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现代排水在寺庙院落中的应用
摘 要：众所周知,古建筑中排水不畅是影响文物安全的一个重要因素.随着社会的发展,排水体系不断完善,新型的现代材料也应运而生,为此对山西省繁峙县公主寺院落排水系统进行了研究,分析探索古建筑寺庙院落排水体系,为更好的解决寺庙院落因排水不畅、积水造成的古建筑损毁做出更多的努力.
关键词：公主寺排水系统现代材料文物保护
山西省是文物大省,其古建筑遍及全省各个角落,多年来在国家和各级政府的大力支持下,修缮保护了大量珍贵的古代建筑文化遗产.在古建筑保护修缮工程中,勘测设计是修缮古建筑中重要的一环.我们在参加的古建寺庙勘察设计中会发现很多的古建筑由于历史久远,古建筑的损坏非常严重,其中古建筑损坏的一个重要原因就是因为寺庙内排水不畅造成.由于地形地势的影响和变化、地面淤积物堆积、排水设计不合理、日常保养维护不到位,造成了寺内排水不畅,雨水淤积,古建筑基础被浸泡,久之使古建筑梁架发生倾斜,墙体坍塌,这些都是摆在我们古建筑勘测设计人员面前需要解决的一个难题.怎么解决、如何解决,对此也费尽周折.近年来笔者参与和亲历了一些古建筑寺庙修缮设计中的排水系统设计,特意对此多加留意分析.本文从山西省繁峙县公主寺院落排水系统设计展开,分析探索古建筑寺庙院落排水系统的合理布局,为更好地解决寺庙院落因排水不畅、积水造成的古建筑损毁做出有益探讨.
一、公主寺院落概况
山西省繁峙县公主寺为全国重点文物保护单位,公主寺内有着宏伟壮观的古建筑33 间及明代珍贵的壁画和悬塑,是我省不可多得的珍贵的历史文化遗产,在古建筑中占有重要的地位.
公主寺坐北面南,面积较大,占地面积4768余平方米,三进院落,并有东、西两大跨院.南北长95 米,东西宽68 米.中轴线由南至北依次呈现：山门、南殿、韦驮殿、大雄殿及佛殿.大雄殿两侧有东、西配殿各五间,佛殿两侧有东、西禅房各三间,左右对称均衡布局.东跨院一进院为关帝庙,现存戏台、垂花门、关帝殿,独立围护,有垂花门与主院落相通.西跨院一进院为奶奶庙,存戏台、垂花门、奶奶庙,与东跨院相仿,独立围护,有垂花门与主院落相通.东、西跨院二进院均为花园；东跨院三进院与二进院东花园相通,正面有后人自建三间斋堂、东房两座.西跨院三进院与二进院花园相通,正面有后人自建三间房.三进院西另辟有西小院一座,有后建简易单间房两座.寺庙现存总体布局基本完好,封护严整,寺内墙总长366 米.
(一)公主寺院落排水现状
公主寺院内中轴线一、二进院及其东、西跨院均无雨水口,院面坑洼不平,积水严重,依靠自然渗漏排水.三进院东禅房南墙下,后人设有一现代雨水口,下设排水渠,渠道狭窄.中轴线二进院东侧雨水、三进院雨水全部流入此雨水口,但由于该排水口设计不合理,排水有限,难以排出,雨大时使雨水倒流别处,形成积水面积扩大.东跨院二进院北段后人临时埋设PVC 管道,设有雨水口.部分雨水经此由南向北送至东跨院三院正房东侧排水口排出寺外.西跨院二进院现为菜地无排水口,排水主要方式为自然渗漏.三进院西围墙下和正房前各设一个雨水口,但三进院地面不平整,形不成流水坡,排水不顺畅,只有部分雨水经此二雨水口流入西跨院三进院西侧的西小院,后人临时埋设管道向西、北侧排水口流向寺外冲积沟内.
综上所述,公主寺院内外没有完整通畅的排水系统,现有排水杂乱无章,仍主要依靠自然渗漏排水,后人在东、西跨院及三进院设置的局部排水设计不合理、不规范,对寺庙的排水起的作用只是杯水车薪.中轴线南殿、大佛殿等早期重要建筑及院面多处处于低洼积水中,排水不畅的问题极其严重.
(二)公主寺排水不畅原因分析
1. 公主寺面积较大,建筑多,随着历史的变迁,寺庙排水体系完全毁坏不存.
2. 寺院一、二进院东、西外两侧地势较高,寺庙东侧柏树林地势高程高于寺内地面1.32~1.43米.西侧柏树林地势高程高于寺内0.35 米,雨水不能排出.
3. 后人对寺庙周边环境扰动过大,山门前（南侧） 广场水泥硬化地面,地势高于寺庙0.09~0.39米,雨水不能从寺前排出.
4. 后人在中轴线三进院、西跨院三进院、东跨院二、三进院局部组织的PVC 排水铺设与前面各院排水无关联,无法将寺院前一、二进院及东、西跨院大部分雨水排出.
5. 后人在后院共铺设长短不等的三道管线,布置位置不当,雨水排出困难,无法将管道铺设周边的雨水全部排出寺院.
6. 后人在后院内设置的雨水口布置不当,地面砖铺墁流水坡朝向不明,不能收集较大面积雨水流向雨水口,不能将周边雨水,甚至后院雨水尽倾排出.
7. 寺院历经风霜雨雪,人为的踩踏,院内地面坑洼不平,严重缺乏日常维护.
(三)排水不畅,后果严重,保护修缮,刻不容缓
随着历史的变迁,人们朝山拜祭,开垦荒地、修设道路、建筑房屋,逐步形成生活堆积物日益增多,对周边环境扰动过大,形成了外高内低的地势.公主寺长期以来,处于排水系统严重不畅,主要依靠雨水自然渗漏方式和后院不合理的简陋狭窄的排水管道排水,无法将雨水顺利排出,造成大面积积水,给寺内建筑造成不可估量的破坏.大雄殿因积水浸泡基础造成了东墙、后墙严重向东、向北倾斜,梁架歪闪,严重危及到殿内墙珍贵明代壁画安全.院东侧围墙处地面凹凸不平,雨水形成的潮气长期侵蚀围墙,致使围墙墙皮脱落,石砌基础灰缝失效脱落.二进院甬道西侧地面地形下陷.佛殿东山墙处雨水集聚,侵蚀墙体,导致墙体墙皮脱落,形成安全隐患.
公主寺现由于无完整、良好、通畅的排水体系,直接威胁到文物建筑安全,使寺庙处于风雨飘摇中,古建筑群受到严重安全威胁.
二、公主寺排水的设计思路及分析
为了更好地保护公主寺珍贵的历史文文化遗产,我们必须对公主寺院面及周围环境进行合理规划,找出良策,重新安排排水线路.如不彻底解决公主寺的排水问题,那么其他的文物保护措施都将成为空谈,排水通畅才是公主寺内的古建筑及附属文物得以永续保存的前提和基础.我们遂收集各种排水系统形式,理清头绪,从中找出解决公主寺排水问题的最佳方法.
排水系统分类现大致上有三种形式：地面排水、盖板渠排水和现代管道排水.对比三种排水形式,选择最适合公主寺排水系统用于设计方案.
(一)地面排水：
地面排水是将地面雨水通过地面砖铺设出的流水坡,顺坡流到出水口排出寺外.
不利因素：1. 由于公主寺三进院落,从前至后大量雨水大面积的流经地面砖,过水面积较大,易造成砖面损伤.2. 砖及灰常年受风霜雨雪、阳光强晒及雨水对砖缝灰泥冲刷、人为踩踏,砖极易松动,下部垫层失效,久之造成地面渗漏.3. 排水噪音大,声音不绝于耳.4. 使用寿命短,维修周期短.
(二)盖板渠排水：
寺庙渠暗排水渠大多常设在寺内两侧配房前,即东西厢房前挖深砌渠,上面覆盖盖板.将地面雨水通过铺设地面砖砌出的局部流水坡,集中流入雨水口,进入盖板渠,顺渠流到出水口排出寺外.沟渠大都采用砖砌,用灰泥或水泥抹面,盖板现多采用水泥预制板或经石材加工制作.
不利因素：1. 沟渠内使用灰泥砌砖,难以经受长期过水冲刷,灰泥失效必然会造成渗漏,即便采用水泥抹面也难以承受长时间的考验,抹面脱离造成渗漏.2. 施工难度大、技术要求高.3. 检修难度大.排水渠不通畅,检查堵塞须将较多的盖板掀起检查.如有渗漏难以发现,长时间内只能听之任之.5. 使用寿命短,维修周期短.4. 距离建筑近,渗漏容易对建筑基础造成不利影响.6. 沟渠上使用水泥盖板影响古建筑寺庙整体风貌的协调统一.7.出水不够通畅,渠内稍有阻碍积水容易发臭.8. 寺内电路、视频监控线过路相互影响.
(三)管道排水
在寺内适当位置,设雨水口,挖渠埋管铺设,将地面雨水通过铺设地面砖砌出局部流水坡,流入雨水口,进入管道,通过检查井,顺管道流入出水口排出寺外.
不利因素：雨水口、检查井盖、出水口露出管道与建筑风貌不协调.
通过以上对排水系统三种形式的不利因素分析,显然管道排水最为恰当,其有利因素有：1.落水口和检查井下面有沉淀坑,泥沙沉淀于坑内,清水流走,避免了管道堵塞,只要定时清理坑内沉淀泥沙、杂物即可.2.公主寺周边距冲积沟较远,使用管道成本较低,容易施工.3.现代材料耐腐蚀,耐潮湿,不渗水.4.隔音性能好.5.密封性能好.6.水力阻力小.7.排气性能好.8.超长的使用寿命,达50年之久.9.铺设工艺要求较低.10.管道坡度可以不随院面坡度铺设.11.可以分级跌水.
三、公主寺排水设计
改革开放以来,随着保护文物的各项政策贯彻落实,各项修缮古建筑的任务日趋繁重和艰巨,为了使古建筑“延年益寿”和“永葆青春”,我们在古建筑工程修缮设计中除继续使用传统的工程技术外,还需探索新材料新技术应用于古代建筑的维修领域,引入新的材料,将现代的排水体系合理地应用于文物保护的修缮工程中,其原则是为了更好地保护文物,保护老祖宗留给我们的宝贵遗产,为文物保护工作注入新鲜血液,传统体系与现代技术综合利用,为文物的保护附上双重的保险.
(一)排水系统设计依据
公主寺采用现代管道排水系统要遵循以下设计依据：山西忻州地区气象部门发布的暴雨多种特征分析报告；山西省繁峙县公主寺院落排水现状勘测报告及建筑排水管道、材料设计、安装规范、规程和标准；《室外给水排水设计规范》；《国家建筑标准设计图集05S518》等相关规范.
(二)解决建筑风貌不协调设计
现代排水系统的不利因素的雨水口和检查井盖及排水口与周边建筑风貌、环境不协调的问题可以根据实际情况采用以下办法予以解决.
1. 雨水口的盖子采取砖石材料,雕刻古代吉祥图案,图案可分为古钱币、卍字、寿桃、石榴等式样（见图一）.
2. 检查井盖采用方形,盖上用与院面相同地面砖铺墁,铺墁方式同院面（见图二）.
3. 排水口采用本寺庙风格相同的石材,石材雕成龙头或其他传统造型,后部与管道口相连（见图三）.
(三)现代排水系统设计
1. 公主寺地势分析
（1）北侧为柏树林,地势低于寺庙院面1.625~2.685 米.
（2）西侧为荒地,地势高于寺庙院面0.245~0.665米,荒地西侧为雨水冲击沟,地势低于寺庙院面0.865~1.53 米.
（3）东侧为柏树林,地势高于寺庙院面1.32~1.43 米,柏树林东侧为雨水冲击沟,地势低于寺庙院面0.946~1.356 米（东侧冲击沟距离寺庙近百米,路程较远）.
（4）南侧为水泥硬化广场,地势高于寺庙院面0.09~0.39 米.
根据以上数据显示,公主寺所处地势为南高北低,东高西低.
2. 雨水量设计
此次计算采用的是近50 年来最高的降水量来计算,以满足面对特大暴雨时的排水.（1）暴雨公式强度：其中T-暴雨重现期,采用3 年
t-降水历史（min）,t等于t1+t2
t1-地面集水时间（min）,取10min；
t2-管道内雨水流行时间（min）
2）院面总面积的雨水量：
按公式Qy等于追qF 计算
其中追-径流系数,取0.6
F-汇水面积
q-暴雨强度
（3）雨水收集
寺内的雨水采用散排汇入雨水口收集方式.
荫雨水流量计算公式Q等于追qF
式中：Q-设计雨量流量（L/S）
追-综合径流系数,按0.6；
F-设计汇流面积（ha）,
荫单位时间内单位面积的降雨体积q等于167i
其中：i-降雨强度等于40.3/60（mm/min）
荫经过测算得出公主寺的汇水面积F等于4768.085m2
Q等于0.6伊112.2伊0.4768等于32.098L/S
排水暗沟汇水面积布置：依据现在院落的布局设置雨水口和检查井,汇水面积中一半雨水汇于西侧冲击沟,另一半汇水面积的雨水汇于北侧柏树林内.Qs1等于0.01605m3/s
由于Vmin等于0.75m/s,管道最大过水断面A原max等于Qs1/Vmin等于0.0214m2,
Vmax等于4m/s,管道最大过水断面Amin等于Qs1/Vmax等于0.004m2,
排水管道的过水断面A, 0.004m2 臆A臆0.0214m2
A等于BxH等于0.145 米伊0.145 米,由于排水管道为圆形,考虑到截面积,所以管道的直径为0.145 米.但是按照《室外给水排水设计规范》4.2.10 排水管道的最小管径的规定,院内管道采用直径为300毫米的PE 波纹管,院外采用直径400 毫米的PE波纹管.
(四)排水路线设计
通过以上对寺庙排水的思路和分析,公主寺采用现代排水体系,管道暗排方式为最佳方案,但必须妥善解决其不利因素,合理安排排水路线,依据地形地势,确保排水线路通畅无阻,让寺内古建筑再不受雨水淤积的侵扰.
公主寺院内排水路线设计：
（1）院内局部排水采用“点排式”明排,自然排水,排入各雨水口内.
（2）各雨水口之间用支管连接,汇入检查井内,经管道排到院外西侧的冲积沟和北侧的柏树林内,出口处接石质出水口,刻成凹形.院内雨水即全部由此排出.所以在寺内采用雨水口有组织排水,在院内的低点设置雨水口,各个雨水口使用管道连接,掩埋于地下,于雨水口之间设置检查井.
一进院及其东西跨院各有雨水口2 个,一进院东、西跨院各有检查井1 个,雨水口及检查井使用PE 波纹管串联,经管道排至西侧冲积沟内.
二进院西跨院设雨水口2 个、检查井1 个,经管道排至西侧冲积沟内.二进院及其东跨院设雨水口3 个,检查井2 个,经管道排至北侧柏树林内.
三进院及其东西跨院自三进院甬道分为两道,甬道西为自东向西排水,2 个雨水口、1 个检查井,经管道排至西侧冲积沟内.甬道东为自西向东排水,雨水口2 个,检查井院内1 个,院外1 个,三进院正殿建筑后面设1 个排水口,直接排到院落北面,流至柏树林.院外东侧的检查井连接将雨水排入院落北侧的柏树林（图四）.
(五)管材的选择
PE 波纹管具有优异的化学稳定性、耐老化及耐环境应力开裂的性能.具有重量轻、耐高压、韧性好、施工快寿命长等特点,其优异的管壁结构设计,与其他结构的管材相比,成本大大降低.原料为绿色环保材料,无毒,不腐蚀,不结垢,可回收再利用.适用温度范围宽,-60益的环境中管道不破裂,输送介质的最高温度为60益.综合工程造价与混凝土基本相当,运营成本低.连接方便、可靠,PE波纹管的使用寿命可达50 年以上.
管道使用PE 波纹管,对外排水口采用寺庙风格相同的石材,石材雕成龙头或其它传统造型,后部与PE 波纹管道口相连.
三、探索现代排水
在寺庙院落中的应用之引申意义
通过本文对现代排水在寺庙院落中应用的探索,加之对公主寺排水系统设计案例分析,想让我们明白随着社会的发展,科技的进步,我们要有选择的把现代高科技应用到古建筑保护修缮中,借用新的技术,新的材料,取其精华,去其糟粕,不辱使命,把老祖宗留给我们珍贵的遗产保护好,传承给子孙后代.
现在新材料在古建筑修缮中应用广泛,像碳纤维、环氧树脂胶等材料的应用.现代排水在古建筑寺庙的应用同属新技术,只要对古建筑保护有利,只要与古建筑寺庙环境相适应,就应在古建筑寺庙修缮中广泛推广.
以上内容主旨探索现代排水在寺庙中的应用,不妥之处,欢迎指正商榷.
（作者工作单位：山西文津建筑工程设计有限公司）
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