建筑物托换与整体移位技术在寺庙建筑保护中的应用

yi叶秋枫 · 发表于 2023-1-1 07:03:55

来源：【中国民族建筑】
民族建筑学术前沿
内容导读：我国寺庙建筑是中国文化和中华传统建筑艺术和技术表现最为丰富的载体，大量寺庙建筑属于文物保护范畴，在寺院布局功能提升和自然灾害发生过程中，如何更有效的保护是当前面临的重要课题。建筑物托换和整体迁移技术能够在全面完整保护上部结构条件下实现性能和功能的提升，在寺庙加固、改造保护过程中应用日益增加。本文从分析寺庙建筑保护和功能提升需求出发，讨论了寺庙建筑结构托换和整体移位技术应用的方式，最后通过5个代表性工程案例，为今后的寺庙建筑保护思路提供技术借鉴。

文/吴二军王德生王建永卫海陆建华
中国寺庙建筑是中国传统文化的重要载体，是中国儒释道思想融合一体文化的象征，同时，也是中华传统建筑艺术特色表现最为丰富的载体。门、殿、楼、塔、地宫、造像、壁画、雕刻等，不仅保留了不同历史时期、不同地域、不同民族的建筑和美术风格，而且展现了高超的建筑工艺。然而目前寺庙建筑的保护和发展面临诸多挑战，例如，如地震、洪水等自然灾害的威胁，现代化建设与寺庙场所的用地冲突，文化传承、宗教活动、发展旅游经济与社会主义思想政治建设的协调统一，未来寺庙建筑形式、材料和艺术风格发展等。其中，既有寺庙建筑的有效保护和场所功能优化应用是迫切需要解决的问题。引申到技术需求包括两个方面：（1）如何提升既有寺庙建筑的安全性能；（2）如何解决调整建筑布局以适应现代宗教场所的功能需求。
随着经济和科技的快速发展，建筑物整体托换和移位技术的出现、发展和成熟为上述问题的解决提供了有效的解决思路。本文在阐述寺庙建筑托换和移位技术应用的原理和关键技术基础上，对寺庙建筑的托换移位技术需求及应用概况进行分析讨论，并给出工程案例。
一、建筑物整体托换与移位技术原理及关键技术
（一）结构托换技术的原理及关键技术简介
结构托换技术是指通过加固或增设构件等措施，改变原结构传力途径或增强原结构承载力的改造加固技术。托换通常包括上部结构托换和基础托换，早期用于既有建筑物上部结构的局部加固、老化损伤构件的更换、倾斜建筑物的纠偏与地基加固等工程。随着社会的快速发展，人民对建筑物的功能和性能要求日益提高，托换技术被越来越广泛地应用于既有建筑物隔隔震加固与性能提升、整体平移和顶升、纠偏、室内大空间改造、隧道穿越既有建筑物桩基、地下空间开发工程等。
从托换结构的服役时间范围划分，托换技术包括临时性托换和永久性托换。临时性托换多用于既有建筑物损伤构件的更换，其实施步骤包括：临时支撑构件的设置→损伤构件的切割拆除→新构件的安装和连接→临时支撑构件的拆除。对于不影响既有建筑物空间使用功能和外观的临时性托换，也可以不拆除，成为既有建筑物超载时的安全储备，如平移后建筑物地面以下的水平托换底盘结构。永久性托换结构则作为加固改造后整个服役期内的关键承重结构，不可拆除，如隔震加固中与上隔震墩相连的上部结构水平框架、地基加固中的新增加固桩等。
结构托换工程中的关键技术问题包括:托换施工全过程工况下结构体系的受力分析、变形控制、构件设计、施工实现方式和监测技术。托换结构设计通常包括整体托换结构的设计和墙、柱、基础托换节点设计等。
（二）建筑物整体平移技术的原理及关键技术简介
由于城乡建设规划调整、场区功能布局优化、原场地存在地质风险、朝向不佳、倾斜等原因，有保留价值的建筑物通常需要通过建筑物搬迁技术改变空间位置。早期文物建筑的搬迁一般采用构件编号、拆除、装箱、运输、复建等方式，这种方式在实施过程中不仅成本较高，而且往往出现构件损伤、风貌改变，导致应保护价值的巨大损失。现代建筑物整体移位技术的出现后，全面完整保护既有建筑成为可能。
建筑物整体移位技术是指在保护上部结构整体性前提下，将建筑物从原址迁移到新址的技术。其实施步骤为：首先在被移位建筑新址修建新的地基基础，在新址和旧址之间修建轨道；之后在建筑物底部施工整体托换底盘，在托换底盘和移位轨道之间安装移动支座；然后在托换底盘下方将上部结构和原基础或地基分离，形成可移动体；安装移动动力设备和同步控制设备，将建筑物移动到新址后进行就位连接。托换和移位全过程中均需进行建筑物姿态和关键受力部位的静动态实时监测。
根据建筑物新旧址相对位置和两者之间的障碍情况，建筑物整体移位可选择纵向、横向、斜向、水平旋转、竖向旋转等不同移位路线，或它们的组合路线。整体顶升和迫降、纠偏工程可看作竖向移位和竖向旋转移位工程。
显然，同传统文物建筑搬迁复建方式相比，建筑物整体移位技术在文物建筑价值的完整保护方面，具有无可比拟的优势。
二、寺庙建筑托换和移位保护的技术需求
既有寺庙建筑保护当前面临以下几个方面的技术需求：
1.受损寺庙建筑的修复加固与性能提升，如山西应县木塔（图1）的修复技术需求。
图 1 整体向东北倾斜近12度的应县木塔
2.不良环境条件（地震带、洪水泛滥区）下的既有寺庙建筑，特别师重点文保单位的预防性保护，例如：京津唐山地区、四川、云贵宁等地震或地质灾害多发区宗教建筑；北京法海寺的国宝壁画防震保护（图2）等。
图 2 北京法海寺大雄宝殿内的壁画-水月观音
3.寺庙建筑扩改建所需的布局调整，如上海玉佛寺大雄宝殿顶升平移。
4.寺庙现址与新的建设规划冲突或不利于保护，如东台大悲庵建筑群平移、武当山玉真宫山门顶升工程、拉萨唐代彩绘巨石平移工程等。
5.原有建设规划不当，与现行国家技术标准、政策法规冲突，如山西观音像迫降工程、武汉古铁佛寺移位工程等。
三、寺庙建筑托换和移位保护的实施方式
上述针对寺庙建筑的技术需求可分为以下两类：第一类是基于整体托换技术和基础隔震技术的抗震性能提升；第二类是基于结构托换技术、位移同步控制技术的建筑物整体移位技术。在一些文物建筑保护工程中，通常将两者结合起来，将移位后的建筑增设隔震支座。
基础隔震技术是通过允许上部结构产生整体水平位移来减小地震作用的方法，应用现代隔震技术的建筑物可以使水平地震作用减小80%以上，隔震原理参见图3。传统的隔震方法有圆木层隔震、滑动层隔震等，现代应用最广泛的是橡胶垫隔震。对于一些位于地震高风险地区的具有较高文物价值的寺庙建筑，能够实现全现状抗震隔震加固是当前对于综合价值保护最好的技术。
图 3 无隔震和有隔震建筑物变形和损伤对比图
图 4 南京博物院老大殿顶升工程中的隔震层
图 5 温州叶宅工程中的柱托换
图 6 上海玉佛寺工程中的柱和佛像托换
图 7 武当山玉真宫地基顶管托换
柱、墙托换技术目前已经趋于成熟，完全适用于现代仿古混凝土结构寺庙建筑。对于传统木架构-填充墙结构，木柱-磉墩-垫石之间为无固定连接的接触式连接，且露出地面需要全现状保留，工程技术人员结合具体工程研发了专门的柱托换方式，图5和图6分别为温州百年叶宅柱托换方式和上海玉佛寺托换方法。连同基础一起将整栋建筑进行整体托换通常将一定厚度范围内的地基土周边用封闭挡墙围护起来，下部密布顶管托换，如武当山玉真宫山门顶升工程中的托换（图7）。
位移同步控制技术是保证被移位结构不因变形差产生开裂和结构安全风险的保证，常用的同步移位控制方法有三种，分别与所采用的设备相匹配。早期多采用手动螺旋千斤顶作为动力设备，同型号千斤顶通过统一液压杆运动周期方便地实现位移同步，缺点是单点荷载值较小，移动速度慢。第二种是人工和自动混合控制方法，通过动力分级加荷、位移监测反馈，人工调整各加载点的荷载值和供油量的方法；该方法性价比高，移动速度块；缺点是需要较大的托换底盘刚度、可靠的位移实时监测和熟练的技术工人。第三种方法是全自动方法，应用PLC自动位移同步控制系统（图8）；该系统既能实现线位移同步，也能实现角位移同步；缺点是需要可靠的高精度实时监测系统，且成本高。对于体量和总重较小，且平移距离很长的建筑物，可以采用专用SPMT平板拖车组进行整体平移（图9）；该体系将PLC控制系统集成到拖车组中，可任意多方向移动和转向；缺点是成本高。
图 8 PLC同步顶升系统
图 9 SPMT平板拖车组运输桥梁
四、寺庙建筑整体托换移位案例分析
目前我国已有多个寺庙建筑物整体抬升、平移保护工程案例，下面对5个代表性工程案例进行简单介绍。
（一）河南林州慈源寺建筑群平移工程
河南省林州市慈源寺位于横水镇马店村，始建于大唐贞观年间（公元627年），经宋、元、明、清历代补建修葺，终成规模。是河南省存世不多的融释、道、儒三教一体的珍贵历史文化遗存，河南省重点文物保护单位。2004年，安林高速公路规划穿越慈源寺原址。2006年5月，慈源寺大雄宝殿、文昌阁、三教堂成功平移至原址西南方450米处。为避让不良地质条件，该项目累计转向13次，三栋建筑总移动距离长达1256.02米。为解决移动距离较长，新旧址存在1.5米标高差等问题，采用了共用2%坡度降坡平移结合抬升和下降技术。如图10所示
图 10 河南林州慈源寺建筑群整体平移
图 11 东台大悲庵建筑群整体平移
（二）江苏东台大悲庵建筑群平移
大悲庙建筑群位于东台市经济开发区垛南村内，该庙初建于明末，后损毁复建，整体建筑群为仿古砖混结构。因新建道路，将四合厢大悲庵建筑群整体向南平移120米，再向东平移86米，参见图11。本次平移庙内所有佛像采用临时托换加固，将佛像与上托架连成一个整体。平移下轨道采用钢筋混凝土构件，安装临时滚动系统。完成时间2017年11月28日，历时110天。
（三）上海玉佛寺大雄宝殿整体平移工程
上海玉佛禅寺座落在上海安远路上，是国内外久负盛名的一座佛教寺院。它创建於清代光绪八年（1882年），因寺内供奉两尊玉佛而得名。由普陀山慧根法师效仿唐玄奘西行取经，朝圣五台山、峨眉山，从四川、西藏，至印度，回国时途径缅甸，在缅甸佛教信徒和华侨的捐赠下，请得白玉雕刻的释迦牟尼佛像五尊，在上海建寺留坐卧两尊。后本照法师进京请得《乾隆版大藏经》一部，藏于寺内。1918年，玉佛寺第四任住持可成法师在安远路另募新址，历经10年建成新寺，寺院更名为“玉佛禅寺”。在高楼林立的都市中历经130多个春秋的玉佛寺，各方善信纷至沓来，寺院环境日显局促，多所殿堂砖木风化、年久失修，消防设施老化陈旧而无法更新，整座寺院面临着消防、交通、建筑结构、高密度人员集聚等多重公共安全隐患。2014年上海玉佛禅寺启动了“上海玉佛禅寺消除公共安全隐患保护性修缮工程”。其间对建筑布局进行全面升级优化，采用平移技术先将大雄宝殿及殿内佛像整体同步向北平移30.66米，顶升1.05米（图12）。
在整体结构不做任何变动的基础上，增加底部混凝土平层，从而提升主体建筑抗震性，稳固其建筑结构，保护了大雄宝殿的原有历史风貌。大雄宝殿平移之后，殿前加盖了钟鼓楼及观音殿，统一江南《营造法原》殿廷建筑风格。同时对两庑建筑予以改建，恢复东西配殿格局，与中轴主殿形成环抱胁侍之势。院落布局上参考园林设计手法，扩展绿地庭院，在闹市中营造更加静谧禅意、庄严清净的寺院环境。
（四）武汉黄花涝古铁佛寺平移工程
黄花涝位于武汉市黄陂区盘龙城开发区，据《黄陂通史》记载，其历史可追溯到2300年前，遗留有战国古石坡、古码头、三国古墓、明末清初古屋、古寺院、古教堂、古祠堂等众多遗迹，人文题材和故事数不胜数，自然景观、历史遗迹、人文底蕴交相辉映。古铁佛寺，位于黄花涝村北，是黄陂历史最悠久的佛教寺院之一。其三面环水。东望日出，云蒸霞蔚，五光十色；西望府河，银带飘绕，百舸争流。古有诗“春赏黄花遍地香，夏观龙舟水中扬，谁说秋凉无石景，雄狮傲雪立学堂”的四大景观。史记“明太祖铁佛寺题字，康熙爷亚元居赐匾”。可惜文革期间，古铁佛寺因“破四旧”毁于一旦。
2017年8月，黄陂区与武汉卓尔文旅集团签订了《卓尔黄花涝文旅古镇投资协议》，卓尔文旅集团拟在我区启动黄花涝古镇区旅游综合改造、景观综合提升以及旅游配套建设计划，打造全省旅游精品项目。2018年市政府将启动黄花涝周边区域景观开发项目列入2019年市重点工程目标。2019年启动黄花涝周边区域和府河北岸湿地景观规划，目标是将该区域打造为集旅游、休闲、文化为一体的湿地改造示范区。当地民众和寺院居士自筹资金近亿元，重建古铁佛寺（图13）。但因选址和现行府河防汛规划冲突，新建13层佛塔高度与黄花机场发展冲突，经多方论证制定改造计划：将佛塔拆除4层降低塔顶标高，然后将大雄宝殿和佛塔整体向东南平移230米。2019年12月，采用模块车整体平移技术方案通过专家论证，受疫情和汛期防汛影响，工程施工顺延。
图 12 上海玉佛寺大雄宝殿平移
图 13 武汉黄花涝古铁佛寺
（五）山西省孝义市金龙山风景区观音像下沉工程
观音像总重约3200吨，佛像高度26.1米，莲花宝座高度13.85米，大佛本体加莲花底座总高度39.91米，山下地平面至佛像顶部100米左右，于2012年开工建设并建成。为全面贯彻我国新时代社会主义文化建设总体政策导向，经充分论证，整体佛像需下降34米。原结构采用人工挖孔灌注桩，采用桩筏板基础形式，基础底板厚度1米；现采用锚杆静压桩进行基础加固，后破除原桩基础，应用PLC位移控制系统进行迫降成功（图14）。
图 14 孝义金龙山观音像下降34m工程
五、结语
宗教建筑中承载的文化、艺术、科技信息是中华文明传承发展的重要组成部分，在社会主义现代化建设中，如何使宗教文化活动为社会主义文化建设和中华民族伟大复兴发挥更加积极的支撑作用，这不仅仅是宗教界、文化艺术界需要持续努力的事业，科学技术行业同样负有责任和义务。在具体的实施过程中，建筑物整体托换和移位技术以其对寺庙建筑物全面的价值保护、节约资源、支撑土地优化利用、提升旅游品质、服务社会主义文化建设大局等方面的综合优势，正在发挥越来越大的作用。
（本文作者：吴二军，博士，中国民族建筑研究会建筑迁移保护专业委员会秘书长，河海大学副教授，一级注册结构工程师。主要研究方向是工程结构加固改造、移位、顶升技术，文物建筑保护技术，钢筋混凝土结构设计理论和方法等。王德生，南京江宁金陵佛教文化博物馆。王建永，上海天演建筑物移位工程股份有限公司。卫海，江苏鸿基节能新技术股份有限公司。陆建华，南通巨能建筑技术有限公司）
（本文经作者授权，中国民族建筑研究会信息宣传部整理、编辑，更多精彩内容敬请期待下期）

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