预防性保护视角下的建筑遗产控制性干预策略研究——以比利时鲁汶圣雅各布教堂修复为例

预防性保护视角下的控制性干预策略

建筑遗产的预防性保护始于对公共卫生和灾害管理等领域“治未病”“预警”等工作机制理论的借鉴，在引入环境监测、材料实验、计算模拟等其他学科技术手段后的工程实践中得以实现。

作为预防性保护的技术路线和工具包，控制性干预涉及干预前预判、干预中调控和干预后评估等各环节，基于量化指标，实现干预行为的可控、可逆与可追溯，保证干预措施的科学性、安全性和有效性。具体而言，其主要基于实验和监测数据，结合“干预-响应”的数据结果，对干预的方向和程度进行调整。

控制性干预的理念最早可以追溯到土力学学者 R. B. 佩 克（Ralph BrazeltonPeck）于 1969 年提出的“观测性方法”（observational method），他主张，如果无法准确预测地基土壤特性，则在施工过程中持续监测并动态评估。这种方法最初常用于岩土、桥梁、隧道等复杂工程领域，随着预防性保护日益受重视，也开始被应用于历史建筑的加固与修复。由于建成时间久远，缺乏地质资料和材料属性数据，建筑遗产的安全性问题往往较为复杂，需要采用与观测性方法类似的小规模、试验性、渐进式干预方法，既确保遗产本体的安全性、保护行为的正确性，也可以避免干预过程中次生风险的发生。近年来控制性干预的典型实践案例有墨西哥城两处教堂开挖底土（under excavation）以控制沉降、比利时拉肯公园圣母圣殿新设锚杆以加固飞扶壁，以及下文论述的比利时鲁汶圣雅各布教堂沉降控制与新设锚杆加固飞扶壁等。

国际古迹遗址理事会（International Council on Monuments and Sites，ICOMOS）于 2003 年通过了《建筑遗产分析、保护和结构修复准则》（Principles for the Analysis,Conservation and Structural Restoration ofArchitectural Heritage），其中有“任何干预须受控进行”和“不得在没有实测的基础上进行干预”的条文，控制性干预的必要性得到明确。

预防性保护视角下的控制性干预的工作内容主要包括识别环境风险、判断劣化状况，以及在实验与监测“干预-响应”数据基础上采取可控干预和评价干预结果等（图 1）。

图1 控制性干预的工作内容及其与预防性保护的关系

识别环境风险和判断劣化状况，是保护干预行为的前提。前者指对建筑所处位置的地质状况与气候条件进行环境监测；后者指对建筑材料的物理、化学性能和病害状况进行实验测量。多国已在技术层面上明确这方面的运行机制：荷兰与比利时弗拉芒大区分别于 1973 年和 1991 年成立的古迹监护机构，对历史建筑进行定期系统性排查，为其业主提供全面的检测报告；意大利自 1976 年起逐渐建立起全国性的文化遗产风险地图管理体系，在地图上将灾害频次、强度、集中度与遗产分布状况予以呈现；比利时、意大利、荷兰、德国等国家针对砌体建筑构件进行了大范围的性能测试和劣化研究，于1994年开发了砌体结构病害诊断系统，于 2015 年进一步构建了包含多种建筑材料劣化图集的建筑遗产诊断和保护系统。涉及控制性干预的实践则针对特定项目、特定问题，分别在干预前、中、后一段时间内开展环境监测和材料实验，识别环境风险和判断劣化状况，从而提出干预设想，在监测“干预 - 响应”数据的基础上，采取渐进式可控干预，并通过在干预前、中、后进行持续性的监测和必要的计算模拟量化评估效果。

采取可控干预，原因在于地质条件的不确定性、建筑材料的异质性与整体劣化状况的未知性，难以直接套用新建建筑的评估方法，只能按照可控、可逆与可追溯的原则进行个案分析，对症下药。

“可控”即过程循序渐进，首先在局部进行小规模和且在较短时间内开展的试验性干预，在干预前、中、后需要进行必要的环境监测和材料实验。当指标符合预期，加大干预，直至完成。反之，则减缓或停止干预，并修正干预措施。

“可逆”即采用与原构件有区分度且可拆卸或去除的保护和修复材料，尤其是在技术尚不成熟而只能采用临时保护措施的情况下，待日后有更加成熟的技术时便可更换材料。

“可追溯”强调干预行为评价的延续性，即基于对温湿度、应力应变、沉降量等指标的长期监测，构建起“干预-响应”数据集，明确量化干预效果的作用时间和范围，为未来的回溯和评估提供依据。

鲁汶圣雅各布教堂保护案例研究

建设历史与劣化状况概述

鲁汶圣雅各布教堂（图 2，图 3），是比利时弗拉芒大区的重要教堂，也是鲁汶的 5 个中世纪教区教堂之一，于 1938 年被列入比利时弗拉芒大区建筑遗产名录。此教堂经历了数个世纪的建造历史，呈现出罗马风、哥特式和新古典主义叠加的建筑风格（图 4）。1220—1235 年间，开始建造西侧的罗马风塔楼。1290—1300 年间为中殿立柱设拱，此时采用木质天花。1305—1317 年间，在中殿南北两翼新建了侧殿，侧殿拱顶以砖石砌筑，局部荷载显著增加。1485—1487年间有因不均匀沉降造成开裂而重建侧殿拱顶的记录。15 世纪下半叶，为了扩大室内空间，建设了翼廊和东侧的塔楼，使教堂具有哥特式建筑风格。1534—1535 年间，中殿加高一层，建设飞扶壁，并拆除原木质筒拱，改为砖石拱顶。这一系列重大改造，使中殿上部荷载进一步增加。16 世纪加建了礼拜堂。18 世纪，建设新古典主义建筑风格的唱诗班区域，交叉甬道处哥特式砖木混合结构的东侧塔楼因严重损毁，于 1735年被拆除。随后，教堂在法国统治下遭到废弃。因为地基土质松软，再加上中殿加建一层的墙体和砖石拱顶带来的新增荷载，致使中殿上部负载过大，造成明显的不均匀沉降，因而牵拉到飞扶壁内翼，使之开裂（图5）

图2 鲁汶圣雅各布教堂东南立面

图3 鲁汶圣雅各布教堂西北立面

基于目测观察和经验判断的修复与加固

直到 20 世纪后期，受监测和实验技术所限，缺乏系统、完整的地质勘探数据，对教堂结构稳定性的判断往往基于目测观察和经验，难以确保其科学性和准确性。在保障结构安全、保存不同建设时期的文化信息、提供后期改造和续用的可能性之间寻求平衡，是一项巨大的挑战。

19 世纪初，法国当局与天主教会达成协议，恢复天主教信仰，教堂获准重新开放礼拜活动。受委托进行教堂结构稳定性鉴定的测量专家皮埃尔 · 让斯（Pierre Gens）给出了详尽的现状分析和全面修复方案。与此同时，鲁汶市长委派的安格 · 德 · 布勒因（Ange De Bruyn）、雅克 · 弗海登（Jacques Verheyden）和弗朗索瓦 · 德 · 拉雷（FrançoisDe Rare）三位专家则对结构安全的判断相对乐观，认为只需要有限的干预。三位专家的建议指导了这一时期的保护修复，但具体措施和效果现已无资料可查。不过，中殿柱底现存的孤立的铁环极可能是这一时期添加的（图 6），用于限制径向应力、增大轴向抗力，但其作用显然有限。由于中殿新建砖石拱顶并加建了一层，底层柱所受上部荷载大幅增加。根据三向应力状态分析，径向应力也会显著增大，因此须加箍铁环以扩大约束面积，才能实现有效的约束。

图6 中殿柱底用于限制径向应力的铁环

20世纪20年代，比利时皇家古迹遗址与景观委员会向布拉班特（Brabant）省政府提出了针对教堂进行加固和修复的要求，并向教会组织报告了飞扶壁的劣化状况。1943 年，该委员会委派的考古团队发现教堂西入口门槛已经沉降 1.75 m，随后，鲁汶大学的雷蒙德 · 勒迈尔（Raymond M.Lemaire）与约瑟夫 · 范德海根（Joseph Vanderhaeghen）受邀对教堂进行了结构评估并给出修复建议，但现存资料没有记述这一时期的具体干预内容。1956 年，布拉班特省建筑师维克托 · G. 马蒂尼（Victor G.Martiny）出于安全考虑，提议关闭教堂有结构风险的区域。1963 年，由于存在倒塌的风险，整个教堂对公众完全关闭。

经过目测观察和经验判断，如图7所示，勒迈尔推测最大的结构风险源于西侧塔楼荷载大、沉降量大，并经由共用墙体向中殿、侧殿、交叉甬道和翼廊施加水平推力（后来的沉降监测证明此判断有误），而翼廊柱子的长细比大、刚度小，不能提供足够的抗力。他还推测柱子为石材表皮和碎砖石内芯的组合构造，不足以承载中殿上部新建墙体和砖石拱顶的荷载（后来的材料实验否定了此判断），加之地基条件差，最终导致中殿区域出现严重的不均匀沉降。

图7 20 世纪 60 年代针对教堂结构风险原因的推测

他提出的修复计划分为三个阶段：

第一阶段，为翼廊柱增加钢构架水平支撑，并紧贴石柱设置混凝土柱，为其提供临时支护，用于抵抗来自西侧塔楼的侧推力；

第二阶段，目标是将中殿现有石柱替换为强度更大的混凝土柱（外包石材以保持原样貌），但受限于柱基础加固技术，实际只采取了在柱底端铺设石板作为扩展基础并在中殿和侧殿的柱（墙）间设置钢构架作水平支撑的临时支护措施，此外还拆除了损毁严重的侧殿拱顶；

第三阶段，为了彻底解决不均匀沉降问题，在结构上分离西侧塔楼与中殿，新增的混凝土柱和基础各自承载上部结构。

修复计划前两个阶段的部分措施在1963—1971 年间进行。由于当时的实验和监测技术有限，修复者无法确信干预行为的合理性，因此仅采取了前述拆除侧殿拱顶以降低上部荷载、在中殿和侧殿的墙间和柱间加设钢构架支撑以保证水平方向的安全等临时性的加固措施（图 8）；在中殿和翼廊，贴合现有石柱新增混凝土柱和连续的钢构架（图 9），将上部荷载传递到柱底端新铺设的石板（扩展基础）。值得庆幸的是，原计划第二、三阶段中将现有石柱完全替换为混凝土柱以及在结构上分离中殿和西侧塔楼的方案最终没有实施，被拆除的构件全部被编号保存，加设的钢构架与提供临时支护的混凝土柱也可拆卸。尽管此次修复前的几项归因判断在日后被证实有误，但对遗产本体的操作均为可逆行为，为后续应用成熟技术进行保护和恢复原状提供了可能。

图9 中殿与翼廊内的钢构架和混凝土柱(1963-1971加设)

基于实验和监测数据的控制性干预

20 世纪末以来，实验和监测技术的成熟应用，为技术人员对结构风险的准确认知和科学决策奠定了基础，也为后续的控制性干预提供了充分的保障。

针对柱子承载力的质疑，研究人员通过局部钻孔进行内窥镜检查（endoscopy），确认柱子由自然石和砂浆制成，而非此前推测的石材表皮与碎砖石内芯。样品通过了抗压强度测试，满足极限应力状态下的安全性要求。