萬寧橋的“心跳”：拾振器捕捉到的歷史震顫

■人物簡介

張濤，現任北京市考古研究院（北京市文化遺產研究院）遺產預防保護部主任，北京市文物局領軍人才，國家科技專家庫專家，國家社會科學基金專家庫專家，北京市科技專家庫專家。主要從事古建筑科技保護研究，曾獲中國文物保護示范工程、梁希林業科學技術獎科技進步獎二等獎、北京市科技進步獎二等獎。2017年入選“北京市優秀青年人才”，2019年入選中央宣傳部“宣傳思想文化青年英才”。

北京市考古研究院遺產預防保護部主任張濤。新京報記者 浦峰 攝

在北京鼓樓正南方向，有著700余年歷史的萬寧橋至今車流不息，每天迎接著市民和全國各地的游客。

一年前，“北京中軸線——中國理想都城秩序的杰作”成功列入《世界遺產名錄》，萬寧橋就是其中15處遺產點之一。始建于元代的萬寧橋，被譽為“中軸線上第一橋”。如何守住古老的遺產，讓它持續為社會交通服務？當科技與人文發生碰撞，定量化的監測為文物安全保駕護航，文物，真正成為連接過去與未來的“活態史書”。

利用拾振器監測波動，給萬寧橋做“心電圖”

“萬寧橋是極其特殊的文化遺產，從始建到現在已經有700余年，至今仍作為重要的交通道路使用，這在北京很少見。像北京的盧溝橋、琉璃河大橋，現在已經不通車了。因此，萬寧橋的文物保護，不僅涉及簡單的文物安全，還關系到市民的出行安全。”

2019年開始，北京市考古研究院遺產預防保護部主任張濤和同事開始對萬寧橋等大運河北京段遺產點進行監測。

在前期方案制定過程中，他們經過反復討論，確定了監測目標和重點內容：開裂、沉降，震動頻率、震動速度等一些細小變化，都在監測范圍之內。于是，拾振器便派上了用場。

“拾振器對微小的震動非常敏感。”張濤介紹，“打個比方，把拾振器放在桌子上，一只貓從旁邊跑過去，不跳上桌子，拾振器就能監測到。長城那么長，推一下墻體，拾振器也能感覺到。來一陣風、下一場雨，拾振器都能監測到。”

利用拾振器，張濤和同事對萬寧橋的微震動和可能出現的震動進行了長期采集和比對，至今已有5年時間。“這類似于人做心電圖，10歲、20歲、30歲時采集到的信息是不一樣的，有上下起伏，通過長期觀察，數據在合理范圍內浮動，就可以認為文物是沒問題的。對文物來說，最好是沒有新的變化產生。”

張濤表示，萬寧橋屬于石橋，石質文物最容易發生脆性破壞，一旦有了裂縫，就會迅速斷裂。“它不像木構件，是一點點發生變形的，因此，對于它的監測，我們要做到立體、精確，不同于對木構建筑的監測。”

張濤經常使用的紅外熱成像檢測儀。新京報記者 浦峰 攝

橋上車水馬龍，分時段采集橋體不同狀態數據

除了拾振器，張濤他們還利用地質雷達檢查橋體內部是否有空鼓，利用三維激光掃描儀進行外形尺寸系統測量，為萬寧橋建起一套可量化的檢測體系。

“所謂三維激光掃描儀，就是利用激光測距，激光沿直線傳播，光線發出后落在建筑表面，再返回來，測出儀器到建筑表面的距離。沿著建筑表面，把所有關鍵點采集一遍，就能繪制出建筑點云數據。過一段時間，用同樣的方式再采集一遍，和原有數據一對比，哪里的磚石有變動、哪里出現凹陷，立馬就能發現。”張濤介紹。

監測數據的采集，常常需要蹲點，風雨無阻，萬寧橋的數據采集則需要更復雜的方法和過程。張濤舉例，“由于萬寧橋底下有水系，我們在測量橋梁圈洞時非常困難，儀器不太好架到橋底下。有人問，為什么不劃船？如果劃船，船在水面上會產生晃動，三維激光打出去的瞬間，稍微一晃動，光線打到橋梁上再返回，就會有一到兩厘米的誤差，測出來的數據就是無效的。”

于是，張濤和同事只能等每年北京最冷的時候去萬寧橋采集數據。“三九天大家都不愿出門，但天氣越冷對我們的工作越有利——冰面凍得瓷實，踩在上面硬邦邦的，儀器架在上面才穩當。”

但是，室外溫度過低，儀器會有“罷工”風險。令張濤印象深刻的是，有一年，北京室外溫度達到零下18℃，他和同事走到萬寧橋底，儀器剛拿出來，測了兩分鐘就關機了。他和同事趕緊把電池拿下來，放在胳肢窩里暖一會兒，等儀器開機了繼續測，如此反復，才能完成整個數據采集。

另一個測量難點來自萬寧橋交通的復雜性。“不能只測白天的數據，白天有游人、自行車、汽車經過，而且萬寧橋底下有地鐵，震動波很混亂，無法確定單個因素對萬寧橋的影響。我們考慮了很久，決定分時間逐一監測不同狀態下萬寧橋的數據。”張濤說。

“晚上12點以后，地鐵停了、人也沒有了，能夠測到萬寧橋靜默的狀態；第二狀態是模擬只有游客步行，第三狀態是模擬游客騎自行車經過，第四狀態則是早上五點第一班地鐵經過……這樣，我們就得到了萬寧橋單一狀態和復合狀態下的數據，利用這種抽絲剝繭的方式，逐漸弄清楚各種因素對萬寧橋的影響。雖然花費了大量時間，但是很值得。”張濤說。

北京萬寧橋。圖/IC photo

文物修護從治“已病”到治“未病”

2020年，萬寧橋修繕被列為中軸線申遺工作中的重點項目，成為北京市交通委城養中心組織開展的第一個文物橋修繕工程，該工程于2023年圓滿完工，使這座仍然服務交通一線的古石橋煥發新生。

以張濤等人的測量數據為依據，萬寧橋已采取交通管理措施，交通部門制定了機動車限速30km/h、限載總重20t、限載軸載13t的措施，同時采取重鋪瀝青油面、調整優化橋梁縱橫坡度修繕的措施，重鋪后的瀝青鋪裝坡度流暢圓順，減輕了對萬寧橋產生的行車震動。

不只是萬寧橋，沿著北京中軸線，鐘鼓樓、景山、太廟等建筑群，都有張濤團隊的足跡。針對北京以木質結構為主的古建筑，他們運用微鉆阻力儀等技術手段進行無損檢測探傷，實現了對古建筑病害的定量檢測，推動文物修護從治“已病”向治“未病”轉變。

“有人說，古建筑木構件經過三次大修，老舊構件基本就被替換干凈了，而在我看來，老構件是古建筑的靈魂，上面有題記、彩繪、雕刻，每多換一個木構件，它的歷史價值就損失一分。”張濤說，通過他們的定量檢測，能盡可能多地保存歷史信息，在進行文物修繕時盡量少換或不換老舊構件，留住文化的“根”，“這也是我們這份工作的意義所在。”

“北京對于不可移動文物的修繕支持力度很大，北京申辦2008年夏季奧運會成功以后，每年對不可移動文物的文物保護經費由1.1億元逐漸上漲到10億元，完成了大范圍的古建修繕，領先于其他省份。目前，北京市的古建修繕已經從搶救性保護提前進入預防性保護階段。”張濤說，“我覺得自己很幸運，能夠從事自己喜歡的工作，也能為古建保護盡一份力，希望號召更多專業技術人員和年輕的文物愛好者走進這個行業。”