（圖：初祖庵大殿）

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? ? ? ?初祖庵為第四批全國重點文物保護單位、世界文化遺產，始建于宋代，位于登封市少林寺常住院西北約2千米的龜背形山丘上，宋宣和七年（1125）為紀念初祖達摩而建。

? ? ? ?初祖庵大殿是河南省現存最早的木構建筑之一，有重要的歷史價值和藝術價值。其建造年代與中國古代建筑科學巨著《營造法式》的成書年代相近，其斗栱、梁架、雕飾多與《營造法式》相符合，是宋代木構建筑技術的重要例證。

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（圖：會善寺大雄寶殿）

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? ? ? 會善寺為第五批全國重點文物保護單位，世界文化遺產。?位于登封市區西6千米太室山南麓積翠峰下，前身是北魏孝文帝元宏的一所離宮，魏亡后舍宮為寺。

? ? ?會善寺大殿建筑出檐深遠，斗栱碩大，是嵩山地區現存唯一的元代木結構建筑。其典型做法雖經后世重修，更具歷史價值。

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? ? ? ?云躋數文對初祖庵、會善寺等古建筑開展了針對文物本體和周邊環境的監測研究，并進行多項關于古建筑安全性和建筑材料性能的試驗和分析，為兩處珍貴不可移動文物進行科學精準保護提供了依據。

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環境監測與模擬試驗

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? ? ? ?古建筑所在地區的大環境、周邊的小氣候，會對古建筑保護工作產生多種影響。四季的風向、周圍的風速以及建筑的壁體含濕量，目前已有研究與屋頂植被的遍布生長情況存在關聯。

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風環境監測分析

（圖：根據傾斜攝影高程點建立山脈分析模型）

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? ? ? ?云躋數文文物保護團隊利用3S技術對整體環境進行勘察測繪，根據傾斜攝影高程點建立山脈分析模型，然后用計算機對場地和院落風環境進行分析。

? ? ? ? ? ? ?（圖：四季不同風向下的場地風環境分析）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（圖：四季不同風向下的院落風環境分析）

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? ? ? ?風在四處不斷游走，隨之攜帶的植物種子會在古建筑構件縫隙中生長。除了當地季風，地形樣貌會使風環境復雜化。研究從環境實測分析、風環境模擬分析等方面開展，使用Phoenics軟件根據鄭州標準氣象年數據設置風速、植物等參數。通過分析模型，對場地和院落風環境進行分析，為多個古建筑雜草生長情況不同做出科學解釋。

? ? ? ?通過實測和模擬分析發現：在相同的風環境條件下，會善寺大殿屋頂的平均風速值比初祖庵大殿高；二者有樹和無樹的情況下，屋頂平均風速差別不大。地形地勢的不同使得會善寺所處的位置風速較大，在這種較大風速的影響下，會善寺屋頂的平均風速較初祖庵大。由于會善寺在相同的氣象風條件下，屋頂平均風速較大，所以種子不易在屋頂停留。而初祖庵屋頂平均風速較小，同時所處位置植被較為茂盛，而且初祖庵屋頂修繕前苫背層有裸露情況出現，因此種子更易在屋頂停留，也較容易出現屋頂長草的情況。

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溫濕度監測分析

（圖：夏季溫度與相對濕度結果對比分析）

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（圖：初祖庵、會善寺屋頂苫背層含濕量晴天、雨天對比分析圖）

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? ? ? ?工作人員將溫濕度傳感器在古建內外部關鍵點進行布設，對溫濕度進行長期監測和數據收集，通過數據和參數引入來量化壁體含濕量與屋頂植被生長之間存在的關系。

? ? ? ?對比初祖庵和會善寺的分析結果可知：相比較晴天苫背層的含濕量差值相對較小，初祖庵在雨天的苫背層含濕量與會善寺的差值相對較大。從這個角度分析，苫背層含濕量較大，水分較多也更有利于種子的發芽生長。

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結構分析與試驗

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? ? ? ?我國土木結構的古建筑數量龐大，木材在建材中扮演著重要角色。遼闊的疆域、多樣的氣候，生長樹木品類眾多。古建筑木材中常見樹種有杉木、松木、粟木、櫸木、柏木、楠木等。木材是否出現老化、糟朽，結構是否牢固，關系著該處古建筑能否安然長存。

? ? ? ?針對木結構材料的試驗通常除了對樹種和物理性質進行分析之外，更重要的是對力學性質進行鑒定分析，分析抗彎彈性模量、抗彎強度、順紋抗壓強度等，通過一系列試驗來分析古建筑的材料性能、節點力學、結構力學性能。

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1:1復原初祖庵斗栱構件試驗

（圖：初祖庵大殿斗栱三維設計圖）

（視頻：初祖庵大殿斗栱力學性能試驗）

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? ? ? ? 該試驗在河南工業大學結構實驗室進行。以初祖庵大殿斗拱為原型，采用 1∶ 1 足尺模型，試件整體尺寸為1080mm（高）×2250mm（長）×1500mm（寬），共設計6個斗拱試件，各試件制作均采用國產硬木松。其中，2個為豎向加載使用，其余4個為水平加載使用。水平加載考慮2個方向，與試件的拱、枋平行的方向，稱為橫向，與試件的拱、枋垂直的方向，稱為縱向。各構件在工廠預制，在實驗室現場拼裝，在試驗期間，試件的含水率在12%~14%之間。

? ? ? ?試驗按照預先設定的裝置及加載制度進行。豎向加載采用伺服液壓加載機（500kN級）施加外部荷載。水平加載布置3個位移計測量相對位移變化，枋上鋪設310kN配重，斗栱兩端用錨固固定防止滑移。使用單調加載和低周反復加載的加載制度。

? ? ? ?作為古木建筑結構的重要組成部分，斗栱的力學性能直接影響著整體結構的豎向承載和抗震性能。按照1:1比例形成6朵原尺寸的斗栱，試驗中在縱、橫、豎向進行荷載試驗。獲得的成果使得研究人員能夠認識屋蓋、石木構架的位移原因，并發現結構上存在的薄弱點。

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整體結構分析實驗

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（圖：BEAM189單元幾何模型）???????????????????（圖：SHELL181單元幾何模型）

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （圖：初祖庵大殿三維模型示意圖）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（圖：屋蓋總位移云圖 單位mm）

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? ? ? ?試驗使大殿的整體結構分析成為可能。有限元模擬方法開展的結構計算，探討了石木構架受力變形特征，找出了其中的薄弱部位，這項研究成果為后期初祖庵大殿的結構安全動態監測點的布置提供理論支持和科學指導，并對薄弱部位提出了加固維修建議。?

? ? ? ?研究分析表明：應適當加大角梁的截面尺寸，并加強角梁和周圍斗拱、椽子等構件的相互聯系，提高其抗彎剛度，達到減小翼角豎向變形的目的；同時，應適當加大后平槫和下部蜀柱的截面尺寸，并在后平槫和上部椽子連接處，可設置斜撐，加強后平槫和椽子間的相互聯系。相對柱類構件而言，梁類構件軸力均較小，其中軸力最大，通過蜀柱和斗拱逐漸向下傳播，容易造成斗拱劈裂和歪閃現象。在后期結構監測中，應著重注意柱頭斗拱是否出現上述病害，必要時進行維修和更換構件。?

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抗震性能分析

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? ? ? （圖：罕遇地震作用下模型各梁架層位移響應峰值曲線）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（圖：石木構架振型圖示例）?

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? ? ? ? 分塊蘭索斯法對初祖庵大殿石木構架進行模態分析。完全瞬態動力分析法進行時程分析整個石木構架的抗震性能。

? ? ? ? 分析表明：大殿石木構架在地震過程中，其中柱架體系并不能起到很好的耗能減震作用，大殿石木構架在地震中主要通過上部梁架層達到其耗能減震效果。?

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? ? ? ?隨著社會發展進步的步伐加快，每一處遺產的重要性都在與日俱增，遺產場所的保護無法孤立，不像博物館藏品可以免遭自然災害的破壞。因此世界遺產委員會建議遺產監測機構加強自然環境監測數據積累與分析；對自然災害風險進行精細化評估，編制應急管理規劃和通用處置方案，并加強遺產應急管理能力。

? ? ?古建筑歷經各代風霜，穿越時空屹立在世人面前，為我們帶來了歷史的光華與色彩，彌足珍貴。云躋數文文物保護團隊依據專業的工作流程為初祖庵和會善寺開展多項監測與模擬試驗，科學分析了部分病害的產生原因，探究了建筑構架的抗震性能。為這兩處重要文物的預防性保護設計提供了重要依據。

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