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深藏故宫里的古老“3D打印”技术

2019-12-13 10:36来源:科技日报责任编辑:于文 网友评论
  紫禁城(今故宫博物院)拥有世界上现存规模最大、保存最完整的木结构古建筑群,含有房屋9000多间。这些古建筑以雄伟的外观、优美的造型、绚丽的色彩、精湛的工艺、有序的构架等特点闻名于世,体现了我国古代工匠高超的技艺及聪明智慧。
 
 
紫禁城建筑群烫样
图片由作者提供
 
 
我们知道,紫禁城是皇帝的执政和生活的场所,紫禁城古建筑的建造,是要经过皇帝事先批准的。可是很少有人知道,皇帝批准建造一座宫殿之前,是需要审核它们的实物模型的。这种实物模型,就是烫样。
 
烫样,也称“烫胎合牌样”“合牌样”,就是指古建筑的立体模型。之所以被称为“烫样”,其主要原因在于有的部位在制作时需要熨烫成型。古建筑烫样一般用纸张、秫秸、油蜡、木头等材料加工而成。制作烫样的工具包括簇刀、剪刀、毛笔、蜡板、水胶、烙铁等。其中,水胶主要用于粘合不同材料,烙铁主要用于将材料进行熨烫。
 
紫禁城古建筑烫样最开始由皇家指定的民间工匠制作。在清代,出现了制作烫样御用皇家机构,即样式房。该机构功能犹如现在的建筑设计院,主要负责皇家建筑的设计与施工。而在设计的初期阶段,则需制作出建筑烫样,供皇帝参考。烫样可用于建筑群模型,也可用于建筑单体模型,还可用于建筑局部模型。
 
与现代高科技的计算机辅助制作三维模型(如3D Studio Max辅助设计)和高科技3D打印技术生成的模型相比,紫禁城古建筑烫样尽管在模型尺寸的精确性方面较弱,但有着诸多的优点,集古代建筑科学和营建技艺于一体,并主要体现在模型的直观性、简易性和修改的便利性等方面。
 
紫禁城古建筑的烫样的直观性,表现在直接给皇帝展示拟建造建筑的三维效果,这种效果全面而又丰富,实现宫殿建筑形象性和具体性的完美结合。由于一般建筑平面图无法使皇帝获得建筑造型、内外空间、构造做法等准确信息,因而需要制作烫样来展示拟施工模型的效果,且烫样是根据建筑的设计情况制作,并标注有详细尺寸,因而又具有科学性。
 
烫样最大的特点是可以通过向皇帝展示拟建造建筑的大样,以缩微实体的方式来表现建筑样式,可显示出建筑的整体外观、内部构造、装修样式、彩画做法、细部尺寸等内容,以便皇帝做出修改、定夺决策。制作好的烫样具有层叠性和灵活性,各个构件之间互不影响,彼此有所联系又各自独立,其屋定、柱子、门窗甚至内部陈设的桌椅、几案、床榻等每一个小部件都是活动的,每一块小板子都能移动,从里到外将建筑结构和形态表现得十分明确。
 
烫样不同于现代建筑模型,现代建筑模型仅能反映建筑外观,且一般没有具体的尺寸;烫样则是按比例制作,尺寸具体详细。烫样比一些高科技手段建造的模型更直观,因为它不仅能展示建筑外观状况,而且还能方便的展示建筑内部的构造特征、装饰样式和彩画做法。故宫博物院现藏烫样80余件,其内容涵盖圆明园、万春园、颐和园、北海、中南海、紫禁城、景山、天坛、清东陵等处的实物模型。它们是研究紫禁城建筑历修缮或复建的重要参考依据,更是研究紫禁城历史、古代科学和技术的直观资料。
 
烫样具有简易性。烫样的制作不需要依赖复杂的建模技术、高科技的辅助设备或大量的资金即可实现。紫禁城古建筑烫样的制作包梁、柱、墙体、屋顶、门窗等部分。
 
同时,工匠会在不同的建筑构件表面,贴上含有设计者姓名、建筑名称、控制尺寸、施工要点等信息的标签。制作好的烫样,皇帝认可之后,样式房方可依据烫样绘制施工设计画样,编制做法说明,支取工料银两,进而招商承修,开工建设。上述模型制作所需材料造价低廉,加工简单,实物效果好,易于在实际工程中指导施工。
 
当然,紫禁城古建筑烫样的科学价值不仅仅如此。烫样技术纠正了紫禁城古建筑工匠“纯经验”的传统错误观念,说明我国古代建筑工匠不仅具有建筑施工技艺,而且具有立体模型表达能力,有助于今天的人们全面了解、掌握我国古建筑从设计到施工的各个过程的建筑理论、设计方法、科学技术等信息。
 
烫样技术改变了我国传统的古代建筑“见物不见人”的弊病。一般人认为紫禁城古建筑往往是建筑工匠的技艺成就,却往往对于它们的设计者姓名、设计理念、设计依据、设计技术等信息是一无所知的。烫样模型给人以较为清晰的信息,便于人们了解、研究建筑实物的来源,并作为古建筑设计、修缮、研究参考的依据。
 
烫样作为建筑营建情况的最可靠记录,还有助于从材料、尺寸、样式、工艺等角度全面研究我国古代建筑的营造技艺。因此,紫禁城古建筑的烫样反映了我国古代建筑技术的科学性,亦体现了古代工匠的高超的技艺。(作者:周乾)






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