科技之谜：千年木塔为何斜而不倒？

　　本报记者 游雪晴
　　“这个塔怎么是斜的？会不会突然倒掉呀？”“听说这个木塔经历过连续七天的大地震，还被炮弹击中过，都没有倒，怎么这么神奇呀？”在来山西应县木塔参观的游客总会发出这样的疑问。
　　前不久，记者随中国文物研究所的古建专家来到这里参观，不仅知道了木塔历经900多年的风雨而不倒掉的秘密，也了解了木塔目前不容乐观的现状，如何科学地维修成了一道难题。
　　———千年斜塔———
　　应县木塔位于应县城内，原名佛宫寺释迦塔，俗称应县木塔。它是我国古代高层木构建筑的代表，也是世界上现存最高且年代最久的木结构佛塔。全塔逐层立柱，近60种斗拱相互交错，集我国古代建筑斗拱之大成，堪称世界建筑史上的杰作，是1961年国务院公布的第一批全国重点文物保护单位。
　　据管理人员介绍，应县木塔曾经历过大地震和炮击，都没能撼动它。“历史上曾有这样一段记载：‘元顺帝时大震七日，木塔屹然不动’。民国时期打仗，也曾有一枚炮弹击中了木塔，虽然损坏了几根梁柱，但依然没有倒塌之忧”。
　　的确，顺着管理员所指方向，在木塔二层西南侧，横梁有明显的断损、折弯，有些地方已经用铁皮和铆钉固定住了，不过炮击的痕迹依然清晰可辨。
　　———为啥不倒———原因一：木塔设计精巧
　　应县木塔在历经近千年的风雨侵蚀和多次地震，炮击的重创后，至今仍巍峨耸立，没有倒塌，专家说，这应该归功于应县木塔本身精巧的结构体系、古代工匠对建筑材料的精心选择和当地易于木材保存的独特气候，由此保证了木塔千年不倒。
　　中国文物研究所古建中心主任沈阳先生告诉记者，木塔采用了分层叠合的明暗层结构，用小规格的木料组成宏大的塔身，空间结构体系近似于当今世界上一些高层建筑。
　　原因二：木塔选材精良
　　另外，古代匠师在经济利用木料和选料方面所达到的水平，也令现代人为之惊叹。这座结构复杂、构件繁多、用料超过5000立方米的木塔，所有构件的用料尺寸只有6种规格，用现代力学的观点看，每种规格的尺寸，均能符合受力特性，是近乎优化选择的尺寸。
　　在世界现存古木建筑中，形体如此高大、年代如此久远的古木塔已是孤例。
　　“应县木塔是建筑结构与使用功能设计合理以及造型艺术的典范之作，是中国古代建筑史的一大奇迹。”沈工说：“不过由于上部是弹性的木结构建筑，而下面的砖则是刚性材料，因此700多吨的重量全部通过一二层传到下面，所以下层木材不堪重负，很多如柱头、房梁等关键部位都发生扭曲和断裂。”
　　木塔虽然没有倒，但也已经倾斜多年了，像个垂垂老者，不堪重负。
　　———游客呼吁———“木塔再也不能上人了！”
　　在外面观看，就可清晰地感受到木塔现在已经倾斜得非常厉害了，“你们上去看看就知道了，里面看情况更严重。”
　　踏着古老的木板，踩着颤悠悠的木楼梯，记者与专家们一起上到木塔的二层。在这里看到的情况的确不容乐观。支撑二三层的柱子倾斜得很厉害，粗粗的柱子在视觉上存在着强烈的歪斜感，像是几根柱子在朝一面猛地歪了过去，让人有晕眩感。
　　管理人员说，木塔如今塔体已扭曲变形，并有100余处残损。“木塔正在向东北方向倾斜，如再遇大的地震、大风之类的外力，后果可能不堪设想。”
　　据山西省文物局总工程师柴泽俊介绍，塔的中心部分，作为主要承重构件的三根梁现在已经完全压碎了，如今它的间隙调节功能已经丧失，而且自身的荷载功能也失去了，已成为一个劈裂的陈材。
　　据介绍，从1991年起国家共拨款800多万元，组织有关部门先后对应县木塔现状、残损程度、所在区域地震影响力等10个方面进行仔细的实地勘查与分析，认为木塔本身已经严重扭曲变形，已到了非修不可的地步。
　　据了解现在每天上塔的游客，少则100，多则数百，旅游季节游客如云。木塔原来对游客开放可参观到第三层，今年“五一”以后只允许上到第二层，一次只能上20人，限时10分钟。但依观察执行得并不严格，塔大人杂，对进塔和出塔很难有效地控制。人们来回走动，还会产生震动，对病塔造成进一步伤害。而且有的游人在上面故意颠动双腿，试试楼板是否结实。因此游人上去，只能增加人为破坏的可能。
　　随行的专家和不少游客呼吁：这塔，无论如何也不能再上人了!
　　———维修方案———
　　鉴于木塔的现状，2001年国家文物局决定，正式向全国文物界以及工程技术界的专家学者征集维修方案。据悉，来自各地的30多位文物、古建、地质和结构专家已经分批完成了对木塔的“会诊”，并提出了几种方案，但因为木塔修缮事关重大，至今没有确定方案。
　　据应县文保所所长杜福介绍，经过近两年时间的努力，已完成了塔基钻探、残损现状测绘、地震地质测试勘察、荷载及风力研究等前期项目。在此基础上，初步提出了落架大修、抬升上部修缮、现状加固三种修缮方案。
　　第一个方案落架大修，能较为彻底地解决木塔残损后修缮和加固等问题，但施工周期长，对原有结构改变较大，且在保存构件、防火、防潮、防蛀等方面任务重。
　　第二个方案抬升上部修缮，技术可行性很强，是现代科技与古建筑修缮传统方法相结合的典范，且能保持上半部原状不动，抬升装置科技含量高。抬升以后第一、二层残损较多的构件用解体维修方法予以加固，能较彻底的解决木塔的稳固，安全和保护问题，但费用会较大。
　　第三个方案在保持现状的基础上，对残损构件提出了加固措施，投资较低，可延长木塔寿命，但未能解决木塔残损压缩及荷载能量不足等问题。
　　———专家建议———三种维修方案应谨慎选择
　　记者目前了解到的情况是，专家们倾向第一、二方案的较多，尤以第二种方案呼声最高。中国城市规划理事长、著名建筑师周干峙院士经过现场考察论证后认为，落架大修虽然在技术上比较成熟，也能保证修好后恢复原貌，但毕竟少了原汁原味，历史文化遗产最重要的是保留了许多历史信息，这在修复中应谨慎对待，只有尽可能少地改变原物，才能尽可能多地保留这些信息。
　　究竟采取哪种形式，国家文物局古建筑专家组组长罗哲文说，鉴于木塔在世界古建筑中独一无二的地位，文物局将把最后的修缮方案报请国务院审批，并申请专项维修经费。
　　■应县木塔
　　应县木塔建于辽代清宁二年(公元一○五六年)，它建在四米高的两层石砌台基上。木塔重约五千三百余吨，木构件约十万块、三千余立方米，通高六十七点三一米，底层直径为三十点二七米，平面为八角形，五层六檐。外观五层，但是塔内夹有暗层四级，实为九层。各明层外柱均立在下层外柱的梁架上，并向塔心收进半柱径，使塔的外观轮廓构成一条优美的逐层收分的曲线。塔内各层，使用了中国传统的斜撑、梁枋和短柱等建筑方法，使整个塔连成一个整体，整座塔比例适当，巍巍耸立，蔚为壮观。