在前人对万佛殿大木结构实测及所绘制的相关图纸的基础上,清华大学综合运用全站仪、三维激光扫描仪和手工测量对这座重要的早期木结构进行了精细测绘工作。通过现有数据的分析,本文初步推算出古代匠人在万佛殿大木尺寸设计中采用了306毫米的营造尺,进一步分析了大木尺度设计的基本方法,讨论了该建筑的平面丈尺、斗栱、屋架等设计细节问题,并借助木材与碳同位素检测对建筑始建年代和遗存现状进行了分析与证实。
平遥镇国寺万佛殿大木结构测量数据解读
刘畅 刘梦雨 王雪莹
图1 平遥镇国寺总平面示意图及坐标测点位置
镇国寺位于平遥县城东北14公里襄垣乡的郝洞村,北纬37度17.119分,东经112度16.261分,海拔高度753米(坐标位置点参见图1)。镇国寺建筑群坐北向南,寺院规模前后两进院落,从南到北依次有天王殿、钟鼓二楼、前院东西二组配房、万佛殿及东西侧门、后院东配殿观音殿、西配殿地藏殿、东厢房、西厢房、三佛殿及其东西经、西配院玉皇阁遗址。万佛殿是镇国寺建筑群的主殿,位于院落中央,是一座面阔三间、进深三间的歇山顶建筑。根据殿内题记,可知万佛殿肇自北汉天会七年(963年),金代天德三年岁次辛未七月补修,明代嘉靖十九年(1540年)再次修缮,并将原名京城寺更名为今天的寺名镇国寺。天王殿内的题记则主要是乾隆时代所成,未能全面记录天王殿修缮历史。寺内现存碑刻20通,铸铁古钟一座。参考现存碑文、钟铭和其他古建筑上的题迹,可以判断镇国寺经历了金、明、清历代修葺,亦有碑记提到元代修缮之可能。
2010年以来,清华大学针对万佛殿和天王殿开展了精细测绘工作,结合手工测量和三维激光扫描实测,尝试开展统计分析,推导大殿原始设计的丈尺规律。
现有研究
到目前为止,关于万佛殿建筑史专业研究成果不多,调查中仅发现地方研究力量的一些工作:其一,山西古建筑研究所进行过比较深入的调查,而公开资料非常有限;其二,平遥县文物管理所绘制了一整套较完整的测绘图,而图中所标注数据存在精度不足的现象,亦未能全面公布。同时,前人关于万佛殿的认识主要反映在木结构研究和殿内彩塑壁画的介绍上,未能形成综合研究。
首先,万佛殿木结构被基本认定为始建于北汉天会七年(963年)。根据以往的实测,斗栱总高1.74米,斗栱的分布有柱头、补间和转角三种,补间斗栱每间一攒,五铺作,双杪偷心造。柱头斗栱七铺作双杪下昂重栱偷心造,昂为批竹式,耍头为短促的下昂形。铺作出跳1.43米,材高22厘米,宽16厘米,栔高10厘米,相当宋《营造法式》四等材标准。
具体到细节问题,前辈学者更有以下数据统计:
表1 万佛殿斗栱用材数据(单位:毫米)
年代 |
材 契(厘米/份) |
相当《营造法式》材等 |
||
材广×厚 |
份值(厘米) |
契高 |
||
963 |
22×16/15×10.9 |
1.47 |
10/6.8 |
四 |
表2 万佛殿主要建筑构件用材数据(单位:毫米)
檐柱(厘米/份) |
|||
径 |
平柱高 |
角柱高 |
生起 |
46/31 |
342/233 |
347/236 |
5/3 |
铺作(厘米/份) |
前后撩檐方心长 |
举高 |
举高比% |
总高 |
|
出跳总长 |
栌斗底至撩檐方背高 |
||||
143/97 |
185/126 |
1363/927 |
360 |
53 |
887 |
表3 万佛殿铺作出跳数据(单位:毫米)
外檐外跳 |
外檐里跳 |
外檐扶壁栱 |
||||
一跳 |
二跳 |
三跳 |
四跳 |
一跳 |
二跳 |
|
42/29 |
31/21 |
37/25 |
33/22 |
42/29 |
41.5/28 |
单栱四方 |
万佛殿的彩画、瓦石作未能得到深入的研究;殿内彩塑被认为是五代遗物,多有图版发表,但未见关于彩塑木骨、泥体、色彩等分项深入探讨。
1988年国务院公布镇国寺为国家级文物保护单位,1997年镇国寺与平遥古城和双林寺共同列入世界文化遗产名录。此后相关专业人士对于平遥镇国寺的研究逐渐多了起来,先后出版了《平遥县志》(1999年版)、《三晋揽胜——双林寺、镇国寺》(2002年)、《山西旅游风景名胜丛书——镇国寺》(2004年)、《中国彩塑精华珍赏丛书——平遥(镇国寺)五代》(2006年)、康熙四十六年八卷本《平遥县志》(2008年,其中附录介绍镇国寺)。
历史文献调研
令人费解的是,关于镇国寺万佛殿历史文献相对匮乏,地方志中竟然未见记载。所幸现场遗留一些碑刻与建筑题记等珍贵的文字资料。这些资料与现存相关史料对照,可约略对万佛殿之起源、沿革、匠作传承做出梳理,为更为广泛视野下的研究提供背景素材。兹摘要罗列如下。
1.1
地方志
王炳吉先生在为2008年出版的康熙四十六年八卷本《平遥县志》撰写的前言中认为平遥编修志书的年代“大概”是:
(1)金代(1115-1234年)首纂《平遥图经》;
(2)明嘉靖年间(1522-1566年)始修志书;
(3)明万历初年,以嘉靖志颇多阙略,历四十余年,至万历四十五年(1617年)杨廷谟主持编修十二卷本《平遥县志》;
(4)康熙十二年(1673年),陈以恂、梁雉翔纂修《重修平遥县志》二卷;
(5)康熙四十五年(1706年),王绶有主持编纂《重修平遥县志》八卷;
(6)光绪八年(1882年),恩端主事,成《平遥县志》十二卷;
(7)1999年,平遥县地方志编纂委员会编写了最新的《平遥县志》,由中华书局发行。
1.2
碑刻
万佛殿内现存碑刻20通,有的陈列在东西碑亭之中,有的嵌于万佛殿南墙之上,其中关于营造历史的碑刻共有5通,能够提供部分历史信息的碑刻12通。按照时代顺序分别整理其所在位置及其内容如表4,并在其后附其余各碑简要信息。
表4 万佛殿现存碑刻一览
1.3
建筑题记
万佛殿内建筑题记共有8处,分布在屋架和墙面之上。按照时代顺序分别整理其所在位置及其内容如表5。
表5 万佛殿现存题记一览
1.4
历史线索综述
“四有档案”记载,1949年以来,一直未有规模维修万佛殿的工程,直至2009年,修缮万佛殿屋面,捉节夹陇,勾抿灰缝。
根据碑记、题记、史志等所有已知历史维修记录,已经可以初步梳理出万佛殿经历的一些重大工程。在此基础上,精细测绘所发现的木作、瓦石作、彩画作修缮痕迹可以对这些文字记录进行证实或者补充。兹按照时代先后次序罗列文字史料如下。
(1)碑文中提到“睿宗皇帝”,系北汉第二代皇帝刘承钧之庙号。刘承钧卒于天会十二年(968年)。说明此碑成于天会十二年之后。
(2)殿内屋架题记分别说明大殿及其附属文物至少经历了以下修缮工程:金天德三年、明嘉靖十九年、清乾隆十七年前后、清嘉庆二十年。
实测方案
从当前保存状况来看,万佛殿的木结构并非完全暴露可测。万佛殿仅用立柱一周,均掩藏在后期砌筑的墙体之内,且墙体下脚未见暴露柱础,立柱上端暴露54厘米至62厘米不等,前后外檐装修皆结合墙(图2、图3)。在这种情况下,木结构的测绘重点为柱头以上部位,尺度设计、保存状况无法涵盖柱身及以下部位。重要的是,柱头以上的梁架大木结构最复杂、形变情况最复杂、材料劣化最复杂;不仅需要采集形变较小部分的数据——如同常规“法式测绘”,更需要在形变显著的部位也小心选择相对可靠的度量,以增加数据采样数量,以增加逆向分析可靠性。
图2 万佛殿外景
图3 万佛殿鸟瞰图
3.1
柱头平面
本测绘方案只能强调测量露明的柱头尺寸。柱脚测量采取手工与三维激光扫描结合的方法;柱头测量主要结合全站仪和三维激光扫描进行数据采集。
由于全站仪和三维激光扫描仪等设备的主要工作平面是地面,工作高度在1米至2米之间,难以实现俯视扫描而获得直接的柱头平面数据。本测绘中采用的便利方法是用柱头附近斗栱构件(头跳华栱)的底面楞线、中线的关系距离替代直接数据,同时记录柱头部位额、枋的拔榫或挤压现象,再通过多位置采集数据的方式降低误差,最终确保数据精度达到两次测量读数较差不超过(3 + 0.001L)mm之规定(L为被测长度);同时各分段测量值之和与一次测量值之和之差不超过 0.004∑Li(Li为各分段测量值)。
在各内外立面开间数据提取过程中,工作方针是尽力提高单站内数据的覆盖率,避免不必要的多站拼合,从而实现提高数据精度的目的。
3.2
梁架
构件之间相对关系数据利用三维激光扫描仪量取;梁架中各槫、栿、串、额、柱等构件的尺寸采用手工测量取得。梁架部分测量原理、数据精度标准与平面部分相同。
在研究阶段梁架构件相对距离的测量也适合采用三维激光扫描技术、单站提取数据的方案。所不同的是梁架构件互相遮挡的现象比较严重,无法实现数据的绝对完整。
再有,本测绘还强调,须在基础测量之外特别注意到结构的构造逻辑、交接关系和细节做法,强调从营造本身的角度理解设计者的思路。
3.3
斗栱
斗栱测量不是针对一朵所谓的“典型构件”进行穷尽的测量精确化,而是在更大程度上把握斗栱空间姿态和形变特点,在每朵斗栱中寻求最接近原始设计的特征数据,并进而在多朵斗栱中展开广泛测量。
斗栱实测长期以来以半厘米为精度标准。考虑到长期以来传统测量方法对斗栱空间姿态把握困难,在各个单站内利用三维激光扫描与手工测量结合的方法可以将斗栱量取和分析精度提高到毫米级。
由于三维激光扫描单站之中对斗栱可见构件的相对尺寸的测量——如出跳距离、足材高等——具有极大优势,而对于一些单体构件在可见、不可见表面之间的距离的测量——如构件厚度、高度等——须经过拼站处理,反而降低了数据精度,不如手工测量。实测中应当采用扫描与手工测量相结合的方法。针对斗栱数据的采集方案简述如下。
(1)材广、材厚:手工多次测量形成数据表,筛除特异值,确定取值区间,其中材厚数据以手工测量最妥,在测量条件允许的情况下也应补充手工测量材广;
(2)每跳出跳高度、水平出:
参考水平标高、构架轴线,调整构件姿态;
尽可能合理地提取出跳构件、横向拉扯栱外皮之间的相应距离;
在出跳构件两侧分别测量,消除构件组扭转形变的因素;
以手工实测的栱、昂厚度校核出跳高度、水平出。
斗栱中各横向栱、大小斗等构件的规格尺寸应当采用手工测量方案。
3.4
测量仪器站点分布
本次测绘使用的全站仪型号为Sokia530R;三维激光扫描仪为Bitwyse(现属美国Surphaser公司)之3Dguru设备,工作原理为相位激光测量,测程范围为0.3-36.7米。
全站仪、三维激光扫描仪,仪器测量以地面为主要工作面,站点分布力求覆盖测绘对象之木结构所有可见部分,但是由于角落位置构件相互遮挡,且无法架设机站等因素,未能获得扫描数据或点测量数据(图4)。
图4 万佛殿三维激光扫描仪、全站仪布站图
由于现场脚手架、工作时间等因素的限制,2010年测绘中手工实测的覆盖面并未达到大殿所有露明部位,砌筑与墙体内部和交接与构件内部的隐蔽部位未开展精细测量工作。立柱层、斗栱、梁架层基本得到完全覆盖;隐角梁、生头木等难以揭露部位仅开展典型构件测量。
平面丈尺实测与分析
4.1
柱头间距
万佛殿用檐柱一周12根,柱头露明。然而由于柱头与阑额、栌斗相交,无法直接确定柱心,也难以准确拟合柱心位置。在本次实际测量过程中,采取间接测量方法——以头跳华栱底面楞线的关系为准测量柱头铺作中心的距离,同时记录柱头部位阑额的拔榫或挤压现象。为了进一步消除华栱厚度不同等因素带来的误差,在测量其底面楞线间距时分别测量左右两侧数据,用全站仪配合手工测量得到数据表。
就此,提取并计算柱头间距如表6、图5(系列1代表面阔明间,系列2代表进深明间,系列3代表面阔和进深次间),并在表7中进行分布情况分析。
表6 万佛殿柱头间距实测数据归纳表(单位:毫米)
面阔西次间 |
面阔明间 |
面阔东次间 |
进深南次间 |
进深明间 |
进深北次间 |
|
南立面1 |
3503 |
4477 |
3511 |
– |
– |
– |
东立面1 |
– |
– |
– |
3496 |
3662 |
3493 |
北立面1 |
3522 |
4485 |
3506 |
– |
– |
– |
西立面1 |
– |
– |
– |
3491 |
3690 |
3511 |
南立面2 |
3482 |
4480 |
3516 |
– |
– |
– |
东立面2 |
– |
– |
– |
3482 |
3669 |
3508 |
北立面2 |
3525 |
4483 |
3523 |
– |
– |
– |
西立面2 |
– |
– |
– |
3508 |
3686 |
3514 |
考察结构对称和转角关系,可以认为:面阔东西次间、进深南北次间之间存在相等的关系。
图5 万佛殿柱头间距实测数据分布情况
表7 万佛殿柱头间距实测数据统计分析(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
面阔明间 |
4481.3 |
4477 |
4485 |
12.3 |
4 |
进深明间 |
3676.8 |
3662 |
3690 |
179.6 |
4 |
面阔和进深次间 |
3505.7 |
3482 |
3525 |
185.4 |
12 |
按照“间广进深半尺假说”,以均值为准推算柱头间距用尺如表8所示。
表8 万佛殿柱头间距用尺推算(单位:毫米/尺)
测量对象与推算 |
面阔明间 |
进深明间 |
面阔和进深次间 |
实测数据 |
4481.3 |
3676.8 |
3505.7 |
估算用尺 |
14.5 |
12 |
11.5 |
倒推营造尺长 |
309.05 |
306.40 |
304.84 |
权重(数据量) |
4 |
4 |
12 |
推算结论 |
1营造尺=306毫米 |
||
实测折合营造尺 |
14.64 |
12.02 |
11.46 |
吻合程度 |
99.00% |
99.87% |
99.62% |
(1)具有最高的吻合程度——全面达到99.00%以上;
(2)此推算与外檐铺作材广厚数据吻合极佳(参见下文)。
4.2
柱径
虽然万佛殿12根立柱件用材较为规整,但是由于阑额、栌斗等相交构件的遮挡,柱头部位又有卷杀,柱径无法直接量取。在现场量取并予以估算调整的基础上,降低测量精度要求,得到柱径实测值46厘米。此数值与陈明达先生整理公布的柱径数值相同。
进一步参照上文推算所得营造尺长306毫米,柱径折合15.03寸,取整为15寸,吻合程度达到99.78%。参考下文可知柱径用2材,与《营造法式》所规定的“凡用柱之制:若殿阁即径两材两栔至三材;若厅堂柱即径两材一栔;余屋即径一材一栔至两材……”相比,用材偏小。
4.3
角柱生起
由于万佛殿柱头长期受到集中荷载,可能存在诸如柱身倾斜和受压形变不均匀等现象,因此实测数据不能准确反映角柱生起的原始设计值。现将实测结果汇总得到表9。
表9 万佛殿柱头生起推算分析(单位:毫米)
西南角柱生起 |
西-东平柱 |
东南角柱生起 |
|
西南测站 |
9 |
-53 |
54 |
东南测站 |
未及 |
未及 |
51 |
西北角柱生起 |
西-东平柱 |
东北角柱生起 |
|
西北测站 |
8 |
19 |
9 |
东北测站 |
10 |
12 |
10 |
东南角柱生起 |
南-北平柱 |
东北角柱生起 |
|
东南测站 |
68 |
-7 |
未及 |
东北测站 |
未及 |
未及 |
-18 |
西南角柱生起 |
南-北平柱 |
西北角柱生起 |
|
西南测站 |
53 |
2 |
64 |
西北测站 |
未及 |
未及 |
67 |
考察表中畸变数据,能够看出西立面生起规整,而西南、西北、东北角柱低于东南角柱,在无法测量柱脚的情况下,只能大胆推测西立面立柱有向东倾斜的趋势,而东北角柱有向南倾斜的趋势。于是,从上表数据中取51至68毫米的生起值为有效值,剔除其余测量值,生起均值为59.5毫米。参照306毫米营造尺,初步推算万佛殿角柱生起2寸,吻合程度为97.22%。此推算与《营造法式》中“至角则虽间数生起角柱……三间生高二寸”的记载相符。
4.4
总结
初步分析可知万佛殿平面丈尺设计方法如下:
(1)面阔明间1丈4尺5寸,吻合程度达到99.00%;
(2)进深明间1丈2尺,吻合程度达到99.87%;
(3)四面次间开间均为1丈1尺5寸,吻合程度达到99.62%;选择半尺作为与外檐铺作及其里转部分尺度设计相关的次间开间,具有更深层的设计伏笔,参见下文;
(4)柱径1尺5寸;
(5)角柱生起2寸。
外檐斗栱实测与分析
镇国寺大殿斗栱布置在外檐、内檐、天花装修等处。外檐斗栱面阔方向当心间用补间铺作两朵,次间用补间铺作一朵;进深方向,前、中二进用补间铺作两朵,后进用补间铺作一朵;内檐斗栱随外檐斗栱布局规律安设。其中外檐斗栱有9种不同形式,分别为前檐柱头、补间、转角铺作,后檐柱头、补间、转角铺作,山面柱头、东山面补间铺作,西山面补间铺作等;另使用内檐斗栱有7种,即前内柱柱头铺作,前内柱柱中铺作,后内柱柱头铺作,前内柱内额间斗栱,后内柱内额间斗栱,前三椽栿上补间铺作,乳栿上补间铺作,平梁梁端斗栱。
外檐斗栱基础数据的采集是揭示大木结构设计规律的第一步。鉴于下昂坡度问题的复杂性,将结合出跳和跳高的基础尺度设计在下文中展开讨论。
5.1
材广厚
(1)华栱广
外檐铺作四立面正身部分各显7朵,每朵采集一二跳华栱各一,实测数据56组,分布情况如图6。其中取值分布在205毫米-227毫米之间的为各单材华栱,施用于补间铺作和转角铺作正身部位;取值分布在300毫米以上的为各足材栱,施用于柱头铺作和转角铺作的斜出部位。
图6 万佛殿外檐铺作华栱广实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作单材、足材华栱广数据统计结果见表10。
表10 万佛殿外檐铺作华栱广实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
单材华栱广 |
214.1 |
205 |
227 |
30.15 |
40 |
足材华栱广 |
316.4 |
299 |
329 |
50.91 |
20 |
(2)华栱厚
实测数据60组,分布情况如图7。
图7 万佛殿外檐铺作华栱厚实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作华栱广数据统计结果见表11。
表11 万佛殿外檐铺作华栱厚实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
华栱厚 |
155.7 |
150 |
166 |
11.83 |
60 |
对照前文推算出的营造尺长306毫米,假设华栱厚度为10分°,考虑到华栱长期集中受压,倒推得1分°=0.5寸=15.3毫米,吻合程度为98.24%。综合考察华栱广厚情况可有表12。
表12 万佛殿外檐铺作华栱广厚材份推算分析(单位:毫米)
测量对象与推算 |
足材华栱 |
单材华栱 |
华栱厚 |
实测值 |
316.4 |
214.1 |
155.7 |
折合分° |
20.68 |
13.99 |
10.18 |
取整分° |
21 |
14 |
10 |
受力情况说明 |
集中受压 |
集中受压 |
集中受压 |
变形情况说明 |
存在受压减小趋势 |
存在受压减小趋势 |
存在受压增加趋势 |
吻合程度 |
98.47% |
99.95% |
98.24% |
(3)昂广
头昂、二昂广实际是相同的,考虑到三维激光扫描点云数据更为有效,而进一步考虑到提取过程中的实际效果,头昂测量连带栔一并计算最为实际和方便。因此,实测得头昂、二昂各16组及头昂单材部分16组,分别计算,分布情况如图8、图9。
图8 万佛殿外檐铺作头昂单材及二昂广实测数据分布情况
图9 万佛殿外檐铺作头昂足材部分实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作昂广数据统计结果见表13。
表13 万佛殿外檐铺作下昂广实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
头昂广 |
278.4 |
269 |
287 |
18.66 |
16 |
二昂广 |
187.0 |
177 |
198 |
21.8 |
32 |
可见,万佛殿所用下昂之广并非单材,亦非足材;通过观察三维激光扫描点云特征,还可以判断二下昂组装完毕后在垂直地面方向上高度约合2材1栔,使得上一昂上皮恰过二跳外皮与耍头下皮的交会处。此构造关系将在后文中讨论。
图10 万佛殿外檐铺作下昂与栱楞关系示意图(东南头-L.dwg)
(4)昂厚
头昂、二昂广相同。采用手工实测得数据34组。分布情况如图11。
图11 万佛殿外檐铺作昂厚实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作昂厚数据统计结果见表14。
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
昂厚 |
154.0 |
141 |
165 |
27.30 |
16 |
折合分° |
10.07 |
||||
取整分° |
10 |
||||
受力情况说明 |
受压受弯 |
||||
变形情况说明 |
难以判断 |
||||
吻合程度 |
99.35% |
(5)栱广
采用手工实测得瓜子栱广数据44组。分布情况如图12。
图12 万佛殿外檐铺作瓜子栱广实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作瓜子栱广数据统计结果见表15。
表15 万佛殿外檐铺作瓜子栱广实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
瓜子栱广 |
214.7 |
201 |
227 |
40.26 |
44 |
采用手工实测得慢栱广数据44组。分布情况如图13。
图13 万佛殿外檐铺作慢栱广实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作慢栱广数据统计结果见表16。
表16 万佛殿外檐铺作慢栱广实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
慢栱广 |
218.9 |
209 |
237 |
36.43 |
44 |
采用手工实测得令栱广数据28组。分布情况如图14。
图14 万佛殿外檐铺作令栱广实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作慢栱广数据统计结果见表17。
表17 万佛殿外檐铺作令栱广实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
令栱广 |
217.4 |
208 |
228 |
26.62 |
28 |
综合考察瓜子栱、令栱和慢栱之广,得到表18。
表18 万佛殿外檐铺作栱广推算分析(单位:毫米)
测量对象与推算 |
瓜子栱 |
令栱 |
慢栱 |
均值 |
214.7 |
217.4 |
218.9 |
折合分° |
14.03 |
14.21 |
14.31 |
取整分° |
14 |
14 |
14 |
受力情况说明 |
受压受弯 |
受压受弯 |
受压受弯 |
变形情况说明 |
难以判断 |
难以判断 |
难以判断 |
吻合程度 |
99.77% |
98.51% |
97.81% |
(6)栱厚
采用手工实测得瓜子栱厚数据16组。分布情况如图15。
图15 万佛殿外檐铺作瓜子栱厚实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作瓜子栱厚数据统计结果见表19。
表19 万佛殿外檐铺作瓜子栱厚实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
瓜子栱厚 |
156.5 |
150 |
162 |
8.133 |
16 |
采用手工实测得令栱厚数据28组。分布情况如图16。
图16 万佛殿外檐铺作令栱厚实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作令栱厚数据统计结果见表20。
表20 万佛殿外檐铺作令栱厚实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
令栱厚 |
155.6 |
150 |
165 |
15.07 |
28 |
采用手工实测得慢栱厚数据16组。分布情况如图17。
图17 万佛殿外檐铺作慢栱厚实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作慢栱厚数据统计结果见表21。
表21 万佛殿外檐铺作慢栱厚实测数据统计结果(单位:毫米)
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
慢栱厚 |
156.9 |
151 |
162 |
8.196 |
16 |
参照综合考察瓜子栱、令栱和慢栱之厚,得到表22。
表22 万佛殿外檐铺作栱厚推算分析(单位:毫米)
测量对象与推算 |
瓜子栱 |
令栱 |
慢栱 |
均值 |
156.5 |
155.6 |
156.9 |
折合分° |
10.23 |
10.17 |
10.25 |
取整分° |
10 |
10 |
10 |
受力情况说明 |
受压受弯 |
受压受弯 |
受压受弯 |
变形情况说明 |
难以判断 |
难以判断 |
难以判断 |
吻合程度 |
97.71% |
98.30% |
97.45% |
(7)小结
通过以上分组数据统计,首先可以看出一些构件尺度相同的现象,与《营造法式》中的记载和普遍施工方式基本吻合。这些现象可以用以下等式表达:
①华栱单材厚=昂厚=栱厚,考察其均值,则∈(154.0,156.9),参考前文推算营造尺长306毫米,考虑到形变特点和原因,可以认为其厚10分°,每分°半寸;
②华栱单材广=栱广≠昂广,考察前二者均值,则∈(214.1,218.9),参考前文推算营造尺长306毫米,考虑到形变特点和原因,可以认为其广14分°;
③二下昂之广需要结合斜度设计和局部交接关系在下文中讨论;
④华栱足材广应结合斗栱结构尺度中的足材实测一并考察。
5.2
足材高、外跳出跳
通过三维激光扫描和在ACAD中提取数据(图18)得到万佛殿第一二跳总出跳、第三四总出跳(第3、第4小跳合计)尺度。
这组数据与常规的构件本体数据不同,为构件间的关系尺度。如果说构件本体尺度往往因匠人节约木材、便捷施工、历史更换等因素随宜调整的话,构件关系尺度直接影响构造间是否能够良好吻合的关键问题,即便后期修缮也必须注意到榫卯相合、对应交圈,因此可以更加直接地反映原始设计;如果说构件本体数据离散程度高、推算构件本体尺度的原始设计能够达到97%以上的吻合程度便相当不容易,根据笔者的研究经验,在构件关系尺度测量与推算中吻合程度往往可以达到99%以上。
图18 万佛殿斗栱三维激光扫描数据提取方法示意图(东北头-L.dwg)
(1)足材广
在三维激光扫描斗栱数据中,提取足材广4组每组中数据22-46份不等,分布情况如图19,图中系列1至系列4分别代表在不同铺作层上提取的足材1至足材4的高度值。
图19 万佛殿外檐铺作足材广实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作三维激光扫描足材广数据统计结果见表23。
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
足材广1 |
319.9 |
309 |
334 |
39.778 |
46 |
足材广2 |
319.2 |
305 |
332 |
37.747 |
42 |
足材广3 |
321.6 |
308 |
330 |
34.909 |
22 |
足材广4 |
316.3 |
305 |
328 |
35.846 |
22 |
(2)第一二跳总出跳
在三维激光扫描斗栱数据中,提取第一二总出跳数据46组,分布情况如图20。
图20 万佛殿外檐铺作第一二总出跳数据实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作三维激光扫描第一二总出跳数据实测数据统计结果见表24。
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
第一二总出跳 |
732.4 |
704 |
755 |
115.61 |
46 |
(3)第三四跳总出跳
在三维激光扫描斗栱数据中,提取第三四总出跳数据22组,分布情况如图21。
图21 万佛殿外檐铺作第三四总出跳数据实测数据分布情况
万佛殿外檐铺作三维激光扫描第三四总出跳数据实测数据统计结果见表25。
测量对象 |
均值 |
最小值 |
最大值 |
方差 |
数据量 |
第三四总出跳 |
719.5 |
694 |
753 |
245.88 |
22 |
(4)小结
将斗栱结构尺寸汇总,可以借以推算其间的比例关系,考察是否存在一个明确的材份制度。如表26。另,结合上文得出的数据推算,营造尺长306毫米,材厚约合0.5寸,合153毫米,吻合系数99.35%,一并归入以下推算分析表。
表26 万佛殿外檐铺作材份制度推算
材厚 |
单材广 |
足材广 |
一大跳出 |
二大跳出 |
|
均值取值 |
154.0-156.9 |
214.1-218.9 |
316.3-319.9 |
732.4 |
719.5 |
木材形变趋势 |
增大 |
不详 |
减小 |
不详 |
不详 |
取值调整 |
154 |
218.9 |
319.9 |
732.4 |
719.5 |
若1分°=0.5尺 |
10.07 |
14.31 |
20.91 |
47.87 |
47.03 |
取整分° |
10 |
14 |
21 |
48 |
47 |
吻合程度 |
99.35% |
97. 81% |
99.56% |
99.73% |
99.94% |
推算显示,如果结合平面设计中营造尺的运用,则斗栱结构尺度设计具有非常明显的趋势:
①单材广并不遵循《营造法式》规定的15分°,而更倾向于14分°;
②斗栱可以材厚为基准分为10分°,每分°0.5寸;
③第一二总出跳出48分°;
④第三四总出跳平出47分°,考察第二根下昂上皮过耍头上皮与第二跳慢栱上皮的交点,因此第三四总出跳决定下昂斜度,下昂斜度设计的基准三角形均为平出47分°,抬高21分°;
⑤自栌斗底至撩风槫底的铺作总高为106分°,至撩风槫背须再加槫高14分°,合计120分°;
⑥外檐铺作里转部分尺度与外转部分略有出入,因其不影响其他结构尺度,仅于测绘图中表现,在此不赘述。
5.3
外檐铺作实测总结
(1)交接关系
总结本节所有斗栱数据及推算结果,是得到斗栱理想模型的基础。还有一个细节问题需要解决——倾斜的下昂上下皮与正交体系的交接关系。简单讲,昂下皮与交互斗口的交接处不用华头子,头下昂自承跳斗口外楞出;上层下昂上皮恰过二跳外皮与耍头下皮的交会处。利用三维激光扫描点云影像,观察现状几个关键点A、B、C(图22),分别以吻合、略高、略低、高、低五个指标描述下昂上/下斜面与正交体系的交接关系,归纳成表27。
图22 万佛殿下昂部位交接关系参考点示意图
表27 万佛殿外檐铺作下昂关键点交接关系归纳
铺作位置 |
点A |
点B |
点C |
南东角-R |
略低 |
吻合 |
吻合 |
南东头-R |
吻合 |
吻合 |
略高 |
南东头-L |
吻合 |
吻合 |
略高 |
南西头-R |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
南西头-L |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
南西角-L |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
北东角-L |
低 |
吻合 |
吻合 |
北东头-R |
吻合 |
略低 |
略高 |
北东头-L |
吻合 |
吻合 |
略高 |
北西头-R |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
北西头-L |
略低 |
吻合 |
吻合 |
北西角-R |
略低 |
吻合 |
吻合 |
东南角-L |
略低 |
略低 |
略高 |
东南头-R |
吻合 |
吻合 |
未及 |
东南头-L |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
东北头-R |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
东北头-L |
吻合 |
吻合 |
未及 |
东北角-R |
吻合 |
未及 |
未及 |
西南角-R |
略低 |
吻合 |
未及 |
西南头-R |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
西南头-L |
略低 |
吻合 |
吻合 |
西北头-R |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
西北头-L |
吻合 |
吻合 |
吻合 |
西北角-L |
吻合 |
未及 |
未及 |
统计 |
吻合17 |
吻合20 |
吻合14 |
表27中A点略低处为集中受压造成;B点略低处同样如此;C点略高,与B点同处第二根下昂上皮,位于B点之后,构件前端下沉则C点相应抬高。
在以往的研究中,以五台山佛光寺东大殿为代表的北方唐辽七铺作下昂造第四跳令栱均与里跳归平(图23)。
我们知道,在已经开展过较深入讨论的三个手法类似的实例中,采用的分°值均与营造尺长存在简明的比例关系——佛光寺东大殿每分°0.7寸、镇国寺万佛殿每分°0.5寸、奉国寺大雄殿每分°0.65寸;这三个实例中,下昂斜度设计的基准三角形均为平出47分°,抬高21分°。在另几座《营造法式》之前的北方的双杪双下昂铺作——河北蓟县独乐寺观音阁上层(图24)、山西应县木塔一二层塔身(图25)、山西高平崇明寺(图26),虽然尚未进行三维激光扫描和数据取样归纳,但其下昂斜度均接近这个比例,所不同的是观音阁和木塔中标准斜度定在一二跳,昂广(非垂高)适合单材或足材,因此三四跳要增大许多。
图23 五台山佛光寺东大殿外檐铺作做法及其下昂部位示意图
图24 蓟县独乐寺观音阁外檐铺作做法及其下昂部位示意图
图25 应县木塔二层塔身外檐铺作做法及其下昂部位示意图
图26 高平崇明寺外檐铺作做法及其下昂部位示意图
在这些数据面前,我们足以浮想联翩。
也许,古人有一个算法表,是用不同的平出来抬高一足材,要么47分°,要么46分°,或者48分°;足材尺度要么21分°,要么20分°,或者22分°。
也许,古人只是偏爱这个47和21。而偏爱难道不需要原因吗?
只要再向前推演一步:47÷21≈2.238。这个比率可以让人想到√5,而√5≈2.236。虽然在简单整数比中38÷17≈2.235,更加接近√5取值,但是21仿佛具有更大的魅力。一旦有了√5的联想,下昂斜度设计就一下子变得简易了许多:
(1)并排画出两个标准正方形,边长为1足材;
(2)连接对角线,其长即为昂制平出。
再拓展一步,我们还可以联想到那根在宁波保国寺大殿(图27)、少林寺初祖庵大殿(图28)等建筑中出现的“五举”的下昂。暂时不引申论证,还是仅仅解释下算法自身的几何特点,将今天的几何认识与古代匠人可能的想法并置在一起,是否古今的理解略同呢?
图27 宁波保国寺外檐铺作做法及其下昂斜度示意图
图28 少林寺初祖庵外檐铺作做法及其下昂斜度示意图
“五举”的下昂真是具有一些“先天”的简明几何关系:平出为二,举高为一,斜边就是根五。更为有趣的是,在转角部位,斜昂的设计基准长为三。
那么“根五举”呢?在“五举”显得略陡的时候,简单地把“五举”的斜边变成平出,保持举高为一。那么转角部位的斜昂的设计基准长呢?是“根十一”,合3.32,约略是10/3。再有,如果用47和21作“根五举”,斜昂基准长就是69.7,可约作70。
(2)下昂广
在前文中总结了实测下昂广。那么,在下昂斜度关系假说的基础上延伸开来,两组下昂广数据之中掩藏着原设计者什么样的匠心呢?
首先,按照交接关系推算一下二昂组合在垂直方向上的高度到底应当是多少。参照上文推算和已经做过较深入研究的五台山佛光寺和义县奉国寺大殿外檐铺作下昂斜度,我们知道,下昂斜度由平出47分°、抬高21分°的直角三角形控制。做几则简单计算:
①从第二跳承跳斗斗口外楞至瓜子栱水平出=(17 -10)/2=3.5分°;
抬高=3.5×21/47=1.564≈1.6分°;
②上昂上皮与耍头上皮交会处自第二跳抬高=21+14=35分°(二材一栔);
③二昂组合垂高=35-1.6=33.4分°。
接下来,看一下实测数据的情况(表28)。
表28 万佛殿外檐铺作慢栱长推算分析(单位:毫米)
测量对象与推算 |
头昂广 |
二昂广(及头昂单材部分) |
均值 |
278.4 |
187.0 |
受力情况说明 |
受压受弯 |
受压受弯 |
变形情况说明 |
难以判断 |
难以判断 |
以47/21斜度计算 |
305.1 |
204.9 |
折合分° |
19.9 |
13.4 |
取整分° |
20 |
13.4 |
吻合程度 |
99.69% |
99.94% |
表中实测均值推算得二昂广合计33.4分°。
这个推算完美得让人难以置信,然而将这种下昂垂高设计放在更大视野中考察,才可以引领我们逐步走进古代大木匠的内心世界:五台山佛光寺东大殿之下昂从第二瓜子栱外楞出(图29)、义县奉国寺大雄殿也是如此(图30)。此二例省去了从第二跳承跳斗斗口外楞至瓜子栱水平出的3.5分°,上昂上皮与耍头上皮交会处自第二跳抬高二材一栔,二昂组合垂高也正好是二材一栔,无须特别计算。
图29 五台山佛光寺东大殿下昂与承跳斗交接关系
图30 义县奉国寺大雄殿下昂与承跳斗交接关系
说得更远一点,广东肇庆梅庵大殿的下昂造中根本不估计下昂与二跳上承跳斗之间的承托逻辑,深深嵌入承跳斗斗欹(图31),在某种程度上只关注下昂斜度而放松了斗、昂关系。
图31 广东肇庆梅庵大殿下昂与承跳斗交接关系
那么是否可以说,比起上述三例中的下昂深入斗平的做法,在镇国寺大雄殿中的昂斗关系更追求细部的“构造美感”——或是更忠于“斗栱构造逻辑”呢?
是否可以说,为了追求这种“构造美感” 或是“斗栱构造逻辑”,镇国寺万佛殿的设计者——或者是他师从的工匠流派不惜为此付出了更多的计算?
是否可以说在“北方家族”的三个实例中,万佛殿代表的是更“年轻”的“改良派”,而奉国寺尽管建设年代稍晚,也当属于“保守派”呢?
细致入微的观察和测量帮助我们打开思想的翅膀。
梁架结构尺寸实测与分析
6.1
架道
首先,初步考察数据分布情况可以看出万佛殿屋架架道存在对称法则和转角对称关系,在这种对称法则和转角对称关系基础上,可以推导出一些基本架道的“等式关系”:
(1)正身架道1(柱心至下平槫)=进深架道1(柱心至下平槫);
(2)正身架道2(下平槫至上平槫)=进深架道2(下平槫至上平槫);
(3)正身架道1+正身架道2=进深架道1+进深架道2=次间开间;
(4)2×正身架道3(上平槫至脊槫)=进深明间。
进一步,利用三维激光扫描点云文件,可提取内槽东西缝之前后坡、东西山之南北丁栿之上共计8组数据,如表29。
表29 万佛殿架道推算(单位:毫米)
架道1 |
架道2 |
架道3 |
|
东缝前 |
1722 |
1774 |
未及 |
东缝后 |
1721 |
未及 |
1849 |
西缝前 |
1765 |
1776 |
1833 |
西缝后 |
1744 |
1745 |
未及 |
东山南 |
1761 |
未及 |
未及 |
东山北 |
1761 |
1751 |
未及 |
西山南 |
1744 |
未及 |
未及 |
西山北 |
1763 |
1740 |
未及 |
均值 |
1747.6 |
1757.2 |
1841 |
最小值 |
1721 |
1740 |
1833 |
最大值 |
1765 |
1776 |
1849 |
方差 |
326.84 |
279.7 |
128 |
折合尺 |
5.7111 |
5.7425 |
6.0163 |
归整尺 |
5.75 |
5.75 |
6 |
吻合程度 |
99.32% |
99.87% |
99.73% |
折合分° |
114.22 |
114.85 |
120.33 |
归整分° |
115 |
115 |
120 |
吻合程度 |
99.32% |
99.87% |
99.73% |
可知,架道1=架道2=次间开间/2=5.75尺。
对照前文中推算出的材广厚和材份尺度,进一步考察架道均值,可知架道1(或架道2)水平长=115分°;架道3=120分°;撩风槫至柱心=95分°;前后撩风槫通深=890分°。
在这个115分°背后,还掩盖着这样一层深意——外檐铺作总出跳95分°,撩风槫至下平槫水平间距即为210分°,合1丈0尺5寸,便于用营造尺直接度量架道和椽长。与此相同的檐头架道设计还出现在始建于1200年的辽宁义县奉国寺大雄殿中——唯一的差别是,大雄殿1分°取值0.65寸,撩风槫至下平槫水平间距210分°合1丈3尺6寸5分,扣除外檐铺作总出跳,柱轴线至下平槫水平间距115分°合7尺4寸7分5,在进深架道(1丈6尺)分配上,约合7尺5寸,也是一种非常简明的算法。
6.2
出际
《营造法式》中记载“凡出际之制……六椽屋出三尺五寸至四尺”。实测万佛殿东西山出际——推算柱心线至搏风板内皮——分别为1385毫米和1411毫米,折合约4尺6寸,计92分°,吻合程度为99.32%。这个取值为115分°的0.8倍,与基本架道115分°之间存在简明的比例关系。考虑到歇山部位屋架架道为115分°,如此确定出际长或许是考虑到内外尺度关系。
再有,为了保证出际稳定,某次工程还添加立柱一根,下自山面补间铺作内二跳华栱栱身,上至脊槫底。
6.3
举折
(1)槫间高差实测
按照惯例,万佛殿各架道各槫间相对高度应直接测量,而测量部位应选择在各缝屋架承托各道槫的最贴近梁栿处,以减小槫子挠度对于高度测量的干扰。即使如此,在本例中影响直接测量结果的误差因素仍然存在,主要有二:①梁栿普遍存在挠度,使实测数据存在小于设计尺度的倾向;②襻间集中受压或倾斜,同样使实测数据存在小于设计尺度的倾向。
为了更加精确地考察、推算原始设计中举折做法,结合万佛殿屋架层叠严整、用材统一、历史修缮干扰小等特点,本次测绘针对其构造细部特征,归纳总结出以下关键距离,用于推算各槫间相对高度:
①各槫径尺度稳定,槫下替木高度同样稳定,脊槫、上平槫、下平槫之下替木广均为10分°;因此槫间高度差可以先行分别计算至替木底皮;
②如图32,撩风槫与下平槫之高差=3材3栔+间距A;
③如图33,下平槫与上平槫之高差=1材1栔+间距B;
④如图34,上平槫与脊槫之高差=间距C。
图32 撩风槫与下平槫高差关系示意图
图33 下平槫与上平槫高差关系示意图
图34 上平槫与脊槫高差关系示意图
分别测量东西缝前后坡、东西山前后缝之各槫高差,得到表30。
表30 万佛殿各槫高差中间距A、B、C归纳与推算(单位:毫米)
A |
B |
C |
|
东缝前 |
370 |
612 |
1245 |
东缝后 |
386 |
618 |
未及 |
西缝前 |
374 |
608 |
1254 |
西缝后 |
384 |
599 |
未及 |
东山南 |
391 |
587 |
未及 |
东山北 |
390 |
587 |
未及 |
西山南 |
385 |
601 |
未及 |
西山北 |
388 |
606 |
未及 |
平均值 |
383.5 |
602.3 |
1249.5 |
折合分° |
25.07 |
39.36 |
81.67 |
归整分° |
25 |
40 |
82 |
吻合程度 |
99.74% |
98.41% |
99.59% |
再把各槫下替木高度相同之类的因素考虑进来,于是可以得到:
①撩风槫与下平槫之高差=88分°,其中上六椽栿、襻间栌斗平欹共垫高25分°;
②下平槫与上平槫之高差=61分°,其中四椽栿、驼峰、襻间栌斗平欹共垫高40分°;
③上平槫与脊槫之高差=82分°;
④总举高=231分°=11×21分°≈2×架道1(或架道2),合1丈1尺5寸5分;另参考,前后撩风槫总深=890分°,其1/4为225分°,合1丈1尺2寸5分,略小于总举高5分°,合2寸5分。
(2)举折做法试解
首先是“举屋之法”。严格地讲,万佛殿所反映的举屋方法并非《营造法式》中的举屋之法,而只是在“先量前后撩檐方心相去远近”,再按照“筒瓦厅堂”的规格,“四分中举起一分”。再考诸《营造法式》,有“又通以四分所得丈尺,每一尺加八分;若筒瓦廊屋及板瓦厅堂,每一尺加五分;或板瓦廊屋之类,每一尺加三分”之法,落实到万佛殿上,略似“又通以四分所得丈尺每一尺加三分”。事实上,万佛殿的总举高是近似四份举一份,前后撩风槫通深890分°之上举高取整231分°,合11足材。令我们感到惊奇的是,这个总举高分°值同样出现在五台山佛光寺东大殿中,或许反映出某些匠作算法流传的线索——尽管就此展开继承关系的研究还显得素材不足。
进而考察“折屋之法”。万佛殿架道不匀,分别为210分°、115分°和120分°,对照《营造法式》则属于“约度远近,随宜加减”之列。
如果深究各槫高差的成因,则可以按照取整至分°的精度考察上平槫和下平槫下折的尺度。参照图35计算可知,上平槫下折20分°,合1尺;下平槫再下折8分°,合4寸。对照《营造法式》折屋之法中“若椽数多,即逐缝取平,皆至撩檐方背,每缝并减上缝之半。如第一缝二尺,第二缝一尺,第三缝五寸,第四缝二寸五分之类”的方法,万佛殿采用的是一种原则相近、算法变通的做法。
图35 万佛殿举折算法示意图(单位:分°)
木材样本采集与检测
考虑到构件完整性,本次精细测绘选取略有破损处的松动部位,参考构件代表性、构造叠压深度关系,采集万佛殿木材样本5件,预期说明基本问题,不求信息完整全面。样本基础信息统计如表31。
表31 万佛殿木材样本基本描述
编号 |
位置 |
说明 |
01-T |
西缝前上托脚 |
边材,构件广244厚149毫米 |
01-J |
东立面北柱头铺作二跳上交互斗 |
靠内边材,构件尺度253×236×149毫米 |
02 |
东立面北柱头铺作栌斗 |
边材,构件尺度476×440×277毫米 |
03 |
东立面南柱头 |
边材,构件直径460毫米 |
04 |
南立面东次间下阑额上面 |
靠内边材,构件广267厚105毫米 |
7.1
木材种类
本次精细测绘采集万佛殿木材样本5份,全部预留部分样本用于材种鉴定。其中01-T、03、04三件样本结果一致,01-J、02二件样本用材一致。
(1)基本大木构件
01-T、03、04三件样本采集于基本大木构件,分别为托脚、立柱和阑额,鉴定结果如下:
中文名:硬木松
拉丁名:Pinus spp.
科 别:松科 Pinaceae
微观鉴别要点:
生长轮明显,早材至晚材略急变。轴向薄壁组织缺如。射线管胞内壁有齿状加厚。具单列和纺锤形木射线。射线薄壁细胞与早材管胞间交叉场纹孔式为窗格状,稀松木型。具轴向和径向树脂道,其泌脂细胞壁薄。鉴定为松科双维管束松亚属的硬木松(Pinus spp.)。
(2)斗
01、02两件样本采集与万佛殿集中受力的斗——交互斗和栌斗,鉴定结果如下:
鉴定结果:
中文名:榆木
拉丁名:Ulmus spp.
科 别:榆科 Ulmaceae
微观鉴别要点:
环孔材。早材导管肉眼下明显,宽1-3管孔,排列成明显早材带,含侵填体;早材至晚材急变;晚材导管甚小,多呈管孔团,与轴向薄壁细胞簇集呈弦向带状或波浪形排;单穿孔,导管间纹孔式互列,射线-导管间纹孔式类似管间纹孔式。螺纹加厚明显,仅存小导管和维管管胞。射线组织同形单列及多列。鉴定为榆科榆属的榆木(Ulmus spp.)。
(3)小节
硬木松是松属的一种,常见树种为油松、樟子松、高山松等。在晋中地区可能多是油松类或樟子松类。木材富含松脂,强度中等、耐腐,适作建筑用材。榆木在我国有23种,主要分布在华北、东北和西北等地区,其木材性质、质量区别不大。榆木木性坚韧,纹理清晰,较耐腐,硬度与强度较高,是木结构建筑的主要用材之一。
本测试结果可以初步看出万佛殿木结构中基本大木构件和斗类构件使用的木材不同。对比一些现有研究成果,可以发现万佛殿用材差异具有明确的目的性。我们已经知道:
①《太原晋祠圣母殿修缮工程报告》反映,大殿栌斗全部使用榆木,散斗多用榆木、间用落叶松,交互斗榆木、落叶松混用,其他大木基本构件全部使用落叶松;
②《晋东南古建筑木结构用材树种鉴定研究》中记载山西晋城青莲寺立柱用麻栎、梁用硬木松、枋榆木麻栎混用。
现在得到的万佛殿木材材种搭配与晋祠圣母殿的情况非常类似,基本构件采用强度中等的硬木松,而集中受力构件则采用硬度与强度较高的榆木。
7.2
木材样本C14年代判定
现有5件万佛殿木材样本全部送交美国BETA实验室进行碳同位素测年,结果显示,5件样本的木材死亡年代区间非常吻合,群体最大宽容区间为公元690至1010年。
表32 万佛殿木材样本碳同位素记年结果
样本编号 |
实测年龄 |
13C/12C |
常规测年 |
双求和校准 |
01-T |
1030 +/- 30 BP |
-21.1 o/oo |
1090 +/- 30 BP |
Cal AD 890 to 1010 (Cal BP 1060 to 940) |
04 |
1170 +/- 30 BP |
-21.6 o/oo |
1230 +/- 30 BP |
Cal AD 690 to 880 (Cal BP 1260 to 1070) |
03 |
1170 +/- 30 BP |
-21.4 o/oo |
1230 +/- 30 BP |
Cal AD 690 to 880 (Cal BP 1260 to 1070) |
02 |
1130 +/- 30 BP |
-24.0 o/oo |
1150 +/- 30 BP |
Cal AD 780 to 980 (Cal BP 1160 to 970) |
01-J |
1110 +/- 30 BP |
-22.0 o/oo |
1160 +/- 30 BP |
Cal AD 780 to 970 (Cal BP 1170 to 980) |
对于上表中的检测结果,我们可以做出以下初步解读:
(1)万佛殿大木构件中最底层的构件——立柱、阑额所用木材相应取样部位木细胞(硬木松)死亡时间约在公元690年至880年之间(可能性≥95%),早于题记所反映的大殿营造年代公元963年;
(2)万佛殿大木构件斗栱中的深层构件——栌斗、交互斗所用木材相应取样部位木细胞(榆木)死亡时间约在公元780年至980年之间(可能性≥95%),早于题记所反映的大殿营造年代公元963年;
(3)万佛殿大木构件中较易受到修缮更换影响的上层构件——托脚所用木材相应取样部位木细胞(硬木松)死亡时间约在公元890年至1010年之间(可能性≥95%),其中值与题记所反映的大殿营造年代公元963年恰好相当。
结论与讨论
一般而言,研究成果具有不同的吻合水平,可以简单定义为结论、假说和猜想三个层次。那么,什么样的推算才被认为能够达到“推荐结论水平”?什么样的推算被认为仅仅属于“假说水平”呢?什么样的推算更加难于得到证实而只能归于“猜想水平”呢?
首先,任何推算的数据基础应当尽可能地追求数据的精度和覆盖率,应当详尽说明存在多少同类数据项,以及重复采集了多少数据。在以往的测绘要求中,一般会强调单个数据的准确程度,而测绘覆盖率的要求则相对薄弱。重复测量、大面积覆盖同类构件/构件关系尺度,不仅可以为数据分析提供坚实的基础,而且可以为探究后期更换构件、改造结构关系提供有益的线索。
进而,任何推算的数据前期处理应详尽说明同类数据的最大值、最小值和平均值,需要者应提供平方差等说明数据分布情况。根据笔者经验,均值在诸多计算中可以扮演重要的角色。
再有,在推算中我们必须注意到吻合程度。如前文已述,一般来讲:
(1)“推荐结论水平”的推算需要较严苛的吻合程度:分析构件之间的关系尺度时,要求吻合程度达到99%以上;分析单体构件自身尺度时,要求吻合程度达到97%左右即可;
(2)而“假说水平”的推算则需要达到以下条件——分析构件之间的关系尺度时,要求吻合程度达到97%以上;分析单体构件自身尺度时,要求吻合程度达到95%左右即可。
(3)未能达到“假说水平”的推算称为“猜想”。
最终,我们还必须清楚地认识到我们所做的推算不是简单地探究一把营造尺的长度和一套要么精确到半尺要么精确到寸的丈尺设计,而是要探究是否存在一种营造尺长和/或材份制度,可以满足建筑不同部位的简单算术比例关系和几何交接关系。对此可以参见傅熹年、何建中两位先生分别撰写的《中国古代城市规划、建筑群布局及建筑设计方法研究》《唐宋单体建筑之面阔与进深如何确定》《关于唐宋时期建筑物平面尺度用“分”还是用尺来表示的问题》《浅析〈中国古代城市规划、建筑群布局及建筑设计方法研究〉中的单层建筑设计方法》等著作、文章,公开讨论有关古建筑的尺度设计问题。
当前一些学者注意到,某地域、某时代还使用鲁班尺、压白尺等不同的度量单位,作为营造尺的引申,也有学者提出,可能存在某种“扩大模数”,甚至有人提出一种基于营造尺长的过渡度量——偏离用材的“基本模数”,并据此构成建筑主体比例关系。尽管《鲁班经》之类的史料中明确提出“鲁班尺”用于“门户”、“宅门”、“室院”尺度的吉凶,但是鉴于目前掌握的古建筑实测资料,我们无法简单肯定或者质疑这些特殊用尺的使用情况。而回答营造尺之外占蓍类用尺使用情况的问题之前,必须先考察营造尺是否适用并回答古人如何选择、确定丈尺数的问题。只有在清晰地证实营造尺是否适用和如何使用的前提下,拓展讨论才会变得更有意义。不妨把本文的假说作为探讨的第一步走向精细测绘、深入解读的尝试。言归正传,笔者将建立在营造尺基础上的结构关系归结为以下五个条件方程:
①是否存在一把营造尺,使柱头平面的丈尺符合某一种简明的设计?——一般情况下精确度为半尺,在一些情况下平面设计是结合屋架架道进行的,因此平面丈尺会精确到寸,使得屋架架道设计更为简明。
②如果柱头平面采用精确到半尺的设计,是否还是同一把营造尺,使屋架尺度符合某一种简明的设计?
③是否仍然是同一把营造尺,与斗栱材份制度之间存在简明的对应关系?
④以上述材份制度为基础,斗栱各部分基本组成是否同样符合某一种简明的设计?
⑤在早期建筑下昂造或晚期建筑溜金斗栱中,下昂/挑斡的斜度是否符合某一种简明的设计?
正是出于上述五个条件方程,笔者的研究倾向于选择带有下昂的早期建筑。这种在空间中呈倾斜姿态的构件,自然地为简单的正交体系带来了复杂的约束条件,使得与之相关的正交构件存在某种简明做法,而下昂斜度的设计也应符合某种简明算法。一旦这种算术/几何关系为我们所读通,其他的构造和尺度关系便往往能够迎刃而解。
推算基础要求已经在上文各个小节中全面反映,万佛殿各项主要数据均值与推算结果之间的吻合程度达到很高的水平,形成一套“推荐结论”、一条“假说”、一条“猜想”。
“推荐结论”的推算吻合程度标准罗列如下。
①在推算过程中,柱头平面、架道、出际、斗栱出跳与足材广的推算吻合程度全部达到99%以上;
②屋架举高的吻合程度分别达到99.74%、98.41%、99.59%;
③各类栱、昂之长、广、厚普遍达到99%至98%的吻合程度,个别略低,仍然显著高于97%;
④各类斗之细节尺度吻合程度偏低,最高达到99%以上,最低处为散斗斗平,仅有87.43%,可以认为后者受到了后期更换和集中受压形变的影响;但包括此最低值在内的各类斗所有吻合程度的均值达到96.58%;
⑤栿、槫、额、角梁、托脚、叉手、蜀柱、襻间、替木各类构件吻合程度较高,最低者出现在蜀柱进深,为95.32%,包括此最低值在内的各类构件吻合程度均值为98.59%。
综上所述,按照五个条件方程整理万佛殿大木设计的基本算法,得到的以下推算达到“推荐结论水平”(图36):
图36 万佛殿木结构设计示意图
①万佛殿木结构主体构件用材取材年代约为公元9世纪至10世纪,与殿内最早题记年代相吻合,可以做出大殿建于公元963年的判断。
②在未发现实测数据存在特异值的情况下,按照统计后的均值计算,万佛殿用营造尺长306毫米,万佛殿用营造尺适用范围为建筑主体的各个部位,且结构关系尺寸简明——柱头平面丈尺设计精确到半尺:面阔方向,明间14尺5寸,东西次间11尺5寸;进深方向,当心间12尺,前后次间11尺5寸。
③在架道设计上,下平槫均分前后进深的11尺5寸,为每架道5尺7寸5分;脊槫均分当心进深的12尺,为每架道6尺;屋架柱心内的前后两架与斗栱总出跳份数还存在更深层的配合设计。
④在剔除个别实测数据特异值的情况下,按照统计后的均值计算,万佛殿外檐铺作以材厚为基准分为10分°,每分°0.5寸。
⑤在剔除个别实测数据特异值的情况下,按照统计后的均值计算,外檐铺作单材广并不遵循《营造法式》规定的15分°,而更倾向于14分°;第一二总出跳出48分°;第三四总出跳平出47分°。
⑥针对下昂设计,在剔除个别实测数据特异值的情况下,结合现状构造交接,并按照统计后的均值计算,可以判断第二根下昂上皮过耍头上皮与第二跳慢栱上皮的交点,因此第三四总出跳决定下昂斜度,下昂斜度设计的基准三角形均为平出47分°,抬高21分,与已知的佛光寺东大殿、奉国寺大雄殿的下昂斜度设计相同。
通过上述五个条件方程的建立,我们不仅确认、验证了306毫米长的营造尺、厘清的平面、架道、斗栱设计,还可以进一步利用推算结论对结构变形相对最剧烈、最易受到历史改造影响的屋架举折进行摸索推算。
此外,前文中关于角柱生起的陈述,仅可作为一种猜测,尚无法达到前文规定的“假说水平”;前文中的计算还表明,万佛殿屋架在前后撩风槫通深890分°之上举高取整231分°,合11足材,虽然推算吻合程度基本符合99%的“推荐结论水平”要求,但是考虑到目前尚不能全面鉴定木材年龄的情况,无法更详尽地推知构件更换、修改的历史,因此本文将此作为“假说水平”的论断。
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公众号图文有删节,完整阅读请参见《中国建筑史论汇刊》2012年第伍辑。版权所有,转载请注明出处。本文标准引文格式如下,欢迎参考引用:
刘畅,刘梦雨,王雪莹. 平遥镇国寺万佛殿大木结构测量数据解[M]//王贵祥,贺从容. 中国建筑史论汇刊:第伍辑. 北京:中国建筑工业出版社,2012.
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