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中国古建筑是延续了几千年的一种工程技术，形成了自成一体的艺术系统，是我们民族文化的表现，是华夏古国灿烂文化的遗产。上世纪初中国营造学社成立，中国建筑史学引入西方科学测量技术和现代工程图形学进行古建筑的研究和实测，在短短十年左右的时间取得了突破和飞跃。
古建筑遗产一方面表现在遍布各地诸多珍贵的古代建筑实例，另一方面是为数不多难以解读的古代建筑典籍：主要有宋代《营造法式》、清代《工程做法则例》和明代《园冶》。营造学社的古建筑研究是由考订典籍文献起步的，后由创始人朱启钤先生耐心说服梁思成、刘敦桢先生入社，在研究典籍的同时展开古建筑实物调查，由此开辟了中国古建筑研究的科学之路，创立了古建筑研究与保护的基本方法，并作为最核心的学术传统延续至今。营造学社贡献巨大，整理出版了《营造法式》、《园冶》在内的建筑典籍，积累了大量宝贵的古代建筑实例资料；同时培养了一批从事古代建筑研究和保护的专业人才。
1949年以后古建筑研究和保护两大机构：文物部门和建筑类高校的方法源流仍然以营造学社的方法体系为建构基础，营造学社的成员分散各个单位，领衔古建筑研究、保护、教育与实践，成就瞩目。此外高校纷纷开展古建筑测绘课程，古建筑测绘既是学习中国建筑史的实践认知，也是多门建筑学专业学科的综合应用环节，对于训练空间尺度感、图形思维能力、测量绘图技能等专业素质具有重要意义。上世纪90年代，数字化扫描和计算机绘图出现，借助摄影测量、三维扫描、计算机绘图、三维建模技术，古建筑研究步入新的时代，又一大批古建筑数字化研究成果出现。
纵观近代古建筑研究历史，梁思成、刘敦桢等学者留洋学成归来，带来的西方建筑图形学、工程投影画法技术是促成近代古建筑研究的重要原生动力，古建筑实测和古建筑典籍解读，图形表达成为重要手段和载体，图纸成果虽然为手工绘制，但精美和细致程度令人惊叹。当今计算机绘图技术完全代替手工，三维成像技术带来又一波古建筑研究的热潮。新技术手段的出现和引入，往往在学术和研究领域带来巨大变革和提升。3D打印技术近年来最早出现在设计制造领域，其实验还原表现手段以及增材制造能力，在古建筑研究和保护中作为原生动力也将产生巨大影响。
3D打印的最大特点是真实物体的再现和数字化复制再造能力，运用三维软件建立真实古建筑数字化模型，还原真实的构件和制作细节，可以3D打印不同比例模型甚至数字化建造古建筑，这就是古建筑物理模型。这个模型不同于三维成像技术的模型，也不同于通过三维扫描得到的模型，物理模型有更真实的尺寸、榫卯的连接、甚至装饰雕刻信息内容，包含传统古建筑测绘和修复过程中的分件内容。3D打印技术推动古建筑研究提升到完全数字化高度，运用数字化手段更进一步深入研究古建筑结构规律、美学比例、承袭演变以及修缮保护。
营造学社很早就提出：“因行动扩充材料，因时代扩充工具”，古建筑研究的几代人用近一个世纪的行动扩充了浩瀚的古建筑资料，在当今时代我们就要扩充新的工具来研究古建筑，3D打印技术就是21世纪时代工具。
陈明达先生早年参加营造学社工作，上世纪60年代编著《应县木塔》一书，该书实测数据十分完整。应县木塔的研究工作开始于1933年，由梁思成、刘敦桢先生组织调查测量，1935年绘成了五十分之一的实测图，不幸在抗战期间遭到损毁，1942年陈明达根据残存的图稿，绘制了一份二十分之一的详图，供制作模型之用。1954年按照详图制成了模型，模型非常精细，逐件逐层安装起来，耗时两年。传统的模型制作，需要极高的木工技艺，工作十分艰巨。利用《应县木塔》数据建立物理模型，3D打印建筑模型，制作难度降低很多，而且可以轻易复制。
唐宋的斗拱复杂成熟，符合结构真实性。自宋开始，将斗拱构件作为度量整个建筑的基本单位，所以这用斗拱的构架，实是中国建筑真髓所在。由于斗拱在古建筑中的特殊地位，研究应县木塔物理模型首先从斗拱开始，应县木塔斗拱属于辽代斗拱，晚于唐，早于宋，此次研究选取副阶柱头铺作，首先在三维软件中绘制详细斗拱模型，然后分件导出3D打印切片数据输入3D打印机打印。图一为打印过程，采用FDM打印机，原料为木质聚酸乳PLA线材；图二为打印出的斗拱构件，分件细节明析；图三为分件组装成斗拱，背景为《应县木塔》详图页。
图三
古建筑测绘仅限于建筑表面，无论记录如何详细，其内部构造和榫卯交接也无法探查，现代三维扫描技术也是如此，无法触及古建筑最根本的特征——榫卯技术。古建筑落架维修或迁建工程等大型维修工程，才是对古建筑在结构上作最彻底的一次了解，古建筑物理模型应对隐蔽部分作完整交代，实现真正意义上的完全数字化物理模型。
河北正定开元寺钟楼落架复原修缮工程，就是代表性一例。追溯起来，早在1933年正定开元寺钟楼才是梁思成先生发现的第一座唐代木构，而不是1937年发现的山西五台佛光寺大殿，只是发现时未敢断定，梁先生在《正定古建筑调查记略》中写道：“开元寺除塔而外，尚存一殿一钟楼，而后者却是我们意外收获。钟楼的上层外檐已非原形，但是下檐的斗拱和内部的构架，赫然是宋初（或更古！）遗物。梁先生还写道：“钟楼三间正方形，上层外部为后世重修，但内部及下层的雄大的斗拱，若说它是唐构，我也不能否认。虽然在结构上与我所见的辽宋形制无甚差别，唯有更简单，尤其是在角拱上，且有修长替木。而补间铺作只是浮雕刻拱，其风格与我见到诸建筑迥然不同，古简粗壮无过于是。内部四柱上有短而大的月梁，梁上立柱，柱上再放梁，为悬钟之用。”
1989年1月国家文物局文保所直接主持下开元寺钟楼落架修缮工程开工，历经一年零九个月的时间，到1990年10月工程顺利竣工。钟楼的修缮工程，落架前做了充分的准备工作：现状实测；现状照相记录；残破构件逐件记录；绘制二次设计图和构件编号。鉴于开元寺钟楼落架修复的代表性，依据《正定开元寺钟楼落架和复原性修复》报告建立钟楼物理模型，并3D打印五十分之一模型。图四为分件安装中；图五为内部结构分装图；图六为组装完成图。
图六
古建筑物理模型的建立以及3D打印的再现，完美的体现了中国古建筑作为一种体系、一种范式，其基本精神：一是纯粹的木框架结构，在垂直维度上形成独立支柱，水平连接的梁、枋和檩、椽结构，在平面上以柱子之间的“间”为基本单位划分空间，平面布置大多均衡对称；二是极富表现力的美学表达，包括带有举折的曲面屋顶，有效防晒雨淋，又有神韵，在结构上支撑屋檐出挑，屋顶与柱自然过渡的斗拱，解决基础问题与巍峨的屋顶相配的台基。
随着古建筑物理模型概念的引入和3D打印的要求，对已测量过的古建实例，就需要复测或者补测。测量的结果，是构建物理模型的基本资料，应当不断的充实和修正，这项工作将古建筑研究推向更加深入。
营造学社很早就体悟到图形思维对于建筑研究的重要意义，中国古建筑常因“无专门图籍可资考证”，以至“不能为外人道”，自营造学社起便积极以图释手段进行文献研究，为建筑典籍补图，增加可读性。而今天人们认识到实体模型对于建筑研究同样有重要意义，利用古建筑物理模型3D打印手段重新进行文献研究，为古代建筑典籍补模型，读古典文献再加上模型图片，可读性更高，甚至动手打印物理模型，让典籍文献从专业人员手里进入更广泛的群体。很长时间西方对中国古建筑认识有偏差，这主要还是因为沟通传播出现问题，文字和图释仍然是二维的，读起来非常困难，梁思成先生很早就有心将中国古建筑对外传播，发表的古建筑图释均用中英文图注，而当前利用古建筑可3D打印模型，对外传播中国古建文化，非常易于西方人接受。
当前不光要提升古建筑学科的水准，还要让学术成果成为工具，被中国建筑师们用在创作实践中去，以实现中国建筑的现代复兴。运用古建筑物理模型概念和3D打印技术，深入研究中国传统建筑，透析古建筑文化的精髓，是一个非常好的契入点。
参考文献
[1]李婧，王其亨：中国建筑遗产测绘史研究，天津大学建筑学院，2015年5月
[2]陈明达：应县木塔，文物出版社，2001年9月
[3]聂连顺，林秀珍，表毓杰：正定开元寺钟楼落架和复原性修复，古建园林技术 1994.（42、43期）
论文作者:胡华国
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/6
标签：古建筑论文; 模型论文; 钟楼论文; 斗拱论文; 木塔论文; 应县论文; 建筑论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;