摘要：應縣木塔歷經千百年環境劣化損傷和近代戰爭創傷，近年傾斜總量和傾斜趨勢不斷加劇。然而社會各界對木塔“是否存在失穩倒塌風險、采用何種措施防控失穩風險”等方面至今沒有達成共識。通過對不可移動文物安全穩定風險科學內涵的再理解和防控現狀的分析，從應縣木塔自身結構離散體模型特征出發，對其風險劣化損傷機理、穩定承載機理及性能提升措施等關鍵科學技術問題進行思考，提出研究方向建議復建等比例木塔，開展傳統木結構建造技藝、連接界面耦合性能和內部劣化損傷識別方法等基礎研究;研究木塔靜力穩定風險評估準則缺失的現實瓶頸問題，盡早制定針對木塔傾斜失穩風險現狀的應急措施方案;完善木塔動力穩定風險評估準則，為消除木塔穩定風險的措施裝備開發提供理論依據;基于大科學裝置開展大科學研究，實現木結構古建筑安全穩定風險防控理論方法創新。同時提出，在應縣木塔穩定風險防控研究與保護應用實踐基礎上，基于擬建的國家文化遺產科技創新中心大科學裝置，針對不可移動文物安全面臨的關鍵科學技術瓶頸問題，開展跨領域、多學科的大科學研究，必將全面推進我國不可移動文物安全穩定風險防控理論方法的創新建立和技術裝備的發展應用。
關鍵詞：不可移動文物;離散體模型特征;穩定承載機理;應縣木塔;性能提升措施;國家文化遺產科技創新中心
引言
文物是人類歷史文化和技術文明的信息載體。不可移動文物具有體量大、結構復雜的特點，千百年暴露于大自然環境中。在各類風險源耦合物理場所致劣化作用下，文物存在損傷、甚至倒塌等安全穩定風險。損傷可以修補、倒塌也可以修復，但是都會造成文物所蘊含的人類歷史價值、文明信息不可估量且無法挽回的損失。國內外對此開展了大量的研究和實踐，然而不可移動文物安全穩定損毀事故依然常見[1-3]，仍是國際性重大科學技術難題。
應縣木塔(以下簡稱“木塔”)始建于遼清寧二年(1056年)，已經屹立近千年。木塔主體高度約65米，底層面寬約30米，沿豎向有5個作為佛教閣樓的明層和4個作為閣樓基座的暗層。明層由內槽8根柱、外槽24根柱、普柏枋與闌額構成，暗層分成鋪作層和平坐層，暗層木構件之間通過鋪作巧妙插接，形成整體剛度非常大的結構層。沿豎向間隔布置的明、暗層在滿足多層寺院功能的同時，使木塔整體結構剛柔并濟，兼具良好的豎向與水平、靜力與動力承載能力，代表著中國古建筑營造技術文明的巔峰，也是中國古典“以柔克剛”哲學思想的完整體現。
木塔歷經千百年風吹、日曬、雨淋、地震等劣化損傷累積，還能夠屹立不倒，歷代工匠的恰當維修功不可沒。但是進入近現代之后，幾次戰爭對木塔造成了局部嚴重殘損。由于其時國力薄弱、傳統木結構營造技術能力嚴重下降，1935年“修復”時在不明木塔穩定機理的情況下，對其部分關鍵部件予以拆除，遭受八百余年來“最大的厄運”[4]。近年木塔傾斜的趨勢及總量不斷加劇[5]，存在著局部甚至整體失穩風險。然而文物歷史、科學研究、工程技術等社會各界對木塔“是否存在失穩倒塌風險、采用何種措施防控失穩風險”等方面至今無法達成共識，迫切需要對不可移動文物安全穩定風險科學內涵、防控理論方法缺失等現狀和根源進行深入思考。
一、不可移動文物安全穩定風險
(一)風險源類別
國際文物保護和修復研究中心(ICCROM)把世界文化遺產面臨的風險分類為火災、地震、洪水、武裝沖突、海嘯、人類活動(故意破壞、盜竊、掠奪、縱火、爆炸性工具的使用、突發交通事故)、不當維護、工業污染等，還應包括風吹、日曬、雨雪、地基沉降等風險源。以上風險源從文物安全穩定保護維度可劃分為三類：第一類如火山爆發或地震引發的海嘯、暴雨引發的山洪，以及戰爭等科技手段無法抗拒也難以進行科學預防的風險，只能通過文物整體遷移、國際立法等規避風險。第二類是火災、雷擊、洪水、人為破壞、盜竊、動物損壞等基本不與風、雨、雪、地震等風險源物理場發生耦合作用的孤立型風險，可通過防火、防雷、防洪、防盜、防畜等各自成體系的安防措施控制文物風險。第三類是風吹、日曬、雨雪、人類正常活動荷載、地基沉降、工業振動、地震等，該類風險源形成的物理場會對文物造成損傷，在日常或短時間內對文物不構成威脅，但該類風險源造成的損傷會不斷累積而發生耦合作用效應;該類風險致文物損傷涉及文物本體基本性能、建筑結構力學、巖土工程力學、水文、地質、氣象、地震等多學科融合，是復雜的耦合系統科學技術問題。
(二)安全穩定風險識別
對于不同組合的“風險源+載體+防控目標”，安全穩定性有著不同的科學內涵。現代工程界將廣義的安全性定義為各種荷載作用下保護重要圍護設施不受損害、人員不受傷害，以及防止結構破壞倒塌的能力，是結構工程最重要的質量指標[6];工程結構或構件在荷載和其他作用的影響下處于某種平衡狀態，或在外界擾動下雖然偏離其平衡位置，但外界擾動停止后仍能自動回到初始平衡位置，稱其具有穩定性[7]，即結構具有防結構倒塌破壞的能力。在實際工程安全風險控制時，狹義地將前一種能力定義為安全性，后一種能力定義為穩定性，這已成為工程界的習慣和共識。不可移動文物經歷千百年環境劣化侵蝕，隨著劣化損傷的不斷累積或遭遇地震、強風等突發物理場增量作用，文物會進入危險狀態，現象上分為文物損傷危險和倒塌破壞兩種極限狀態，與風險評價對應的就是文物的安全性和穩定性。
不可移動文物在日常風吹、日曬、雨雪、人類活動荷載、地基沉降、工業振動、小震等多物理場耦合作用下，會發生老化、裂縫、變形、強度降低等劣化損傷效應。當這些劣化損傷總量控制在人類正常生產、活動時所能接受的狀態，以及文物歷史、藝術價值損失所能接受的狀態，即定義為“安全極限”狀態。反之就為不安全極限狀態，如：我國大量古建筑、石窟寺等不可移動文物雖然沒有倒塌風險，但普遍存在老化、裂縫、變形過大，對其內飾壁畫、雕塑等產生損害，造成歷史文化信息缺失，甚至局部脫落，造成人員傷害和更大的歷史文化價值損失。
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