故宫古建筑木构件树种数据库的设计与实现

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1、故 宫 古 建 筑 木 构 件 树 种 数据 库 的 设 计 与 实 现*“故宫古建筑木构件树种数据库”课题组故宫是我国现存最大、 最完整的古建筑群，也是世界上最大的皇家宫殿建筑群。宫内共有各类殿宇8000余间，均为木结构建筑，显示出浓郁的中国古典建筑风格和典型的东方格调。这座从始 建到现在已走过近600年的古建筑活化石，大部分宫殿尚保存良好，但也有一部分殿宇的部件出现 垂弯、 挠曲、 开裂甚至腐朽及虫蛀等现象，需要及时修缮、 保护。对于修缮木构件来说，最好是选择1物理力学性能相同或相近的用材，因此建立和完善故宫木构件树种数据库具有相当重要的意义。为了保护历史遗迹，保存历史信息，中国林科院木材

2、工业研究所和故宫博物院将现代科学技术与古建筑木构件特性相结合，对故宫部分古建筑进行无损检测，并对所涉及的木构件样本解剖鉴定 和分析，进而建立了故宫古建筑木构件树种数据库。一故宫古建筑木构件样本的分布(一) 建筑单体的取样数量从2004到2008年，“故宫古建筑木构件树种配置模式研究”课题对故宫古建筑60多个单体建筑的1本文是“故宫古建筑构件树种数据库”课题的一部分。课题主持单位是故宫博物院，参加单位是中国林科院木材工业研究所。课题组成员有晋宏逵、 石志敏、 夏荣祥、 腰希申、 刘秀英、 李华、 黄荣凤、 陈允适、 陈勇平。本报告由陈勇平、 李华执笔。内容提要 本文以故宫英华殿、武英殿、午门、太

3、和门、慈宁宫、慈宁花园等建 筑群近 40 个建筑单体中柱、梁、檩、枋及其他木构件的树种鉴定结果为基础， 采用 SQL 数据管理和 ASP.NET 开发技术，对构件的树种名称、解剖特性、微 观图像、分布、加工利用、物理力学性质、用途等多项数据进行信息整理和程序 设计，建成了故宫古建筑木构件树种数据库，该数据库可实现按树种和建筑单 体等方向的计算机查询检索。 数据库的建成为全面了解故宫木构件的树种提供了 信息，为木构件的修缮、保护提供了技术支持，也为探索古建筑科学技术水平、 鉴定古建筑营造年代、印证营造背景研究提供了新思路。 关键词故宫 建筑单体 SQL ASP.NET 木构件 树种数据库木构件材

4、质状况进行了勘查；采集故宫古建筑各类木构件树种样本10000余份，截止2008年，已完成树种鉴定5000余份，完成单体建筑近40个。已录入数据库的建筑单体包括英华殿、 武英殿、 午门、 太和门、 慈宁宫、 慈宁花园等，为研究故宫整体古建筑树种配置和木构件修缮、 保护提供了有效的基 础数据。表一 故宫古建筑已鉴定的木构件样本统计表已采集的木构件除上表 表一 外，另外一部分将于2011年鉴定完成并录入数据库，包括：太和殿、 保和殿、 符望阁、 体仁阁、 体仁阁庑房、 乾清宫、 乾清门、 神武门、 坤宁门、 建福宫区、 建福宫、 抚辰殿、 建福宫、 惠风亭、 建福宫东西走廊、 倦勤斋、 寿康宫前殿、

5、 寿康宫后殿、 寿康宫东配殿、 寿康宫西配殿、 寿 康宫西庑房、 寿康宫南群房、 寿康宫东庑房、 寿康宫北庑房、 寿康宫西院库房、 中和殿、 东华门等。(二)木构件的取样种类在勘查过程中，采集的木构件主要为柱、 梁、 檩、 枋等，详细明细见 表二 。表二 采集的木构件名称序号名称序号名称序号名称1金柱2檐柱3童柱序号建筑名称样本数量序号建筑名称样本数量1英华殿18021慈宁宫徽音右门912英华殿碑亭6822慈宁宫徽音左门843英华殿东耳房4123慈宁门东庑房1124英华殿西耳房4524慈宁门西庑房805太和门46825慈宁宫徽音右门南庑房826武英殿前殿29226慈宁宫徽音右门北庑房1647武

6、英殿后殿28727慈宁宫徽音左门南庑房488武英殿东配殿7028慈宁宫徽音左门北庑房1839武英殿西配殿12229慈宁门15810武英殿东配殿北值房2830午门37211武英殿西配殿北值房5131慈宁花园慈荫楼16112武英殿恒寿斋1932慈宁花园延寿堂14813武英殿井亭3233慈宁花园东配殿10914武英门15434慈宁花园西配殿11415武英门东值房5835慈宁花园临溪亭5616武英门西值房4236慈宁花园咸若馆29617慈宁宫40037慈宁花园宝湘楼25418慈宁宫大佛堂19638慈宁花园含清斋16319慈宁宫大佛堂东庑房3839慈宁花园吉云楼23920慈宁宫大佛堂西庑房7421合计5

7、579续表二(三)树种的总体配置对已鉴定的树种数据按柱、 梁、 檩、 枋、 斗拱等木构件进行分析整理，结果如 表三 。表三 树种的配置模式编号树种存在的建 筑单体数树种在各类构件中的分布小计柱梁檩枋其他1柏木(Cupressus sp.)1112侧柏(Platycladus orientalis)1270241212223甘巴豆(Koompassia sp.)1712082414龙脑香(Dipterocarpus sp.)11313185落叶松(Larix sp.)3174115477258241116喃喃果(Cynometra sp.)220841364081107婆罗香(Upuna bor

8、neensis)1118润楠(Machilus sp.)21718136210124230189杉木(Cunninghamia lanceolata)2417667145237610松木(软) (Pinus sp.)27669911101222836311松木(硬) (Pinus sp.)298571402041833111912杨木(Populus sp.)12213圆柏(Sabina sp.)105322552114云杉(Picea sp.)358941331313143011515紫檀(Pterocarpus sp.)11116桢楠(Phoebe sp.)2043254124931412

9、017冷杉(Abies sp.)202922891081331418印茄(Intsia sp.)23124脊瓜柱5月梁6四架梁7三架梁8五架梁9七架梁10天花梁11桃尖梁12抱头梁13单步梁14双步梁15顺梁16爬梁17角梁18抹角梁19随梁20帽梁21脊檩22上金檩23中金檩24下金檩25正心檩26檐檩27挑檐檩28跨空枋29脊枋30上金枋31中金枋32下金枋33檐枋34大额枋35小额枋36承掾枋37穿插枋38花台枋39踩步金40踩步枋41平板枋42凿井枋43斗拱44顶板45博缝板续表三将 表三 中数据加以整理可得总体分布图如图一 。从 表三 和 图一 可以看出，故宫古建筑木 构件所用树种应

10、超过40种。使用较多的为云杉、 硬木松、 落叶松、 润楠、 软木松、 桢楠；其次为冷 杉、 喃喃果、 杉木、 四籽树、 金钱松、 侧柏、 圆柏、 甘 巴豆；樟木、 紫椴、 木姜、 龙脑香、 天料木、 红杉、 娑 罗双、 水杉、 球花豆、 紫檀、 杨木、 婆罗香、 木兰、 水 松、 马来蔷薇、 五桠果等虽有出现，但用量很小。 从表三 中同时可以看出，杨木作为柱构件使用 存在两条记录，这与主要承重构件的材质要求有 出入，经查阅数据库发现此两条记录为故宫午门的E10瓜柱和E5童柱，未用作主要承重构件。图一 木构件中树种的配置比例19金钱松(Pseudolarix amabilis)201081034

11、2930520紫椴(Tilia amurensis R.)23022821坤甸铁樟木(Eusideroxylon zwageri)11122天料木(Homalium sp.)1101923冰片香(Dryobalanops sp.)19924娑罗双(Shorea sp.)151425四籽树(Tetramerista sp.)11176131780126马来蔷薇(Parastemon sp.)13327五桠果(Dillenia sp.)12228子京(Madhuca sp.)13329隐翼(Crypteronia sp.)11130球花豆(Parkia sp.)15531糙叶树(Aphananth

12、e aspera)11132血胶树(Eberhardtia sp.)11133红杉(Larix sp.)165134香果树(Emmenopterys henryi)11135湘椴(Tilia endochrysea)11136木姜(Litsea sp.)528210212237水杉(Metasequoia glytostroboides)45538樟木(Cinnamomum sp.)138571213139木兰(Magnolia sp.)11140水松(Glyptostrobus pensilis)111图二 柱构件中树种的配置比例图三 梁构件中树种的配置比例图四 檩构件中树种的配置比例图五

13、枋构件中树种的配置比例(四)各类构件中树种的配置分别对柱、 梁、 檩、 枋中的用材树种进行整体分析，结果如以下的图 图二至图五 。从 图二 到 图五 可以看出，故宫古建筑柱构件所用树种超过了22种，使用较多的为落叶松、 硬木松、 云杉、 润楠、 软木松、 杉木、 桢楠；梁构件所用树种超过了23种，使用较多的为润楠、 硬木松、 云杉、 软木松、 桢楠、 落叶松；檩构件所用树种超过了20种，使用较多的为云杉、 落叶松、 硬木松、 软 木松、 润楠、 桢楠、 冷杉；枋构件所用树种超过了30种，使用较多的为硬木松、 云杉、 软木松、 落叶松、 润楠、 桢楠、 冷杉。因为立柱直接接触地面，且作为主要承重

14、构件，所以需要选择顺纹抗压和抗弯强度大、 耐腐性 强或者容易进行防腐处理的木材；月梁、 四架梁、 三架梁、 五架梁、 七架梁也是主要承重件，要求较高 的抗弯与横纹抗压强度及直纹理。而对桃尖梁、 抱头梁等构件，其力学强度要求可以稍逊于主要承重构件，对檩和枋强度的整体要求则可以稍逊于梁。落叶松和硬木松等材料力学强度和耐腐性都较高 （密度等级为：落叶松桢楠硬木松润楠云杉软木松杉木)，是较好的建筑用材；且硬木松和落叶松分布较广，容易获得，所以在柱构件中 占比例较大。作为次要承重件的梁，大多选用了润楠和硬木松等；檩和枋在故宫古建筑中，则主要 使用了硬木松、 云杉和落叶松等。二故宫古建筑木构件树种数据库的

15、构建通过之前的叙述，可以知道故宫古建筑用材树种的大致分布及用材原则，但是无法确切知道具体一个构件用了何种树种，该树种的具体力学强度如何，无法知道如果该构件需要更换，如何找寻 力学强度和性能相近的树种。为此本文进行了古建筑木构件树种数据库的构建。(一)研究的对象和方法研究的对象为已取样并鉴定过的故宫古建筑主要木构件的树种名称、 解剖特性、 微观图像、 分布、加工利用、 物理力学性质、 用途等多方面数据。开发工具使用的是ASP.NET+SQLSERVER。(二)数据库的构建故宫古建筑木构件树种数据库平台的构建主要分为两部分：第一是数据库的构建，第二是系统的设计与实现。其中数据库构建是一切工作的基础

16、。1. 数据库的内容故宫木构件的SQL数据库表，主要由以下几部分组成。单体建筑名称；木构件名称、 位置；木材的显微构造特征、 木材三切面照片；木构件的树种、 树种分布、 物理力学性质等。2. 数据库的类型因研究鉴定的数据量较大，而且需要较高的安全性，所以选用了SQL Ser ver 数据库。SQLServer 提供了以 Web 标准为基础的扩展数据库编程功能，丰富的 XML 和 Internet 标准支持允许使用 内置的存储过程以 XML 格式轻松存储和检索数据。用户可以使用 XML 更新程序容易地插入、 更新 和删除数据；且可通过 Web 轻松访问数据，具有非凡的可伸缩性和可靠性。3. 编码本系统收集了整个项目的主要词汇，用于描述故宫古建筑木构件树种数据库项目的基本特征与属性，编码词典主要为系统开发人员、 程序员所编制。项目组在对故宫各建筑群的木构件信息进行分析整理后，将树种数据库设计为五个表 表四至表八 ，分别为鉴定结果数据表