意大利历史建筑维护的海外教学实践探索

［摘 要］同济大学致力于培养具有全球竞争力与国际领导力的创新人才。秉承国际化办学传统，土木工程学院部分师生于同济大学海外校区——佛罗伦萨校区，开启了一次历史建筑、现代科技和人文素养完美融合的低碳、智能与韧性技术应用教学之旅。师生们通过理论教学、参加学术讲座、实地考察、汇报交流等方式开展了“寻访罗马和梵蒂冈的历史建筑之美”“佛罗伦萨的低碳建筑尝试”“比萨斜塔纠偏的智能系统”以及“韧性城市建设——圣母百花大教堂穹顶的维护工作”四个典型案例的教学实践，深入了解了意大利的人文风情，近距离学习了现代科技在古建筑保护中的应用。这对师生开阔国际视野、提升综合素质具有重要作用。

［关键词］海外教学； 低碳、智能与韧性；古建筑保护

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）21-0132-05

当今世界正在经历百年未有之大变局，科技革命与产业变革兴起。以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出了重大战略决策，提出了“碳达峰”“碳中和”的目标，由此，发展绿色低碳技术、建设智慧韧性城市便成为落实城乡建设领域“双碳”目标任务的重要途径。低碳、智能与韧性正成为土木工程未来的核心发展方向。

低碳、智能与韧性不只是未来建筑的发展目标，对于历史建筑的保护和修复也同样具有至关重要的意义。历史建筑既是过去留给后人的瑰宝，又具备难以衡量的文化价值，并能通过维护和再利用焕发新生，满足当下的需求。因此，在适应城市建设新形势、推动城市高质量发展的进程中，如何将现代土木工程学科的知识与技术应用于历史建筑的保护、修复，已成为城市古旧建筑保护及改造再利用亟须解决的重要课题。

意大利是一个历史悠久、文化遗产众多的国家，而其建筑遗产保护理论与实践的成就更是有目共睹[1]。意大利在古建筑修复与加固技术上具有一系列成熟精湛的手法，其理论和实践都处于世界同行业的前列，它将以“修旧如旧”为原则的传统技术与现代技术综合运用，保护着这些历史遗留给人类的无价之宝。意大利政府除了专门的文物保护部，还设立了文物修复研究所和全国文物普查登录所，规定只有专门的文物建筑保护师才有资格做文物保护工作[2]。同时，一些知名历史遗迹保护机构与宣言也出自意大利，如总部设立在罗马的国际文物保护与修复中心（ICCROM）、1964年通过的保护文物建筑及历史地段的国际原则《威尼斯宪章》、1981年通过的历史园林保护宪章《佛罗伦萨宪章》等。为调研学习意大利的历史建筑加固、维护和修复技术，在历史建筑、未来科技与人文精神中寻找“相融点”，2023年7月，依托暑期海外教学项目，同济大学土木工程学院、本科生院、中意学院和外事办公室共同组织了由3位教师和15名本科生组成的意大利暑期营教学团队，前往同济大学佛罗伦萨海外校区进行教学实践。

一、教学目标与内容

教师团队围绕低碳、智能与韧性三个关键词设计本次海外教学实践环节，同时将理论教学与实地考察相结合，将教师的讲解与学生的实地考察、汇报交流相结合（见表1）。

二、教学实践

在前往意大利前，教师团队对学生进行了分组分工，要求学生预先对意大利的相关建筑维护、修复进行了解，并为计划的交流做好准备。抵达意大利后，教师团队通过参加学术讲座和汇报交流、实地考察等丰富的形式，开展了教学实践，加深了学生的学习体验，有效达成了教学目标。以下是本次海外教学的四个案例。

（一）寻访罗马和梵蒂冈的历史建筑之美

为了让学生深入了解历史建筑的价值、掌握历史建筑的修复维护方法，培养他们的历史遗产保护意识与实践能力，开展了相关历史建筑的实地考察。

在开展调研前，将学生按小组进行分工，调研相关建筑的历史及其修缮、保护的现状，为后续实践打下基础。在实地寻访中，学生以小组为单位互相介绍相关历史建筑，并将实例与国内历史建筑保护、修复进行对比。这对加强中意两国在历史建筑保护、修复工作方面的交流，对提升国内历史建筑保护、修复水平具有现实意义，也有助于开阔学生的视野和提升学生的思辨、认知能力。在实践过程中归纳的历史建筑保护、修复重点如下。

1.注重“修旧如旧”，尽量使用原材料进行修复，同时不改变其外在形态。在实地调研后，发现意大利对古建筑强调结构性的维护，保持建筑的稳定性，但不对其外表进行修饰。虽然斗兽场、万神殿等建筑的结构性维护一直在进行，但是文物保护机构保持了其经过自然侵蚀的痕迹、战争留下的弹孔等痕迹，使其历史能在建筑上显现。而国内的历史建筑更多使用木材，在修复和维护工艺方面有所不同。此外，两国在历史建筑修复理念上也有所不同，例如北京的八达岭长城与武汉的黄鹤楼，在修复、翻新后都呈现出了与原本大为不同的外观。

2.大力宣传历史建筑保护理念，对历史建筑进行有针对性的游客管理。意大利较早建立了文物古迹保护局，同时建立了完整的网站体系介绍相关历史建筑及其维护情况。相关历史建筑的开放与票务也由整合化的网站进行管理。游客可以提前在网站上非常便利地查询到各个历史建筑的介绍与开放时间，节约了不少宝贵时间。

3.对于历史建筑的维护不局限于建筑本身，也保护周围的环境。罗马的城市建设注重历史景观的保护，当学生登上西班牙广场与梵蒂冈圣彼得教堂的穹顶极目远眺时，围绕罗马城的山丘尽收眼底，整个罗马完全没有新建的高层建筑，城市的天际线仍保留着历史的模样——教堂的穹顶、钟楼与大片的旧时房屋，着实令人感到震撼。漫步罗马街头，围绕着古建筑的是用石子铺成的道路，道路的两旁是穿着各异的游客和叫卖的行商，师生们仿佛当真来到了古罗马帝国。

（二）佛罗伦萨的低碳建筑尝试

随着我国“双碳”目标的确立与构建人类命运共同体目标的确定，减少碳排放成为至关重要的议题。意大利作为发达国家，在低碳方面比发展中国家有更重的责任。在海外教学实践中，来自佛罗伦萨大学建筑学院的Paola Gallo和 Rosa Romano两位教授分别以“Environmental Governance in Italy”与“Smart Materials for Smart Envelopes in Mediterranean”为主题，将案例分析与理论相结合，向学生展示了意大利关于能源等方面的举措及前沿技术，提升了学生对建筑工程中新材料、新科技的理解，增强了减排、减碳的意识，拓展了研究学习的思维。现在以两个建筑项目为例，阐述低碳建筑教学实践的主要内容。

1.巴迪亚博物馆的改造：该博物馆设于一座砌体结构的老建筑中，为达成节能减排的目的，通过使用隔热板代替玻璃屋顶、改变墙面颜色以减少热量吸收、根据日光强度智能控制窗帘等方式控制博物馆温度。学术讲座结束后，两位教授带领学生实地探访博物馆，实地观察相关改造。

2.卢卡信息交流中心的建设：建造时，使用特殊墙体结构收集风能，在玻璃屋顶上使用太阳能电池板，在玻璃屋顶下种植植物，这样能在降低温度的同时减少约百分之五十的碳排放。此建筑建成后，被当作一个典型案例，引领意大利建筑行业的节能实践。

（三）比萨斜塔纠偏智能系统

比萨斜塔与博洛尼亚斜塔是知名度非常高的两处倾斜建筑，是重要的文化遗产。由于其倾斜、不稳定的特质，斜塔的保护、纠偏工作格外重要。在本次海外教学实践中，师生们前往这两座斜塔进行实地考察，聆听参与比萨斜塔纠偏工程的教授关于斜塔纠偏的报告，并与教授们进行交流互动，深入了解了现代智能技术在斜塔纠偏中的运用。

在开始比萨斜塔实地考察前，学生先对相关知识进行了解，带着问题进行走访。学生先通过当地导游的介绍了解比萨斜塔的历史，然后登上比萨斜塔观察其纠偏的痕迹。比萨斜塔的倾斜是土力学课程中比较经典的例子，学生可以通过实地的探访，加深对相关专业知识的理解，提高专业知识的运用能力。

地基沉降是比萨斜塔倾斜的主要原因之一。在讲座中，George Mylonakis教授与Camillo Nuti教授提到比萨斜塔的倾斜是由地基沉降和土壤的不稳定性导致的。斜塔建造在比萨市的河滩地带，土壤主要由松软的黏土和沙子组成。这种土壤在承受荷载时容易发生沉降和变形，导致斜塔的不均匀沉降。使用激光扫描、地下测量和地质勘探等现代技术，可以精确测量塔体的倾斜情况和地基沉降速度，专家们在比萨斜塔的地基下挖掘了数米深的地基坑，注入混凝土来增加地基的稳定性；为了降低土壤的受重和压力，在塔楼的北侧挖掘土壤，以平衡塔楼的倾斜；为了纠正塔楼的倾斜，在塔顶上放置了约800吨的钢制重物，通过改变重心来减轻倾斜的影响；为了进一步稳定塔楼，将钢索安装在塔楼的北侧，并连接到地面的固定点上，这些钢索通过施加侧向拉力来抵消倾斜的力量。在20世纪90年代进行的修复工程中，专家们通过加强地基等调整塔楼的倾斜角度，将其从5.5度降低到目前的3.97度。稳定斜塔整体结构后，利用现代结构分析与监测技术，监测斜塔的各项数据，预测其可能的变化，并利用数值模拟、有限元分析和结构动力学等知识，制定详细的维护计划，同时建立结构监测系统，实时追踪塔体的变化，及时预警并采取措施，保障塔体的稳定性。除此之外，由于斜塔建筑材料、结构和基础的特点，比萨斜塔对温度和湿度非常敏感，为了保证比萨斜塔处于长期安全的环境中，环境监测技术的应用也至关重要。现代环境监测技术可以实时监测塔体周围的环境参数，如湿度、温度和地下水位等，帮助人们了解外部环境对塔体的影响，并安装了空调、加湿器和除湿器等设备来控制其内部环境。图1为在比萨斜塔内部拍摄的照片，可以看到相关传感器的布置情况。

（四）韧性城市建设——圣母百花大教堂穹顶的维护工作

“韧性”被定义为系统抵御干扰并维持其基本功能的能力，它提供了一种应对变化和灾难的新方法[3]。在城市研究中引入韧性理念，将韧性理念与城市研究、规划设计相结合，是一种应对气候变化、灾害冲击，提升城市安全性的新视角[4]。作为文艺复兴的中心，佛罗伦萨时至今日仍然有相当多保存完好的文艺复兴时期的建筑。作为佛罗伦萨最瞩目的建筑，圣母百花大教堂的维护、修复工作彰显了该城市的韧性。在本次海外教学实践中，对于该教堂维护工作的研学也是重点之一。与上文斜塔纠偏案例的开展形式类似，在本教学实践中，学生通过实地考察、参加学术讲座以及汇报交流的形式，深度了解意大利建筑的韧性是如何构建的。

1.在内部的结构方面。不同于文艺复兴时期建造的其他教堂建筑，圣母百花大教堂设计了格外宏大的穹顶，导致没有足够长的木材可用于拱鹰架辅助建设。因此，在建造时，采用了双壳结构与肋状骨架来保证穹顶整体的稳定性，同时改良砌砖的形式来保证局部的稳定。

双层壳体可让穹顶不受气候影响，外表更为壮观，同时降低整体结构的重量。肋状骨架由8个主肋和16个辅肋共同组成一个笼状结构作为支撑，其中主肋设置在8个端部，两两一对，共有4对肋拱，每对肋拱都能独自承重。由于越向上堆砌，倾角越大，砖块难以稳定，建筑师便在两个主肋之间添加了两个辅肋，让砖更好固定。在双壳结构和肋状骨架的共同作用下，大跨度穹顶的承重问题迎刃而解。同时，建筑师在水平砌砖中间插入垂直的砖，将水平通缝打断，使建筑整体性更强，可防止局部的破坏。

2.在外部的装饰方面。本次海外教学实践安排学生登上正在维护的教堂穹顶，实地探访教堂的维护工作。教堂穹顶的装饰使用了马赛克的工艺，不同颜色的装饰源于石块或玻璃块。在进行维护时，一方面，使用相同材料，贯彻“修旧如旧”的理念；另一方面，工程师对建筑进行了激光清洗，在不破坏表面材料的同时达到维护的目的。得到允许后，师生登上了穹顶脚手架参观，虽然由于教堂方的要求没有留下照片，但是穹顶上琳琅满目的壁画与厚重的历史痕迹早已刻在了师生的脑海中。

三、教学拓展

学生分组开展教学拓展。以意大利见闻为灵感，各小组选择实地寻访的知名地标建筑作为模板，运用软件建模和3D打印技术制作了微缩模型（比例从1∶300到1∶1000不等），为本次海外教学实践画上了圆满的句号，详见图2。

首先，学生通过在意大利拍摄的照片寻找灵感，然后查阅建筑的平面图、剖面图，最后结合课堂教学知识与自学知识，使用Rhino、Solidworks等软件制作了历史建筑模型。以博洛尼亚斜塔为例，学生详细询问了讲座教授，了解斜塔的高度、倾斜角度等参数，回国后使用Rhino软件及其插件Grasshopper，按照1∶1的比例构建主塔，并对门窗等细节进行了精确绘制。而对于较低塔的倾斜特征，学生通过放样底面、旋转角度等技巧进行建模。

在佛罗伦萨，学生们赞叹富丽堂皇的教堂穹顶、鲜艳斑斓的马赛克壁画；在博洛尼亚和比萨，学生们惊讶于意大利高超的古建筑保护技术。通过教学拓展的形式，学生们凝练了意大利之行的见闻，运用了多媒体技术及相关专业课中的知识，将美好的回忆通过制作的模型保存起来。建筑模型作品能保存许久，成为师生们在亚平宁半岛交流学习、一览西方历史文化精华的最好见证。

四、结语

在本次短期海外教学实践中，师生们通过理念教学、参加学术讲座、实地考察、汇报交流等形式，加深了对于意大利历史建筑修复、保护方面的了解，强化了对新时代土木工程专业低碳、智能与韧性等特点的认识。同时，学生们比较了中意两国关于历史建筑的修复、保护方式，了解了两国不同的发展基础、不同的规划方式。意大利强调人文精神，保持建筑原有的形态与周围环境，使城市景观更加贴近历史形态，在未来城市建设的过程中，意大利的相关经验可以为我国提供参考。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 冯珊珊. 建筑遗产保护与修复的意大利经验[J].建筑与文化，2014（6）：165-167.

[2］ 陈志华.意大利古建筑散记[M].合肥：安徽教育出版社，2003.

[3］ HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J]. Annual review of  ecology， erolution， and systematics，1973，4：1-23.

[4］ 鲁钰雯，翟国方. “双碳”目标下低碳韧性城市建设的国际经验及启示[J].科技导报，2022，40（6）：56-66.

［责任编辑：钟 岚］