北京午门的历史变迁与保护

北京午门的历史变迁与保护

1、宏观组成和规模五门是紫米城的大门。它位于北京的南北中轴线上。由于中间的阳光，它在端午节附近成立。午门平面呈凹字形,沿袭了古代宫门双阕遗韵,由城楼和城台上下两部分组成。其中城台高约十二米,正中开有三门,两侧各有一座掖门,并在北侧东、西设上下城台的马道。城台上正楼面阔九间,进深五间,四样黄琉璃瓦屋面,重檐庑殿顶,建筑面积约1572m2。午门正楼的规模仅次于太和殿,是宫城四门中最大的城门楼,总高达36m。由于午门正楼与四角角亭及两翼“雁翅楼”高低错落,左右辉映,形若朱雀展翅,故又称“五凤楼”(如图1)。1.1清嘉庆五年713年北京故宫始建于明朝永乐四年(1406年),历时十余载,至永乐十八年(1420年),“北京郊高宫殿成”,午门同时建成。嘉靖三十六年(1557年),奉天、华盖、谨身三大殿以及午门遭受火灾,次年依照原样重建。万历年间,午门城楼局部毁坏,至天启七年(1627年)才修复完成。清朝定都北京后,于顺治四年(1647年)重修午门,嘉庆六年(1801年)再次维修。清代虽有多次修缮,但都在明代重建的基础上进行,建筑格局基本保持原状。民国时期,除了整修马道、粉饰外檐彩画外,没有其他修缮活动。新中国成立后,1954年对午门城楼进行临时支顶加固保护措施;1955年八月因午门东雁翅楼东北、东南角亭遭雷击,进行了屋面清理、简单修补止漏工作;1958年因历史博物馆扩充陈列室,对午门西雁翅楼和西南角亭进行简单保养加固;1963年对午门正楼进行屋顶保养、天花、装修加固等修缮工作;1977年重绘午门正楼外檐油饰彩画;1981年翻修东、西雁翅楼瓦顶,并对午门墩台进行补漏、城台刷浆等零星修补工作。通过以上史料可以发现,自清嘉庆六年重修午门以来,除了多次保养加固之外,两百余年没有较大规模修缮活动,直至2004年正式启动午门大修工程。此次大修分阶段进行,一期工程主要包括午门城台、正楼、东西明廊以及午门外东西值房。本文保护研究的对象是指午门城楼下部且高出地面的城台部分。1.2整体布局和砌体厚度早期的城台多用黄土分层夯实筑成,每层厚度约100mm。为保证城台的稳定性,侧面不是竖直的,而是逐渐向上内收,称为“收分”。宋代的《营造法式》首次对城台夯筑的高、收分技术方面做了记载(如图2):“筑城之制,每高四十尺,则厚加高一十尺,其上斜收减高之半;若增高一尺,则其下厚亦加一尺,其上斜收亦减高之半。”明代制砖业的蓬勃发展,使得城台成为外侧包砌城砖,内部夯土填筑的构造形式,从而使墙体更加美观和坚固。午门城台高14.1m,南北长114.91m,东西宽126.92m,两翼楼城台内侧南北长78.44m,东西宽25.55m,墙体收分为9%。根据现场勘察,城台外侧砖砌体厚度大于三层城砖(厚度大于1.2m),内部为分层夯筑的灰土或三合土。由于午门城台自建成距今已有近六百年历史,可以推断城台和基础的回填夯土已经板结,城台恒载引起的变形早已完成,午门城台处于安全稳定状态。2、完善文物展览设施,提高文物建筑保护水平明清时期,午门不仅是紫禁城的重要门户,还是重要的礼仪场所。每年农历腊月初一,要在此举行颁布次年历书的“颁朔”典礼;正月十五的“灯节”,都要在午门城楼上张灯结彩,大摆筵席;每当征战重大战役的大军凯旋归来时,要在此举行向皇帝敬献战俘的“献俘礼”。另外,每逢重大典礼及重要节日时,还要在此陈设体现皇帝威严的仪仗。民国期间,午门曾作为古物陈列所的库房。解放后,午门作为历史博物馆陈列室,多次举办展览;上世纪六十年代,午门交由中央文化部使用。此后午门正楼举办过短期展览,也曾作文物库房使用,后来处于空置状态。近年来,随着我国文化遗产事业的发展壮大,观众渴望欣赏更多的文物珍品,国内外著名的博物馆间也需要进行展览交流。故宫博物院作为我国最大的国家级综合性博物馆,理应担当此重要责任。但是故宫传统建筑难以符合可调节温度和湿度文物展览活动的要求,文物建筑的特殊性又无法直接在古建上安装各种现代化照明、空调、消防、安防等设备,不仅导致大量馆藏品无法与观众见面,也影响了与国外著名博物馆的交流。为此,早在2000年就开始午门现代化展厅项目的策划,探索在传统建筑中开展现代展览活动的可能。国家文物局对该项目大力支持,认为新建展厅不仅保护利用文物古建,而且提高陈列展览水平。经过多次探索论证,午门展厅工程应运而生。整个工程包括正楼展厅及东西耳房相关配套设施,总建筑面积约1000m2。经过周密设计与施工,新增展厅没有改变古建筑风貌和结构受力体系,把文物建筑保护和精品展示功能成功结合,该项目获得了联合国教科文组织授予的创新大奖。午门正楼增建现代化展厅后,不仅改变了历史使用功能,更重要的是在城台上增加了较大荷载。尽管新建展厅时采用轻质建筑材料严格控制展厅重量,使总荷载控制在科学评估范围内,独立的自平衡索框架体系对午门结构未作任何扰动,但是突然增加近千吨荷载必然会引起城台受力性能的较大变化,进而影响其安全稳定性。为了确保增建展厅后午门城台具有足够的安全储备,不致发生结构体系损伤恶化,为此进行了一系列保护研究。3、进行立法评估午门作为世界文化遗产故宫的重要门户,其地位非常重要,不允许出现任何损伤文物建筑的情况,对于午门新建展厅工程,必须采取慎之又慎的态度。为了充分了解增建展厅对城台受力状况、地基承载力及抗震性能的影响,需在新建展厅前对午门台基安全性能进行科学评估,据此指导下一步的设计与施工。由于午门属于国家级文物,不能按照常规方法进行评估,而是创造性地综合运用多种方法,得到有效结论。评估前先大量收集现有的资料进行分析对比,确定午门台基的基本构造;对尚不能明确给予确定的部分,采取偏安全的方法,即选取对台基承载不利且能确定的构造。然后通过现场外观检查,如城台裂缝发展、柱础沉降等,观察其现有受力损伤状况,并依据实际工程经验和结构的受力性能规律,确定各部分受力特性。第三步结合在城楼内拟增建展厅的功能,确定其可能的荷载工况,重点进行荷载计算及传递,主要考虑的荷载有正楼自重、活荷载、雪荷载,风荷载、新增展厅自重及展厅活荷载。当这些工作进行完毕后,运用大型计算程序建立相应模型,进行大量、反复的计算,对计算结果进行分析比较,最终确定在保证安全的前提下台基承载力。经过专家们审定,午门正殿增建展厅后台基变形均较小,符合相关规范要求;对于地震荷载,由于展厅与午门结构间留有足够的间隙,城楼和新增展厅可以各自自由变形,不会导致二者结构损伤。科学地评估表明,把总荷载控制在合理范围内,新建展厅不会对城台安全构成损伤威胁。4、科技的可逆性午门正楼内新增展厅采用不扰动午门结构本体的方法,展厅结构自成封闭体系,不与文物建筑发生任何直接连续,必要部位全部采用柔性连接,遵循文物保护的可逆性原则。因此,在正常使用情况下,新增展厅的重量只对午门城台产生竖向荷载。若有地震发生时,由于展厅与午门结构间留有足够间隙,城楼和展厅可相对自由变形,不仅不会导致午门结构损伤,反而可增强城台的抗侧力,改善其受力性能。5.1最大变形的观测虽然目前已经有多种检测方法,并能较好地满足现代建筑结构检测的需要,但是午门城台不同于现代建筑,它不是由各种受力构件组成的结构,而是砖、石和土的复合实体,离散性大且受力性能极不均匀,缺乏材料性能和组成构造等相关的资料。由于它是国家级文物,不能采用破损或半破损检测等传统方法,现有的检测方法难以直接运用到午门城台类安全性能的检测,必须探索适用于午门城台自身特点的无损检测方法。建筑结构的安全性能的检测,一般可从其强度(承载能力)和变形两方面入手。由于午门城台的特殊性,只能采取后者。当城台受到上部荷载作用后,将以变形的方式表现出来。因此,需要定期连续监测敏感部位的变形值,一旦其变形发生异常或达到临界值,则表明其安全性能可能恶化,需对此采取相应的措施,避免发生意外事故。变形的量测需根据结构特性采取相应的量测方法。当变形值微小且构件为材质均匀时,可采用贴应变片进行量测;当变形量较大时,可采用相对位置量测法。午门城台的特点决定了只能采取第二种方法。为了获得城台关键位置的受力性能以及确保长期检测结果的精度和可靠性,专门设计了变形观测的方法。具体实施步骤为:(1)根据有限元计算分析,结合城台的实际损伤情况,确定午门城台量测布置点(如图5-7),共有三种类型的测点:台面水平和竖向相对变形测点、城台门洞水平和竖向相对变形测点以及城台周边外墙侧向变形测点。(2)对测点的具体位置,设计相应的观测方案。(3)定期对午门城台进行观测,并结合现场查看对结果进行分析判断,必要时辅以有限元分析计算。(4)当午门城台受力变动较大时,应进行受力变动前后观测,以收集可能不利于城台受力变化情况。变形观测过程中最为关键的是保证每次量测位置的一致性。为了达到这种要求,所有测点采用专门制作的不锈钢带杆球状测点,进行可靠固定。为了得到高精度的观测数据,专门购置Pro4a智能增强徕卡手持式激光测距仪(量测精度为1.5mm)和瑞典ACCURES4激光测距仪(量测精度为0.1mm),并制作了相应的支架以及其量测杆和标尺杆,以便容易而准确地确定观测值(如图8)。5.2竖向变形的稳定性的变化经过五年连续定期观测,取得了阶段性的成果。(1)城台北侧南北方向的水平相对变形在开始增建展厅数月里波动很大,而后逐渐减少,但尚未稳定。表明展厅荷载开始对台面影响较大,主要集中在台面附近,随着时间增加,应力不断重新分布,逐渐向台外及台下扩散。变形最大振幅为40mm,最大增减幅值为29mm。城台南侧南北方向的水平相对变形随时间增加多呈开始逐渐增大,然后又逐渐减小,也未趋于稳定,水平相对变形最大振幅19mm。南北方向竖向相对变形具有明显波动性,随时间的变化规律不一致,各测点的变化规律也不尽相同。(4)城台外侧墙各位置在变形量测期间的凹凸特性和程度都有所不同,变化较为复杂,但变化趋势明显,多数仍处于发展阶段,没有稳定。(5)量测发现,台面竖向相对变形要明显地比水平相对变形大,南北方向的水平相对变形的增减幅速率绝对值也明显地比东西方向的大,这是因为竖向相对变形直接受台面各种作用的影响,而水平相对变形则是因城台竖向变形而引起的。总之,依据目前的变形监测数据,无论是城台台面、门洞还是外侧墙体,都有不同程度的变形,通过有限元计算及数据分析,这些变形还都属于土体可塑性的正常范围,尚未危及安全稳定性。但由于变形未趋于稳定,应继续进行量测,观察后续发展规律。根据国家文物局制定的《中国世界文化遗产监测巡视管理办法》,建立城台监测管理体系,继续展开监测。此外,城台内填土的含水率对其安全稳定性影响也很大,计算表明,随着含水率的增大,城台稳定安全系数将逐渐减小,当含水率由22%增加到30%时,稳定安全系数将降至原来的一半。因此应做好台面防渗处理,尽可能减少雨水渗漏对内填土性能的影响。6、文物建筑保护的应用,需要科学评估和无损检测午门城台综合运用无损检测方法,不仅获得了重要的变形数据,更重要的是为城台结构安全性能评估提供了可靠的依据。我国的古城台、古城墙、古遗址星罗棋布,这些珍贵的“活化石”急需进行保护。综合运用现代科学技术进行科学评估和无损检测是文物建筑保护领域的重要方式。午门城台的安全评估方法和变形观测技术取得了良好的效果,这次成功的探索对城台类文物建筑的保护具有重要的借鉴意义。5、长期检测时间跨度经过紧张有序的施工(如图3),午门展厅工程如期竣工(如图4),许多重要的展览都在此举行,吸引了国内外众多游客前来参观。为了确保文物建筑的万无一失,跟踪了解展厅建成后对午门城台安全性能的影响,需要进行