氣候變化之下，古建筑如何“未病先防”

在全球氣候變化加劇的背景下，極端天氣、自然災(zāi)害和生態(tài)失衡對(duì)文化遺產(chǎn)的破壞日益嚴(yán)峻。根據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織的數(shù)據(jù)，全球六分之一的文化遺產(chǎn)正面臨氣候變化的威脅。

 

日前，第一屆氣候變化下古建保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展國(guó)際論壇在山西太原舉辦，相關(guān)專家對(duì)此展開討論。

 

氣候危機(jī)下的“脆弱文明”

 

山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院副院長(zhǎng)安海，對(duì)2021年10月山西那場(chǎng)反常的強(qiáng)降雨記憶猶新。

 

在那場(chǎng)持續(xù)強(qiáng)降雨中，山西共有1783處文物受到影響，其中世界文化遺產(chǎn)平遙古城61處城墻發(fā)生坍塌。經(jīng)檢測(cè)，平遙古城夯土城墻的水分含量達(dá)20%—25%。國(guó)家文物局的專家檢查后認(rèn)定，坍塌由自然災(zāi)害造成。

 

近年來(lái)，氣候變化已成為威脅世界遺產(chǎn)最重要的因素之一，其中極端天氣氣候事件帶來(lái)的破壞尤為直觀和劇烈。以暴雨為例，持續(xù)的強(qiáng)降水一旦發(fā)生，即使單日降水量不大，也很可能導(dǎo)致古建筑的屋頂滲漏、墻體開裂、地基沉降，甚至影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

 

此外，如果降水后出現(xiàn)高溫和暴曬等天氣，會(huì)導(dǎo)致溫濕度劇烈變化，加速建筑材料的老化，致使彩畫及油飾開裂。而濕度的增加還會(huì)促進(jìn)霉菌的生長(zhǎng)和生物病害的增多，導(dǎo)致古建筑構(gòu)件霉變。

 

另一方面，氣候變化也會(huì)促進(jìn)一些有害生物的繁衍，對(duì)古建筑產(chǎn)生影響。“在山西，威脅古建筑的生物有蛀蟲、木蜂等。在潮濕的環(huán)境下，這類生物可能損壞木構(gòu)件、壁畫、磚塔等文物，其影響不容忽視。”安海說(shuō)。

 

事實(shí)上，不僅是極端天氣短時(shí)間的沖擊會(huì)威脅古建筑的安全，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)氣候的緩慢變化，同樣會(huì)在不知不覺中逐漸損傷文物?？茖W(xué)研究表明，全球平均溫度每升高1攝氏度，木材強(qiáng)度下降20%—25%，石材風(fēng)化速率加快30%。而我國(guó)古建筑70%以上為木構(gòu)或夯土建筑，對(duì)氣候波動(dòng)尤為敏感。

 

“如果說(shuō)突發(fā)的極端天氣是古建筑的‘顯性殺手’，那么長(zhǎng)期氣候波動(dòng)則是‘隱性侵蝕’，同樣致命。”中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院研究員詹長(zhǎng)法日前在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)透露，在不同的時(shí)間尺度上，古建筑受氣候影響所產(chǎn)生的問(wèn)題也不同。

 

在1年到3年內(nèi)的短期尺度上，古建筑的主要問(wèn)題是由季節(jié)性濕熱波動(dòng)引起的霉變、漆膜鼓起以及小范圍的結(jié)構(gòu)變形。而在5年到10年的中期尺度上，則可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫、飾面的大面積退化或材料性能的下降。10年以上的長(zhǎng)期尺度，很可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑群體的生態(tài)穩(wěn)定性被打破，例如地基下沉、排水系統(tǒng)紊亂以及群體格局逐步被破壞等問(wèn)題。而在更宏大的時(shí)間尺度上，溫濕度循環(huán)正悄然改寫古建筑的“基因”。

 

詹長(zhǎng)法舉例說(shuō)，近年來(lái)甘肅敦煌莫高窟壁畫在暖干化趨勢(shì)下，地仗層中的石膏晶體因反復(fù)吸濕脫水產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致酥堿病害以每年2%的速度迅速擴(kuò)散。而在我國(guó)沿海地區(qū)，鹽霧侵蝕對(duì)古建筑更為致命。詹長(zhǎng)法告訴記者，近年來(lái)福建土樓的青磚在鹽溶液長(zhǎng)期滲透后，硫酸鈉結(jié)晶在孔隙內(nèi)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致磚體表面酥粉剝落，青磚強(qiáng)度下降約40%。

 

據(jù)行業(yè)部門統(tǒng)計(jì)，21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)約有十分之一的登記保護(hù)建筑遺產(chǎn)逐漸消失，每年約有2000處建筑遺產(chǎn)消失。

 

從被動(dòng)修復(fù)到主動(dòng)維護(hù)

 

“氣候變化為文化遺產(chǎn)保護(hù)工作帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，文物保護(hù)應(yīng)從被動(dòng)修復(fù)轉(zhuǎn)向主動(dòng)預(yù)防。”聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際自然與文化遺產(chǎn)空間技術(shù)中心副主任王心源認(rèn)為，古建筑歷經(jīng)多年風(fēng)雨侵蝕，要為其延年益壽，就需秉持“治未病”的理念。

 

近年來(lái)，浙江杭州良渚古城遺址在這方面做出了有益實(shí)踐。日前，在良渚古城遺址公園的南城墻遺址點(diǎn)，工作人員正使用噴壺往墻面上噴灑一種專門研發(fā)的純天然植物精油。

 

杭州良渚古城遺址世界遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理中心工作人員高海彥介紹，這種純天然植物精油是該中心與浙江大學(xué)文物保護(hù)材料實(shí)驗(yàn)室為良渚遺址量身定制的“護(hù)膚品”，可有效抑制苔蘚和微生物的生長(zhǎng)。

 

“良渚古城遺址的主要建筑材料是土，而當(dāng)?shù)囟娟幚洌募靖邷?、潮濕多雨，?huì)造成建筑開裂、坍塌、粉化等。”高海彥解釋道，多年來(lái)良渚古城遺址管理部門持續(xù)與多所大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)合作，開展多學(xué)科會(huì)診，研究為遺址“延年益壽”的良方。

 

“從事古建筑保護(hù)工作應(yīng)具備風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，而不是僅關(guān)注某個(gè)具體的故障處理。”在王心源看來(lái)，面對(duì)氣候危機(jī)，我國(guó)文物保護(hù)正經(jīng)歷從“亡羊補(bǔ)牢”到“未雨綢繆”的轉(zhuǎn)變，而關(guān)鍵就在于因地制宜的科技創(chuàng)新。

 

在干旱的西北地區(qū)，風(fēng)蝕問(wèn)題長(zhǎng)期威脅著當(dāng)?shù)丨h(huán)境。為了加強(qiáng)對(duì)敦煌石窟的保護(hù)，當(dāng)?shù)夭捎昧艘环N創(chuàng)新的“硅烷滲透+生態(tài)固沙”組合技術(shù)。首先，工作人員在敦煌石窟崖體表面噴涂納米硅烷保護(hù)劑，使得崖體表面形成憎水膜，這層水膜能使風(fēng)蝕速率降低60%。其次，當(dāng)?shù)剡€在石窟周邊種植耐旱植被，構(gòu)建防風(fēng)固沙帶，降低風(fēng)速。

 

在濕熱的南方地區(qū)，古建筑保護(hù)難題常源于“水”，為此古建筑保護(hù)通常側(cè)重“呼吸型保護(hù)”。以蘇州園林為例，科研人員通過(guò)熒光碳點(diǎn)示蹤技術(shù)檢測(cè)其假山石滲流路徑后，采用“石墨烯改性環(huán)氧樹脂”進(jìn)行裂隙填充。這種方法不僅保持了石材的透氣性，還將鹽結(jié)晶破壞率降低了70%。

 

盡管近年來(lái)古建筑保護(hù)在科技創(chuàng)新的賦能下取得了一定的成績(jī)，但詹長(zhǎng)法坦言，實(shí)現(xiàn)古建筑的全面預(yù)防性保護(hù)仍任重道遠(yuǎn)。

 

一方面，我國(guó)針對(duì)古建筑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足，許多古建筑甚至缺乏基本的病害記錄，古建筑所在地的氣候變化曲線也沒有，這使得工作人員難以進(jìn)行長(zhǎng)期趨勢(shì)判斷。

 

另一方面，我國(guó)在專業(yè)文物保護(hù)人才方面仍然相對(duì)匱乏。詹長(zhǎng)法認(rèn)為，預(yù)防性保護(hù)需要既懂技術(shù)、材料，又精通修復(fù)理論的人才，但目前這類復(fù)合型人才依然短缺。

 

“從‘搶救性修復(fù)’轉(zhuǎn)向‘氣候適應(yīng)性維護(hù)’，還有很長(zhǎng)一段路要走。但可以確定的是，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、人才培養(yǎng)與技術(shù)創(chuàng)新無(wú)疑是必經(jīng)之路。”詹長(zhǎng)法說(shuō)。

 

構(gòu)建文物韌性保護(hù)系統(tǒng)

 

在山西省古建筑與彩塑壁畫保護(hù)研究院院長(zhǎng)路易看來(lái)，在極端氣候頻發(fā)的今天，古建筑需要的不僅是修復(fù)，更需要“主動(dòng)適應(yīng)”的韌性保護(hù)體系。

 

那么何為韌性保護(hù)體系？應(yīng)該建設(shè)怎樣的古建筑韌性保護(hù)體系？

 

王心源介紹，韌性保護(hù)體系是指在面對(duì)外部沖擊時(shí)能夠快速反應(yīng)和彈性調(diào)適的風(fēng)險(xiǎn)治理體系。構(gòu)建韌性保護(hù)體系不僅要充分利用空間信息技術(shù)的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)分析能力，增強(qiáng)文化遺產(chǎn)本體的韌性，還要加強(qiáng)文化遺產(chǎn)本體與賦存環(huán)境的關(guān)系研究，聯(lián)系過(guò)去全球變化與社區(qū)可持續(xù)發(fā)展的研究，增強(qiáng)文化遺產(chǎn)賦存環(huán)境的韌性。

 

作為一種更為科學(xué)、系統(tǒng)的防護(hù)體系，韌性保護(hù)體系也對(duì)文物保護(hù)工作提出了新的要求。

 

“氣候變化并非在挑戰(zhàn)我們的修復(fù)能力，而是在挑戰(zhàn)我們應(yīng)對(duì)變化的能力。”詹長(zhǎng)法說(shuō)，構(gòu)建古建筑的韌性保護(hù)體系，首先應(yīng)將古建筑防護(hù)工作前置。在日常工作中，文保工作者不僅需要對(duì)古建筑進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)、記錄數(shù)據(jù)并建立模型，還需構(gòu)建全過(guò)程干預(yù)機(jī)制，從日常的環(huán)境監(jiān)測(cè)、材料健康評(píng)估，到修復(fù)后的跟蹤反饋，形成完整的閉環(huán)。

 

其次，需要整合現(xiàn)有的文物保護(hù)體系，建立跨領(lǐng)域的協(xié)作平臺(tái)，在統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通與資源共享，推進(jìn)各相關(guān)部門之間的機(jī)制協(xié)同。

 

最后，應(yīng)擴(kuò)大文物保護(hù)工作的參與維度。詹長(zhǎng)法認(rèn)為，文物保護(hù)不能僅依賴政府力量，科研院所應(yīng)提供技術(shù)支持，高校需建立文化遺產(chǎn)科學(xué)保護(hù)綜合交叉學(xué)科，以培育專業(yè)人才。

 

“古建筑不是活在過(guò)去的老物件，而是在當(dāng)今復(fù)雜世界中持續(xù)呼吸的文化生命體。要想讓它們‘活得’長(zhǎng)久、‘站得’穩(wěn)固，我們必須為它們建立一套全生命周期的防護(hù)系統(tǒng)。”詹長(zhǎng)法說(shuō)。