干旱环境下土遗址保护成套技术集成与效果评价研究

第1章 干旱环境下土遗址建造材料与工艺的调查与认知 中国传统建筑以土木建筑为主，遗憾的是在长期的历史进程中木质结构大多损毁殆尽，留下了大量以残垣断壁为主的土遗址。与世界其他地区相比，中国现存的土遗址具有地域分布广、建筑类型全、时代连续性好、风格差别大等特征，为土遗址建筑材料与工艺调查研究提供了系统的实物标本。另外，中国古代的历史记载也为土建筑技术考证提供了翔实的文献资料。遗存至今的土遗址，实际上是历代先民建造技术与保护技术不断发展的产物，浓缩了前人的保护智慧和经验，而土遗址保护技术体系的构建基础应当是对古代土遗址建筑技术的改进和提升，研发更应该从传统材料与传统工艺出发，通过现代科学技术与手段将传统工艺与传统材料科学化，形成以传统材料与工艺为基础的现代土遗址保护技术。因此，开展传统材料与工艺的科学认知，梳理中国土建筑技法的发展脉络，可以帮助我们更好地理解和评估保护遗址的价值，使得保护方法和措施更加符合“*小干预”和“尽可能使用传统材料与工艺”等文物保护原则。 1.1 我国土遗址的建造工艺及分类 1.1.1 土遗址的分类与营造技法演化 中华几千年的文明中，土作为主要建筑材料一直沿用至今。从奴隶社会开始，随着社会集团规模扩大、氏族部落首领权利的加强和战事的频繁发生，逐步促使建造工艺由自然挖造、泥土堆筑到夯土技术成熟，并衍生出了不同类型的营造工艺。土工建筑中的夯土版筑技术曾在很长时期内得到了大量的应用，在完善建筑营造技术、满足空间功能需求以及承载能力等方面推进了建筑营造技术的整体发展。同时，土坯的出现更促进了建筑结构的多样性发展，它方便搬用、可以多形制组合大大提高了施工效率，尤其因此催生的“砖”成为我国古代至今*重要的建筑材料之一，影响深远。另外，受时代生产力、赋存环境、水文地质、地形地貌等影响，不同区域形成了形制各异、营造技法多样、特点鲜明的土建筑遗址。比较有代表性的如大地湾的木骨泥墙、交河故城的垛泥墙体，长城中形式多样的夯土墙体，以及土坯、石块砌筑的烽火台。 1.1.1.1 类型划分 长期以来，学界按照使用功能将土遗址分为古人类居住遗址，古城，长城，关隘，土塔，陵墓，出土的坑、穴、窑、窖、古化石地层遗址，革命遗址及革命纪念建筑物及其他，相关学者针对不同类型营造技法均有阐释，其中景爱、袁润、毛筱霏、孙满利等分别对长城夯土版筑技法、焦山古炮台建造工艺、高昌故城构筑技法，古城建筑形制等均有研究。张虎元等将土质建筑遗址归纳为挖余法、夯土法、垛泥法、土坯砌筑法和生土块法5类。针对我国境内从石器时代延绵至近代类型多样的土质建筑遗址，为更进一步厘清其营造技法发展脉络和结构特征，本研究基于对文献记载的整理和现存土质建筑遗址材料、工艺、使用工具、结构特征等的深入调查，按照营造技法将土建筑遗址分为生土挖造、泥土堆筑、生土夯筑、土坯砌筑和湿泥垛筑等5种基本类型，并按照建造工艺及结构特征分为15亚类（表1-1、图1-1）。 表1-1 古代生土营造的工艺类型 1.1.1.2 营造技艺的演化 旧石器时代的原始人以自然洞穴和树上居住的经验，借助简陋的工具开挖洞穴和搭建巢穴，逐步开始营造活动。由于受环境影响，在黄河流域和长江流域形成典型的两大建筑体系，即“穴居”和“巢居”，以此为滥觞，逐渐形成南北方建筑迥异的风格和特征。随着生产力的进步，人类从借助大自然容易开挖且具有一定强度的黄土开始，不断创新适合人类居住的地穴，直至地面建筑的产生，人类才真正意义上利用土的可塑性、胶凝性等基本物理特征形成一定体量的泥土堆积，俗称“堆筑”（木骨泥墙），虽然这个时期的泥土堆积不作为承重墙体，但已经能够封堵木构件搭建房屋的缝隙，能够遮挡风雨和应对保温、隐蔽的需要。由于对土基本性质掌握的局限性，决定了这一时期土建筑体量较小，并主要依附于木结构。 直至龙山文化早期，我国出现了夯筑技术，这一技术随着生产力的进步不断发展与成熟，为创造大体量、大空间的公共活动场所提供了可能。《易 系辞》：“上古穴居而野处，后世圣人易之以宫室，上栋下宇，以待风雨，盖取诸大壮”和《孟子 藤文公》“下者为巢，上者为营窟”都从文献的角度提到了这一巨大转变的证据。夯筑技术的发展为土木结构建筑的进一步发展创造了条件，到了春秋时期已达到成熟阶段，在建筑史上具有深远的意义。夯土建筑是中国古代土质建筑*典型的代表，在我国先秦时期即获得了巨大的发展，商代便可以使用模板进行夯筑；到了春秋时期，夯土版筑技术走向成熟；秦汉时期的大兴土木促进了夯土技术的应用发展，这一时期不仅建造了诸多宫殿，连浩大的长城工程也是夯土技术的结晶；隋唐时期在之前的基础之上将夯土技术推向高峰，在敦煌莫高窟唐代壁画中存在大量的夯土城址、佛塔、院墙等建筑画面（图1-2）；五代到北宋时期编制和颁布了工程技术专著《营造法式》，其中明确界定了筑墙、筑城之制；明清时期夯土技术有了更高的成就，在宋元时期发展的基础上，夯土建筑的造型、高度和体量都有所增加，*具代表性的为世界文化遗产“福建土楼”（图1-3）。 土坯砌筑技术是土质建筑遗址重要类型之一，随着人类对大自然认知，从一开始借用自然形成的土块、石块混合垒砌搭建所需建筑，到后来随着夯土技术的发展，新石器时代发明了土坯，仰韶时期出现的土坯大小不一、垒砌方式也比较随意，大部分建筑仍然遵循木骨加土坯配合使用，这一时期并没有成熟的模具和夯具。汤阴县白营遗址等后岗二期文化遗存内发现的土坯，以圆形、椭圆形居多，且土坯间隙中已经有黄泥填充；造律台土坯建筑的形制、草拌泥、模制土坯以及错缝垒砌技术标志着土坯砌筑营造技法的进一步成熟，并逐渐将土坯灵活地应用于不同的建筑中，形成了更多类型的建筑形制。后来古代先民在偶然发现高温处理的土坯能够克服其耐水性差、强度低等缺陷，为“砖”的出现奠定了基础。虽然，秦汉时期出现了烧制砖，但由于制作工艺复杂、昂贵，土坯依然很流行，直至今天土坯在我国农村仍然在使用。 基于西北地区泥土坯制作工艺技术，含水较高的湿泥垛筑是先辈们在生土建筑上的又一创造。目前发现*早的是我国西周时期的陕西岐山凤雏垛泥墙建筑，沿用甚久。这种工艺技术20世纪初勒柯克认为“可能是使用了晒到一定程度的土坯砖，由于砖坯还保存有一定的湿度，随着墙壁增高在自重应力作用下，砖坯便逐渐地自动黏合在一起”。其实，垛筑又称“板筑泥法”，每一层垛泥的厚度是相对均匀，但层与层之间略有差异。从现存的情况看，每层的厚度在50～90cm左右，以60～90cm左右的层高为多见，层与层之间有一层厚约0.5～1cm水平间隔层，立面裂痕呈人字形，显然是往返垛筑时形成，且每一垛泥大小不一，较为随意。垛泥建筑普遍存在于新疆塔里木盆地周缘地区，至今尚流行这种建筑技法。 1.1.2 土遗址营造技法分析研究 中国古代建筑历史脉络的追寻需要法式和文献研究相互印证和补充，而文献是基础，尤其对于早期建筑遗址工艺技术的考证更是如此。正如梁思成所言“创造新的既需要对旧有的有认识，他们需要参考资料，犹如航海人需要地图一样， ”古代中国未对建筑单独设类，大量的建筑史实均散存于经、史、子、集中，对相关文献的查找形成了一定的障碍。新中国成立前，侧重文献研究的“中国营造学社”的朱启钤、阚铎、刘敦桢等先后搜集整理了散落文献和图纸，出版了《梓人遗制》、《工段营造录》和《哲匠录》等营造专业书籍，为中国古代建筑营造技法探索与传承奠定了基础。近年来，研究人员从不同角度整理了关于古代建筑的经典文献，*具代表性的是刘雨亭从《四库全书》的经、史、子、集角度系统论述了建筑文献的复杂程度和广度；冷霜等从档案学角度探讨了中国古代建筑文献的发展历程。另外，有学者从《营造法式》、《考工记》、《营缮令》和《清代工部则例》以及相关古代经典文献中梳理出古代建筑营造技法和建筑艺术的发展，特别是程国政等编写的《中国古代建筑文献集要》，甄别和归纳了藏于文献海洋中的建筑规划、理念、技法、材料、工艺等多方面的散落篇章，为进一步厘清中国古建筑发展的脉络提供了宝贵的文献资料。 1.1.2.1 相土验土 在土建筑发展过程中，古代劳动人民掌握了夯实土层可以增加土的承载力，能够提高建筑物的稳定性，创造了夯土基础，并在基础夯打之前，重视地质条件的影响，注重土质特征的选择，发明了“相土”、“验土”等传统方法。 据《吴越春秋 阖闾内传》记载：“子胥乃使相土尝水，象天法地，造筑大城。”“相土尝水”就是对基地土壤的土质和水文进行调查，“象天法地”则是指观天象、看风水。《相宅经纂》中记载：“于基址中掘地，周围阔一尺二寸，深亦如之，将原土筛细，复还坑内以平满为度，不可按实，过一夜，次早起看，若气旺，则土拱起，气衰，则凹而凶。”其吉凶观念的本质是指土壤的密实性和坚固性，以此来推断地基透气渗水性的优劣和承载能力的大小，并非迷信。《天工开物》中记载：“皆以粘而不散，粉而不沙者为上。”清代袁守定在《地理啖蔗录》卷七中云：“夫穴之有土，犹人之有脏。既禀五行之精，亦随八卦之气。”从五行及八卦两方面提出了土地中有五气行走，所以土有五种颜色。提出五土成形，各自随八卦之气的概念：“坤，土质柔而不粉；乾，土质刚而不燥；艮，土质细而不轻；巽，土质实而不散；离，土质腻而不糁；兑，土质紧而不干；震，土质硬而不松；坎，土质软而不濡。”由此可见，“相土”、“验土”是古代建筑营建过程中的首要工作，不仅对择地取土的技巧总结了成熟的技术经验，提出了科学有效的评判方法，而且科学地分析了不同颗粒土、不同形态土的物理性质、水理性质、赋存环境等系统的评价筛选方法。 1.1.2.2 结构特征与工艺 随着营造技法在各地的传承使用，古代先民在生活实践中结合各地区域环境、土质和自然条件等因素，形成不同形制、不同工艺的土质建筑，并逐渐向高品质、复合化发展。就民居建筑而言，《前秦录 十六国春秋》“张忠，字巨和，中山人也。永嘉之乱隐于泰山， 依崇山幽谷，凿地为窑，弟子亦窑居。” 相较于*早的“巢”、“穴”而言，窑洞的建筑材料和建造技术和居住品质有很大提升。《史记 五帝本纪》记载：“舜耕历山 一年而所居成聚，二年成邑，三年成都”，描述了聚落的发展，由“聚”而“邑”至“都”的发展历程。随着聚落的逐渐发展壮大，结成了多氏族聚落的联合体，从而需要更大的生存和控制空间，功能需求的增加大大促进了夯筑技术的发展。《大雅 绵》记载“ 其绳则直，缩版以载，作庙翼翼。捄之陾陾，度之薨薨。筑之登登，削屡冯冯。百堵皆兴，鼛鼓弗胜”生动地刻画了宏大的筑墙场面。《公羊传 公羊高》记载：“ 五板而堵，五堵而雉，百雉而城。 ”可以窥见春秋时期夯筑墙体大体布局及建筑规模，与之同时也出现了不同体量的土坯砌筑、生土挖造及垛泥墙体。*为主要的夯筑工艺在《营造法式》中详细描述：“筑基之制，每方一尺，用土二担，隔层用碎砖瓦及石扎等亦二担，每次布土厚五寸，先打六柞（二人相对，每窝子内各打三柞），次打四柞（二人相对，每窝子内各打二柞），次打两柞（二人相对，每窝子内各打一柞）”，更为系统地阐释了夯筑工艺技法。 土作为传统建筑材料，广泛应用至今。然而随着建筑规模的不断扩大、建筑形式的丰富多样以及建筑功能需求的提高，人们逐渐开始通过添加石灰、植物秆茎、糯米浆等方法提高夯土体的黏聚力和整体性。《天工开物》中记载了“防水灰土”的制法：“用以襄墓及贮水池，则灰一分，入河砂黄土二分，用糯米粳（粥浆），羊桃藤（一种藤木植物）汁和匀，经筑坚固，永不隳坏。”仰韶晚期宁县阳坬遗址中的白灰面，燕下都遗址中的三合土，秦咸阳宫遗址地面的石灰、料礓石和猪血，敦煌一带碎石、细沙、芦苇和红柳建造的长城墙体都是具体见证。土坯建筑、垛泥墙体、混合结构遗址均是劳动人民在不同赋存环境生活实践中对土的性质认知创造。生土建筑标本交河故城、西部长城遗址、古城址均蕴含着更多的智慧和工艺，更是先辈们优化营造工艺和技法、扩大土质建筑使用范围的突出表现，是我国建筑史学、结构学、材料学和考古学等诸多学科需要深