件的變化規(guī)律。

圖6 建筑監(jiān)測測量現(xiàn)場（來源：作者自攝）

（3）東大殿滲漏監(jiān)測。在東大殿屋面瓦頂與望板（棧條）之間的苫背內(nèi)部安裝含水率實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備，分析苫背潮濕程度和屋頂滲漏的關(guān)系，建立屋頂滲漏監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和預(yù)防性保護(hù)機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)東大殿屋面有滲漏的可能，立即向保護(hù)工作人員預(yù)警，以便及時(shí)采取臨時(shí)搶險(xiǎn)維護(hù)措施。

研究團(tuán)隊(duì)還為佛光寺管理方建立了實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺，供監(jiān)測團(tuán)隊(duì)和保護(hù)工作人員隨時(shí)查閱監(jiān)測數(shù)據(jù)并分析使用，同時(shí)提供屋面滲漏預(yù)警功能（圖7）。除了對可能的破壞因素進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警外，研究團(tuán)隊(duì)定期分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年總結(jié)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析報(bào)告1份。

圖7 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)及監(jiān)測系統(tǒng)平臺（來源：作者單位提供）

3 監(jiān)測內(nèi)容及數(shù)據(jù)分析

3.1 環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

佛光寺東大殿環(huán)境氣象監(jiān)測設(shè)備包括室外環(huán)境全要素小型氣象站1座和東大殿建筑室內(nèi)微環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。室外全要素氣象監(jiān)測信息包括：溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降水、光照輻射。室內(nèi)微環(huán)境監(jiān)測信息包括草、明空間內(nèi)的溫濕度、壁面溫度監(jiān)測。以上環(huán)境監(jiān)測頻率為每15 min記錄1次。監(jiān)測團(tuán)隊(duì)還定期對東大殿區(qū)域的光照輻射進(jìn)行了監(jiān)測。根據(jù)3年環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，佛光寺環(huán)境分析情況如下。

東大殿所在地區(qū)四季分明，雨熱同期。2018—2020年，溫度整體呈正弦波動，最低溫出現(xiàn)在12月、1月，最高溫出現(xiàn)在6月、7月，全年溫差可達(dá)50℃以上。監(jiān)測點(diǎn)太陽輻照量有3個(gè)高峰，分別在早上9：00前后、正午時(shí)分和17:30前后。由于陽光輻射是東大殿周圍環(huán)境主要熱量來源，環(huán)境溫度變化幅度與輻射量關(guān)系密切且同步變化。佛光寺所屬區(qū)域?qū)儆诎霛駶櫟貐^(qū)，總體來說降水集中于夏季，因此6月后環(huán)境濕度明顯增加，常出現(xiàn)極端高濕或持續(xù)性高濕，環(huán)境濕度與降水事件關(guān)系密切，需要注意室內(nèi)防潮除濕。2020年全年降水634.5 mm，與2019年相比，雨季來臨更早，降雨量更大，降雨時(shí)間更集中，使東大殿屋面面臨漏雨風(fēng)險(xiǎn)（圖8）。

圖8 2019和2020年1—11月佛光寺降水量對比圖（來源：作者自繪）

由于海拔較高，東大殿所處區(qū)域氣象學(xué)冬季長達(dá)半年而氣象學(xué)夏季不足半個(gè)月，與同緯度平原地區(qū)相比，其氣候特征更接近于高寒地區(qū)。1年之中平均溫度低于0℃的天數(shù)高達(dá)88天。因此在氣候分析和極端天氣防護(hù)方面應(yīng)更多參考高寒地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。

佛光寺東大殿所在區(qū)域主風(fēng)向隨季節(jié)推移略有變化，但總體盛行西-西南風(fēng)，其次為東-東北風(fēng)。由于地形限制總體風(fēng)力不大，最大風(fēng)力4級，其中東-東北方向風(fēng)力微弱，西南風(fēng)風(fēng)力相對較強(qiáng)。從時(shí)間維度上看，10月及11月風(fēng)力最強(qiáng)，3月及4月有風(fēng)時(shí)段最長，與東大殿區(qū)域溫濕度變化較為劇烈的時(shí)段相對應(yīng)（圖9）。由于東大殿周邊風(fēng)力較小，因此風(fēng)害風(fēng)險(xiǎn)不大。

圖9 2020年全年風(fēng)速風(fēng)向玫瑰圖（來源：作者自繪）

室內(nèi)微環(huán)境監(jiān)測表明：東大殿建筑具備良好保溫作用，對穩(wěn)定內(nèi)部環(huán)境具有重要意義。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，室內(nèi)所有測點(diǎn)的溫濕度變化均比室外測點(diǎn)小，整體溫濕度波動幅度減少達(dá)90%。夏季草架溫度高于大殿內(nèi)溫度，冬季大殿內(nèi)溫度高于草架溫度，同時(shí)后檐墻內(nèi)壁溫平均值始終高于大殿內(nèi)及草架溫度（圖10、圖11），說明冬季和夏季熱量流動方向不同。

圖10 2020年1月東大殿室內(nèi)外溫度對比圖（來源：作者自繪）

圖11 2020年8月東大殿室內(nèi)外溫度對比圖（來源：作者自繪）

室內(nèi)測點(diǎn)相對濕度受外界濕度影響較小，草架內(nèi)測點(diǎn)相對濕度基本不受短時(shí)間極端濕度變化的影響，而大殿內(nèi)測點(diǎn)只有在開放時(shí)段③開放時(shí)段一般為文物保護(hù)單位佛光寺開放日的9：00—17：00，該時(shí)段一般會將東大殿前門打開。恰逢極端濕度變化時(shí)，才出現(xiàn)相對濕度快速變化的情況。草架平均含濕量始終高于大殿內(nèi)平均含濕量，在出現(xiàn)較為劇烈的降溫時(shí)，草架內(nèi)部更容易出現(xiàn)凝結(jié)。由于草架溫度穩(wěn)定且及氣溫較高，監(jiān)測時(shí)段內(nèi)暫時(shí)沒有出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，但屋面滲漏發(fā)生時(shí)，會使草架濕度大幅上升。說明在建筑外皮完好、不存在滲漏的條件下，室內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。

根據(jù)已采集的數(shù)據(jù)初步估算，佛光寺東大殿產(chǎn)生凍融風(fēng)險(xiǎn)的氣候條件：應(yīng)滿足環(huán)境氣溫跨越0℃且高于0℃和低于0℃的時(shí)長均不少于4 h。從環(huán)境溫度曲線可以看出，佛光寺當(dāng)?shù)貧鉁卦趩稳諆?nèi)也呈正弦波動，因此結(jié)合凍融氣候條件可計(jì)算出2019年佛光寺具備凍融溫度條件的天數(shù)為81天，2020年為62天。凍融需要滿足的條件除氣溫外，還需材料孔隙中有毛細(xì)水存在，該條件受降水量、蒸發(fā)量和空氣濕度等多個(gè)參數(shù)影響。

3.2 建筑位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測團(tuán)隊(duì)為佛光寺建立了永久的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)（圖12）。永久觀測樁設(shè)置于佛光寺第三層平臺東大殿四角以外（F1～F4），在第二層平臺文殊殿東側(cè)也設(shè)置了1座永久觀測樁F0，為未來佛光寺其他的文物建筑監(jiān)測提供坐標(biāo)。

圖12 佛光寺平面控制網(wǎng)分布圖（來源：作者單位提供）

監(jiān)測團(tuán)隊(duì)采用高精度數(shù)字全站儀、水準(zhǔn)儀對設(shè)在東大殿大木結(jié)構(gòu)上的370余個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行多次監(jiān)測，采用高精度三維激光掃描設(shè)備對建筑整體和局部區(qū)域進(jìn)行多次掃描。經(jīng)測算，在水平方向上，穩(wěn)定地面設(shè)站測量中誤差為1.0 mm，對于觀測條件更好的柱子采用全站儀交會測量法，誤差可以減小至0.1 mm。在高程方向上，地面設(shè)站與草內(nèi)測量中誤差為1.5 mm（圖13）④內(nèi)容引自張榮、李玉敏、陳竹茵等在第三屆國際建筑遺產(chǎn)保護(hù)與修復(fù)博覽會預(yù)防性保護(hù)論壇會議上的報(bào)告《佛光寺東大殿的建筑尺度研究與位移監(jiān)測初探》。。

圖13 東大殿位移監(jiān)測精度示意圖（來源：作者自繪）

監(jiān)測團(tuán)隊(duì)在東大殿后山安裝2組自動激光測距儀，分別對各自能觀測到的東大殿3座角梁標(biāo)靶進(jìn)行自動測距。在草梁架內(nèi)安設(shè)2組自動激光測距儀，對草內(nèi)的主要梁標(biāo)靶進(jìn)行自動測距。測距頻率為15 min，精度為0.1 mm（圖14）。

圖14 實(shí)時(shí)位移監(jiān)測布點(diǎn)示意圖（來源：作者單位提供）

將2006年和本次監(jiān)測期佛光寺東大殿掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并結(jié)合實(shí)時(shí)位移監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)：小尺寸的單構(gòu)件自身尺寸基本保持一致，如斗的材厚、廣、出跳等。但大構(gòu)件及空間位置有較為明顯的不同，以開間為例，將2006年7月和2018年9月在相同高度所截取的開間距離數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)：2期測量數(shù)據(jù)雖然存在一定差距，但變化量多在10 mm以內(nèi)，最大值為20 mm。同時(shí)，變化數(shù)據(jù)有正與負(fù)，最終通面闊的累計(jì)差值約20 mm。我們可以看出：木結(jié)構(gòu)建筑并非巋然不動，在溫濕度等環(huán)境變化影響下，每個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件都會產(chǎn)生微小的漲縮或位移變化，對于東大殿這樣1座通面闊34.02 m、通進(jìn)深17.64 m，由超過3 000個(gè)木結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的建筑，其位移累加量是非常顯著的。

舉例說明：2019年9月7日，東大殿室外日環(huán)境溫差達(dá)16.4℃，濕度變化量達(dá)50%。西南角梁端點(diǎn)全天最大位移量為6.5 mm（圖15），東南角梁端點(diǎn)全天最大位移量為7.5 mm（圖16），角梁位移曲線與環(huán)境溫度變化趨勢基本一致，說明建筑位移形變量與溫度變化有明確的關(guān)聯(lián)性。

圖15 2019年9月7—8日東大殿西南角角梁形變曲線（來源：作者自繪）

圖16 2019年9月7—8日東大殿東南角梁形變曲線（來源：作者自繪）

對比冬夏兩季東大殿結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，其位移更加顯著。由于各節(jié)點(diǎn)位移存在海量的數(shù)據(jù)，對應(yīng)分析其與溫濕度變化的工作非常復(fù)雜。目前，只能得到初步認(rèn)識，東大殿隨著每年和每日的溫濕度變化，整體結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生位移變化，變化具有一定規(guī)律。

從上面的分析可以知道，東大殿角梁端點(diǎn)的日位移變化都可以達(dá)到7 mm。角梁端點(diǎn)位移需要考慮不同柱子、梁枋、鋪?zhàn)鲗游灰谱兓睦塾?jì)，故這2次測量的數(shù)據(jù)差反映出東大殿結(jié)構(gòu)自身的位移數(shù)據(jù)變化。

根據(jù)以上分析結(jié)果，中國木結(jié)構(gòu)古建筑存在受外界環(huán)境影響具有微小位移的特性，我們將這種現(xiàn)象稱為“微位移”⑤內(nèi)容引自張榮、李玉敏、王帥等在“紀(jì)念中國營造學(xué)社成立90周年”學(xué)術(shù)會議上的報(bào)告《佛光寺東大殿建筑、像設(shè)營造制度與空間關(guān)系研究》。。古建筑構(gòu)件微小的位移變化與所處的外部環(huán)境，尤其是溫濕度環(huán)境關(guān)系緊密，該種微位移不能簡單地認(rèn)為是古建筑的形變病害問題，而是古建筑木結(jié)構(gòu)材料特性應(yīng)對其所處環(huán)境變化的一種形態(tài)變化。

雖然東大殿部分構(gòu)件的位移變化呈現(xiàn)不規(guī)律現(xiàn)象，但從整年的變化周期來看，大木結(jié)構(gòu)基本具有往復(fù)位移的趨勢，未發(fā)現(xiàn)對整體結(jié)構(gòu)有持續(xù)性破壞影響（圖17、圖18）。但對于局部變形突出的區(qū)域，仍需加強(qiáng)監(jiān)測和分析，以防突發(fā)事件可能會引起構(gòu)件的殘損，應(yīng)作為預(yù)防保護(hù)措施重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。

圖17 2019年8月25日—9月24日東大殿西南角梁單月形變曲線（來源：作者自繪）

圖18 2019年8月25日—9月24日東大殿東南角梁單月形變曲線（來源：作者自繪）

3.3 屋面滲漏監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)

基于初步監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場勘察研究以及設(shè)備試驗(yàn)基礎(chǔ)上，監(jiān)測團(tuán)隊(duì)選擇在東大殿草架內(nèi)部，每個(gè)開間內(nèi)沿下平>在苫背內(nèi)部安裝濕度傳感器探針設(shè)備1枚，共安設(shè)22枚滲漏監(jiān)測探針（圖19）。由于水是自上而下流動，將探頭安裝在屋面中部偏下的部位，可較全面地掌握屋面是否發(fā)生滲漏的情況，并且沿下平>布置傳感線路，可以減少固定線路和傳感器的釘子等加固構(gòu)件，對文物本體的干擾降至最低。

圖19 屋面滲漏監(jiān)測點(diǎn)布局圖（來源：作者單位提供）

結(jié)合氣象降水監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)屋面滲漏監(jiān)測設(shè)備反映的屋頂各個(gè)區(qū)域苫背含水率的變化，為東大殿建立了滲漏報(bào)警系統(tǒng)。

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，東大殿屋頂滲漏是由于長時(shí)間降雨導(dǎo)致屋頂局部區(qū)域苫背層被完全浸濕，當(dāng)苫背含水量飽和后，從苫背空洞處和其他縫隙處透過望板和棧條滲水，最終形成屋頂滲漏。同時(shí)監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，一次滲漏發(fā)生后，監(jiān)測點(diǎn)所在區(qū)域需要較長時(shí)間才能緩慢地、逐步地恢復(fù)正常狀態(tài)，說明滲漏對監(jiān)測工作、環(huán)境控制以及木構(gòu)件保存造成非常嚴(yán)重的影響，需要及時(shí)采取措施。

東大殿殿內(nèi)濕度受環(huán)境濕度變化影響更大，而在屋面沒有滲漏的情況下草架濕度一般較為平穩(wěn)，濕度與大廳濕度相近，因降水引起的濕度波動為環(huán)境濕度＞大殿濕度＞草架濕度；但當(dāng)屋頂出現(xiàn)滲漏時(shí)，可以明顯看到，草架濕度變化幅度比大殿濕度更大，且濕度發(fā)生變化的時(shí)間更早，說明建筑外皮功能的完整對保持草架內(nèi)部乃至建筑內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定具有重要意義。

進(jìn)一步分析導(dǎo)電率數(shù)據(jù)變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生滲漏后，監(jiān)測點(diǎn)需要經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間才能緩慢干燥、恢復(fù)原始導(dǎo)電率。通過和當(dāng)?shù)氐臏貪穸群徒邓闆r對比可以發(fā)現(xiàn)，再次集中降水出現(xiàn)時(shí)，發(fā)生過滲漏而還未完全干燥的監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)了電導(dǎo)率下降的平臺期，即導(dǎo)電率下降的速率變慢，但沒有再次出現(xiàn)導(dǎo)電率躍升的情況。而從通過現(xiàn)場勘查確定的發(fā)生滲漏的監(jiān)測點(diǎn)情況來看，發(fā)生滲漏后，需要1～2.5個(gè)月時(shí)間才能恢復(fù)原始導(dǎo)電率，這意味著發(fā)生滲漏的位置在1～2個(gè)月內(nèi)都處于高度潮濕狀態(tài)。在此期間如果再次出現(xiàn)集中降水，已經(jīng)吸水飽和的苫背的防滲漏能力不足，同時(shí)監(jiān)測點(diǎn)很可能無法表現(xiàn)出導(dǎo)電率躍升，無法表征監(jiān)測點(diǎn)滲漏情況，也就難以準(zhǔn)確預(yù)警（圖20）。

圖20 東大殿前檐屋面滲漏監(jiān)測點(diǎn)導(dǎo)電率變化趨勢圖（來源：作者單位提供）

屋頂對于維持東大殿相對穩(wěn)定封閉的空間微環(huán)境至關(guān)重要，屋面滲漏會導(dǎo)致內(nèi)部熱、濕傳遞路徑和總量改變，破壞內(nèi)部微環(huán)境穩(wěn)定性。

2020年7月2日開始，隨著佛光寺當(dāng)?shù)販貪穸茸兓安煌潭鹊慕涤?，監(jiān)測點(diǎn)的導(dǎo)電率數(shù)值有小幅度變化。8月15—17日降雨量增大，16日凌晨，東大殿前檐有3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)導(dǎo)電率徒增，系統(tǒng)判斷有滲漏可能并預(yù)警，17日下午后檐區(qū)域發(fā)生預(yù)警。東大殿出現(xiàn)屋面滲水現(xiàn)象（圖21）。

圖21 2020年8—10月東大殿屋頂滲漏示意圖（來源：作者單位提供）

2021年10月3—6日五臺山佛光寺區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)降雨，東大殿屋頂再次出現(xiàn)滲水問題。

預(yù)警信息除了通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)預(yù)警外，還通過手機(jī)端直接向山西省古建筑與彩塑壁畫研究院及佛光寺文物管理所負(fù)責(zé)人預(yù)警，接到預(yù)警后工作人員及時(shí)對東大殿屋面進(jìn)行巡檢與觀測，如果確實(shí)發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，便采取針對性預(yù)防性保護(hù)措施。

根據(jù)近2年監(jiān)測數(shù)據(jù)與屋面滲漏現(xiàn)象的發(fā)生可以初步推斷，當(dāng)佛光寺區(qū)域發(fā)生連續(xù)2天（48 h）以上降雨，降水量達(dá)到80 mm以上，東大殿就會大概率發(fā)生滲水現(xiàn)象。夏季1、2個(gè)月內(nèi)的連續(xù)降雨，由于苫背來不及完全干燥，滲水更容易發(fā)生，并且會導(dǎo)致東大殿草及大殿后槽區(qū)域持續(xù)濕度過高，增大文物破壞隱患。

4 東大殿預(yù)防性保護(hù)措施

據(jù)近年研究統(tǒng)計(jì)，歷史上佛光寺東大殿共經(jīng)歷過16次修繕，約每隔70年修繕1次，每200年大修1次[6]。

中華人民共和國成立后，佛光寺東大殿的日常管理與日常保養(yǎng)維護(hù)工作一直由山西省古建筑與彩塑壁畫研究院（原山西省古建筑保護(hù)研究所，以下簡稱“古建院“）下設(shè)的佛光寺文物保護(hù)管理所負(fù)責(zé)，古建院對佛光寺東大殿的日常保養(yǎng)工作非常重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從中華人民共和國成立初至今，佛光寺東大殿主要的日常保養(yǎng)工程如下：①1952—1953年，東大殿進(jìn)行屋頂維護(hù)及后墻水溝維修。②1956年，東大殿屋頂拔草保養(yǎng)與局部維修。③1959年，修繕完成殿前24 m長的擋土墻，重砌上部花欄墻。④1960年，東大殿瓦頂再次勾抿。⑤1977年，東大殿院墊灰土，修踏道。⑥1983年，東大殿后坡取土石，使山崖距大殿5 m寬。⑦1984年，東大殿后坡全面勾抿；為東殿院鋪石板備料；重筑東殿院基墻北護(hù)岸；東殿前石經(jīng)幢做護(hù)罩；建了3個(gè)消防水池。⑧1998年，勾抿東大殿瓦頂。⑨1999年，拆修后檐當(dāng)心間瓦頂，修補(bǔ)增添椽子，添加棧板，局部重瓦屋面。⑩2000年，東大殿內(nèi)增設(shè)防盜欄桿。?2007年，完成佛光寺東大殿預(yù)防漏雨搶修及報(bào)告書寫（連陰雨導(dǎo)致殿內(nèi)漏雨）。?2017年8月，東大殿屋頂發(fā)生較為嚴(yán)重的滲漏問題。針對滲漏問題，古建院對屋面和建筑內(nèi)塑像壁畫采用防雨布進(jìn)行了臨時(shí)遮護(hù)，防止雨水滲漏破壞脆弱的塑像壁畫（圖22、圖23）。待降雨停止后，將東大殿前檐所有大門打開（平時(shí)白天有游客時(shí)僅開明間大門，無游客時(shí)全封閉），加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)，并待苫背完全干燥后對屋面進(jìn)行勾抿。?2019年對位移缺失嚴(yán)重的棧條、望板、苫背進(jìn)行局部臨時(shí)加固。?2020年8月、2021年10月，在東大殿屋面滲漏監(jiān)測預(yù)警后，佛光寺內(nèi)保護(hù)人員對滲水的預(yù)警區(qū)域進(jìn)行巡查，在草梁架內(nèi)的平上方采取臨時(shí)遮護(hù)措施，鋪設(shè)防雨布，并在明顯滲水點(diǎn)下方臨時(shí)鋪設(shè)毛巾、棉被、臉盆、水桶等，預(yù)防可能的滲水侵蝕到東大殿明內(nèi)，對東大殿殿內(nèi)建筑、塑像、壁畫起到了預(yù)防性保護(hù)作用，為未來東大殿屋面滲漏問題的徹底解決爭取了時(shí)間。

圖22 佛光寺東大殿屋面臨時(shí)遮護(hù)措施（來源：山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院，2017年8月）

圖23 佛光寺東大殿塑像遮護(hù)措施（來源：山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院，2017年8月）

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，佛光寺在持續(xù)雨雪天氣后，尤其是夏秋和初春季節(jié)，東大殿殿內(nèi)濕度常持續(xù)高達(dá)80%以上，對木構(gòu)件及塑像、壁畫保存都產(chǎn)生較大威脅。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析主要是持續(xù)降雨后東大殿苫背吸水，導(dǎo)致草內(nèi)部濕度過大，進(jìn)而影響東大殿殿內(nèi)濕度。近2年，東大殿工作人員在雨后都將東大殿前檐5座大門全部打開，加強(qiáng)通風(fēng)，大大加快了東大殿室內(nèi)濕度的降低（圖24）。佛光寺冬季降雪后，在建筑后墻到后山崖壁之間的積雪長期不見陽光，難以融化，導(dǎo)致東大殿后檐墻區(qū)域低溫潮濕，區(qū)域濕度增加，并進(jìn)而導(dǎo)致冷凝水與凍融現(xiàn)象增多。東大殿工作人員目前在冬季降雪后，盡快除雪，尤其是后檐墻后側(cè)積雪，濕度、冷凝水、凍融問題得到了有效緩解（圖25）。

圖24 東大殿前檐所有大門打開通風(fēng)（來源：作者自攝）

圖25 東大殿門前掃雪（來源：作者自攝）

根據(jù)近年的研究表明，歷史上東大殿多次被后方山洪沖毀后檐墻[6]，鑒于這2年暴雨增多，東大殿后山的洪水威脅增大。2021年至今，佛光寺正在進(jìn)行環(huán)境整治工程，工程方案專門對佛光寺內(nèi)，尤其是東大殿周邊的排水系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)整治，對后山原有的土質(zhì)截排水溝進(jìn)行疏導(dǎo)和硬化加固，并對部分臨近文物建筑的土崖進(jìn)行加固，預(yù)防洪水可能對佛光寺東大殿和其他文物建筑的威脅（圖26、圖27）。

圖26 佛光寺環(huán)邊坡、防洪渠整治措施圖（來源：作者單位提供）

圖27 東大殿后山截排水溝加固施工過程（來源：作者自攝）

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析研究及漏雨預(yù)警系統(tǒng)，佛光寺東大殿日常保養(yǎng)等保護(hù)工作更加及時(shí)化、科學(xué)化、精準(zhǔn)化，對東大殿的保護(hù)初步實(shí)現(xiàn)了從搶救性保護(hù)到預(yù)防性保護(hù)。

5 結(jié)束語

本次佛光寺東大殿文物本體與環(huán)境監(jiān)測，對佛光寺區(qū)域的環(huán)境氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了持續(xù)收集，并為佛光寺建立了觀測樁，為佛光寺未來長期的監(jiān)測和保護(hù)工作奠定了基礎(chǔ)。

經(jīng)過三維激光掃描數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件位移監(jiān)測數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)的對比，監(jiān)測團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)東大殿大木構(gòu)件“微位移”特性，初步了解木結(jié)構(gòu)古建筑存在與溫濕度變化密切相關(guān)的變化規(guī)律，為建筑史和保護(hù)學(xué)科研究發(fā)展提供了新數(shù)據(jù)與理念支撐。

佛光寺東大殿建筑價(jià)值極高，殿內(nèi)保存有珍貴的塑像壁畫，屋面滲漏將對這些文物造成嚴(yán)重影響。而大殿內(nèi)有平，滲漏不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。本次監(jiān)測首次創(chuàng)造性地進(jìn)行屋面滲漏監(jiān)測，并建立滲漏預(yù)警系統(tǒng)。

接到滲漏預(yù)警后，工作人員可及時(shí)巡查滲漏報(bào)警區(qū)域，根據(jù)實(shí)際情況采取遮護(hù)等措施。根據(jù)氣象、濕度等監(jiān)測數(shù)據(jù)，增加了東大殿通風(fēng)、除雪等養(yǎng)護(hù)措施，為東大殿精準(zhǔn)的預(yù)防性保護(hù)提供科學(xué)數(shù)據(jù)保障。

文化遺產(chǎn)是珍貴的不可再生資源，暴雨等極端氣候?qū)ξ幕z產(chǎn)的保護(hù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。我們應(yīng)更加深入研究文物本體保存與環(huán)境之間的關(guān)系，通過對精確而長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)收集與分析，并基于文物自身特點(diǎn)，探索文化遺產(chǎn)面對其危害最大的極端氣候或其他自然災(zāi)害時(shí)，應(yīng)該采取何種正確的應(yīng)對方式，以實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保護(hù)。佛光寺東大殿文物本體及環(huán)境監(jiān)測研究以及針對性的預(yù)防性保護(hù)措施，為我國世界遺產(chǎn)中的木結(jié)構(gòu)古建筑監(jiān)測及預(yù)防性保護(hù)提供了有益的探索與思路的創(chuàng)新。