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深藏故宮里的古老“3D打印”技術

2019-12-13 10:36來源:科技日報責任編輯:于文 網友評論
  紫禁城(今故宮博物院)擁有世界上現存規模最大、保存最完整的木結構古建筑群,含有房屋9000多間。這些古建筑以雄偉的外觀、優美的造型、絢麗的色彩、精湛的工藝、有序的構架等特點聞名于世,體現了我國古代工匠高超的技藝及聰明智慧。
 
 
紫禁城建筑群燙樣
圖片由作者提供
 
 
我們知道,紫禁城是皇帝的執政和生活的場所,紫禁城古建筑的建造,是要經過皇帝事先批準的??墒呛苌儆腥酥?,皇帝批準建造一座宮殿之前,是需要審核它們的實物模型的。這種實物模型,就是燙樣。
 
燙樣,也稱“燙胎合牌樣”“合牌樣”,就是指古建筑的立體模型。之所以被稱為“燙樣”,其主要原因在于有的部位在制作時需要熨燙成型。古建筑燙樣一般用紙張、秫秸、油蠟、木頭等材料加工而成。制作燙樣的工具包括簇刀、剪刀、毛筆、蠟板、水膠、烙鐵等。其中,水膠主要用于粘合不同材料,烙鐵主要用于將材料進行熨燙。
 
紫禁城古建筑燙樣最開始由皇家指定的民間工匠制作。在清代,出現了制作燙樣御用皇家機構,即樣式房。該機構功能猶如現在的建筑設計院,主要負責皇家建筑的設計與施工。而在設計的初期階段,則需制作出建筑燙樣,供皇帝參考。燙樣可用于建筑群模型,也可用于建筑單體模型,還可用于建筑局部模型。
 
與現代高科技的計算機輔助制作三維模型(如3D Studio Max輔助設計)和高科技3D打印技術生成的模型相比,紫禁城古建筑燙樣盡管在模型尺寸的精確性方面較弱,但有著諸多的優點,集古代建筑科學和營建技藝于一體,并主要體現在模型的直觀性、簡易性和修改的便利性等方面。
 
紫禁城古建筑的燙樣的直觀性,表現在直接給皇帝展示擬建造建筑的三維效果,這種效果全面而又豐富,實現宮殿建筑形象性和具體性的完美結合。由于一般建筑平面圖無法使皇帝獲得建筑造型、內外空間、構造做法等準確信息,因而需要制作燙樣來展示擬施工模型的效果,且燙樣是根據建筑的設計情況制作,并標注有詳細尺寸,因而又具有科學性。
 
燙樣最大的特點是可以通過向皇帝展示擬建造建筑的大樣,以縮微實體的方式來表現建筑樣式,可顯示出建筑的整體外觀、內部構造、裝修樣式、彩畫做法、細部尺寸等內容,以便皇帝做出修改、定奪決策。制作好的燙樣具有層疊性和靈活性,各個構件之間互不影響,彼此有所聯系又各自獨立,其屋定、柱子、門窗甚至內部陳設的桌椅、幾案、床榻等每一個小部件都是活動的,每一塊小板子都能移動,從里到外將建筑結構和形態表現得十分明確。
 
燙樣不同于現代建筑模型,現代建筑模型僅能反映建筑外觀,且一般沒有具體的尺寸;燙樣則是按比例制作,尺寸具體詳細。燙樣比一些高科技手段建造的模型更直觀,因為它不僅能展示建筑外觀狀況,而且還能方便的展示建筑內部的構造特征、裝飾樣式和彩畫做法。故宮博物院現藏燙樣80余件,其內容涵蓋圓明園、萬春園、頤和園、北海、中南海、紫禁城、景山、天壇、清東陵等處的實物模型。它們是研究紫禁城建筑歷修繕或復建的重要參考依據,更是研究紫禁城歷史、古代科學和技術的直觀資料。
 
燙樣具有簡易性。燙樣的制作不需要依賴復雜的建模技術、高科技的輔助設備或大量的資金即可實現。紫禁城古建筑燙樣的制作包梁、柱、墻體、屋頂、門窗等部分。
 
同時,工匠會在不同的建筑構件表面,貼上含有設計者姓名、建筑名稱、控制尺寸、施工要點等信息的標簽。制作好的燙樣,皇帝認可之后,樣式房方可依據燙樣繪制施工設計畫樣,編制做法說明,支取工料銀兩,進而招商承修,開工建設。上述模型制作所需材料造價低廉,加工簡單,實物效果好,易于在實際工程中指導施工。
 
當然,紫禁城古建筑燙樣的科學價值不僅僅如此。燙樣技術糾正了紫禁城古建筑工匠“純經驗”的傳統錯誤觀念,說明我國古代建筑工匠不僅具有建筑施工技藝,而且具有立體模型表達能力,有助于今天的人們全面了解、掌握我國古建筑從設計到施工的各個過程的建筑理論、設計方法、科學技術等信息。
 
燙樣技術改變了我國傳統的古代建筑“見物不見人”的弊病。一般人認為紫禁城古建筑往往是建筑工匠的技藝成就,卻往往對于它們的設計者姓名、設計理念、設計依據、設計技術等信息是一無所知的。燙樣模型給人以較為清晰的信息,便于人們了解、研究建筑實物的來源,并作為古建筑設計、修繕、研究參考的依據。
 
燙樣作為建筑營建情況的最可靠記錄,還有助于從材料、尺寸、樣式、工藝等角度全面研究我國古代建筑的營造技藝。因此,紫禁城古建筑的燙樣反映了我國古代建筑技術的科學性,亦體現了古代工匠的高超的技藝。(作者:周乾)






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