古代建筑代表了当时劳动人民在建筑、设计及工程等方面的成就，种类和功用繁多，是我们研究古代历史、文化、艺术的重要实物资料。若按照建造材质分类，中国的古建筑以木结构体系为主流，木结构主要在建筑中起到支撑和装饰美化作用，包括梁、柱、枋、斗栱、门窗等构件。但是，这些木结构最易受到人为和自然的破坏，随着时间的推移，其内部结构、外部花纹色彩都会受到不同程度的损坏，若遇到地震、强风、水患等自然灾害，木结构易受到毁灭性的破坏而不复存在。因此，古建筑木结构的保护与修复工作刻不容缓，本文拟就以下几个相关问题进行探讨。
1 古建筑木结构遭受的破坏和病害
现阶段古建筑木结构遭受的破坏主要是人为和自然两种类型的破坏。人为的破坏多半是暴力性的拆除毁弃等行为，自然力的破坏主要有自然环境、虫蚁病害等对木结构造成的危害。许多民众对木构古建筑保护意识淡薄，在参观的过程中，经常出现刻划等损坏木材的陋习，甚至出现人为的火灾而把建筑付之一炬，四川大学华西医学院的怀德堂就因火灾毁于一旦。①木结构还面临着因不恰当的修复、翻新和重建造成的保护性破坏。鉴于篇幅的限制，本文讨论的重点是自然力对古建筑木结构的破坏。
木结构是由纤维素、半纤维素和木质素组成的一种天然高分子材料，其老化是指木材在保存过程中由于受到环境中热、氧、水、光及微生物等因素的综合作用，而导致化学成分和分子组成发生变化，木结构物理性能和机械性能遭受破坏，从而出现开裂、变脆、变硬、剥落、糟朽等现象，影响古建筑的框架和外观。木结构的老化有物理老化、化学老化、光化学老化和生物老化等四类。
木结构的物理老化是指在温湿度变化的长期影响下，木材经不同程度反复的收缩、膨胀而导致的干缩、翘裂等破坏。湿胀和干缩是木材固有的特性。温、湿度的变化会让木材产生湿胀干缩而引起应力，应力又导致表面和内部产生裂纹和内部的损坏。这对古建筑的主要支撑构件如梁、柱、椽等危害极大，也极大威胁着建筑的整体安全。古建筑木结构的化学老化主要包括化学降解、氧化降解、热降解、光降解等，光化学老化主要包括光降解、光氧化、光敏氧化、光催化氧化及大气污染成分引起的光化学反应。②所谓降解是指在热、光、机械力、化学试剂等外界因素作用下，聚合物发生了分子链的无规则断裂、侧基和低分子的消除反应，致使聚合度和相对分子质量下降。木材还极易受到微生物和虫鸟等生物的侵害。微生物对木材的破坏，是微生物在生长代谢过程中产生的，其实质是酶的反应，导致木材中纤维素、半纤维素、木质素降解，聚合度变小，强度下降。对古建筑木结构危害最大的虫类是白蚁和土蜂，它们蛀或钻通木构的梁、柱、椽等构件，严重影响建筑的寿命与安全。白蚁，中国古书所称蚁、螘、飞螘、蚍蜉、蠡、螱等，都与蚂蚁混同。宋代开始有白蚁之名，并确定为白蚁的别称。白蚁以木材或纤维素为食，主要分布于热带和亚热带地区，我国目前发现的白蚁已达300 余种，分布范围非常广。其中，家白蚁属的种类是破坏建筑物最严重的白蚁种类，其特点是扩散力强，群体大，破坏迅速，在短期内对木材造成巨大的损坏。土蜂（钻孔虫）对古建筑木构件的破坏深度和速度也十分的惊人，其幼虫在木材内部生长发育，吸食木材的淀粉为营养，成虫则侵害稍干燥的木料。一些鸟类常喜欢在古建筑木结构的顶部空挡筑巢，影响建筑的强度，而且其排泄物污染建筑上的同时，古建筑木结构极易受到自然灾害的影响,水患、地震、强风、泥石流等恶劣的自然环境会对木结构造成极大的破坏。以2008 年汶川地震为例，仅四川省就有83 处全国重点文物保护单位和174 处省级文物保护单位遭到不同程度的损坏。③
2 古建筑木结构保护修复的原则
古建筑木结构本身就是比较重要的文物，因此在保护修复的过程中必须遵守文物保护的基本原则，即完整性和真实性的原则。不仅要保证古建筑木结构的完整性，还要坚持真实性原则，包括以下几个方面。坚持建筑材料的真实性，建筑原始材料是当时历史、科学及艺术的有效载体，只有坚持其真实性，才能最大程度地保护文物所携带的各种信息和价值；坚持建筑工艺和设计的真实性，古建筑的工艺和设计反映了古代科学技术的发展水平，木结构的树种及物理学性质关系着建筑安全，也代表了古代工匠的认知水平；坚持最低干预和原址保护，保护古建筑首先考虑原地保护，尽量避免搬迁和移动，最低的干预才能保证古建筑的原状；坚持总体协调和可持续发展的原则，作出长远的保护修复规划，也为后人的保护修复留有余地，以便新材料和技术能顺利应用。随着科技的进步，许多先进的保护修复方法和技术开始应用于古建筑，尤其是一些化学试剂及方法。但是，《威尼斯宪章》修复章第十项提出：“当传统的技术不能解决问题时，可以利用任何现代的结构和保护技术来加固文物建筑，但这种技术应有充分的科学根据，并经实验证明其有效。”因此，在防止保护性的损害，处理中不能造成新的污染和损坏，所有的新材料和新工艺必须经过前期的实验和研究，证明对古建筑木结构是有效且无害的，才能使用。
3 古建筑木结构保护修复中新技术的应用
对古建筑木结构进行科学细致的勘查工作，不仅可为维修的施工设计提供依据，也可为古建筑木结构建立健康档案，使古建筑的保护工作走向科学化和系统化。勘查基本上可分为法式勘查与残损情况勘查两类，以往的木结构的勘查方式以手工操作为主，即借助简单的工具，依靠经验、肉眼观察、实地测量、取样分析等手段。手工操作简单易行，但其准确性很大程度上因人而异，尤其是对木材的内部情况很难做出准确的判断。而且如何在不破坏原有木结构的前提下，科学地检测旧木构件是否存在腐朽或虫蛀，定量地测定使用若干年后的旧木构件的材性和物理力学性质的衰减百分比以及残余力学强度，确定木构件是否需要加固或更换，是木结构勘查中的一个难题。
随着社会进步和技术的发展，在我国古建筑的木结构勘查中，逐步引进了一些国外先进的检测设备，例如阻力仪和三维应力波断层扫描仪等，其中阻力检测技术具有准确及检测范围广的优点，而三维应力波断层扫描技术则可一次完成对目标对象多个平面的探测，尤为适用于尺寸较大的立柱的现场检测。三维应力波断层扫描技术的工作原理是，通过敲击安装在被检测木构件上的传感器，使之产生应力波，根据应力波的传播速度，经过计算机的处理，直接显示木构件内部缺陷的图像，可以判断木材内部质量。采用应力波技术检测古建筑木构件，操作方便，结果准确，实现无损检测从而达到最低干预的效果，为古建筑木结构的维护和维修提供依据。④而且__木材无损检测是一种综合性的木材非破坏性检测技术，可在不破坏木材及木质复合材料本身形状、原有结构和动力状态以及最终用途的前提下，对木材的缺陷和腐朽情况以及基本物理力学性质进行测定。目前应用于实践的无损检测方法多达十余种，其中应力波无损检测技术发展迅速，是目前对木材及木质复合材料性质检测时最常用的方法。⑤通过实验表明，⑥三维应力波断层扫描仪与阻力仪的结合使用，可以进行优势的互补，避免三维应力波断层扫描仪对腐朽、空洞、裂缝等缺陷的区分不精确的缺点，以及阻力仪图形处理工作量大的不足，更快捷、准确地判定缺陷，避免材料的浪费和木构件的破坏。
在古建筑木结构的保护修复工作中，获取准确的测量数据十分重要。传统的建筑测绘方法存在着精度低、工作量大、完整性差、信息量少等缺点，通过传统手段无法准确获取木结构原貌的所有测量数据，因此需要借助高科技的手段进行测量制图。三维激光扫描技术的出现为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，采用非接触、主动测量方式获取大量高精度三维坐标，能对任何可见物体进行表面的扫描，而且不受光线的限制，可以快速将木结构的空间信息转换成计算机方便处理的三维数据，而且易操作、抗干扰能力强。⑦通过长期对故宫古建筑测绘的实践，最终形成了一套应用三维激光扫描仪，进行测量数据采集并加工成图的技术方法与流程，特别是三维建模与模型应用方面成果卓著，大幅提高了古建筑测绘的工作效率。⑧而且激光扫描仪也可以对古建筑木结构进行非接触性的三维重建，不仅可以准确记载古建筑的真实资料，而且不会对建筑本身造成损伤，在深度和广度上为修复工作提供第一手资料。⑨同时，也可利用数字图像处理、计算机图形学、计算机视觉、人机交互等多项技术，对古建筑木结构进行虚拟重建，最大限度地保持古建筑的原貌，这项技术已在圆明园的修缮工作中起到有益的作用。⑩通过多学科、新技术的综合运用，相互配合，运用各学科的知识对古建筑进行研究，有助于达到对古建筑木结构保持的科学认识。而且利于现代科技解决传统技术难以解决的问题，在古建筑木结构的保护修复中有特殊的优势，但是也不可能完全代替传统技术，因此在实际操作中，应该做到二者的有机结合，各自发挥优势，解决好传统工艺与现代科技的结合问题。
注释
① 邱盼.试论我国古建筑保护面临的问题.山西建筑,2009(29).
② 王蕙贞.文物保护学.文物出版社,2009.3:353.
③ 周乾等.中国古建筑木结构随机地震响应分析.武汉理工大学学报,2010(9).
④ 段新芳.应力波技术在古建筑木构件腐朽探测中的应用.木材工业,2007(2).
⑤ 尚大军.应力波无损检测技术及其在木结构古建筑保护中的应用.世界林业
研究,2008(2).
⑥ 李华.古建筑木结构的无损检测新技术.木材工业,2009(2).
⑦ 朱光.三维激光扫描测量技术探究及应用.模具工程,2009(4).
⑧ 王莫. 三维激光扫描技术在故宫古建筑测绘中的应用研究. 故宫博物院院
刊,2011(6).
⑨ 王晏民等.利用激光雷达技术制作古建筑正射影像图.北京建筑工程学院学
报,2006(4).
⑩ 周宁.基于虚拟现实的中国古建筑虚拟重建.计算机工程与应用,2006(18).
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