巴黎圣母院

巴黎圣母院的建材揭示了其秘密

2019年7月17日,巴黎圣母院重建工程俯瞰。
2019年7月17日,巴黎圣母院重建工程俯瞰。 STEPHANE DE SAKUTIN / AFP

虽然千疮百孔,但仍傲然挺立在西岱岛上。始建于12世纪下半叶的圣母院,在2019年4月15日经历的可怕火灾,重启了它的建筑工程。除去灾难性的毁坏不说,圣母院揭开了它建筑背后的秘密。两年后的今天,圣母院的工地正在上演一项大型科学调查研究,研究调动了多个专家小组,尤其是建筑材料中的石头和铁质器件组成圣母院的骨架。专家们正在研究这一骨架,以便了解12和13 世纪的工匠是如何建成一座,比同时代建筑高得多的大教堂。同时还要为负责圣母院重建工程的建筑设计师引导方向。

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为了收集有关圣母院的建筑工程秘密的痕迹,工地金属科学研究组的负责人考古学家马克西姆-埃尔提耶走遍了圣母院的每个角落。大教堂的尖塔和顶棚的木制构架的毁塌,揭开了惊人发现:教堂石料墙体中使用了金属部件——铁钩。埃尔提耶表示:顶棚的木梁就是架在这些铁钩上的,这也是因为火灾而发现使用金属在圣母院建筑中的用途之一。金属研究人员在圣母院的上部的墙壁中发现了一系列数目众多的铁钩,直到主堂旁边的耳堂,地面,甚至教堂的第一层建筑看台上都有使用。

这些加固铁钩无疑只是巨大铁质骨架显露出来的一小部分。为了揭开圣母院石墙中使用了铁器的规模到底有多大;研究人员利用金属探测仪,来探寻还石料中藏着的东西。埃尔提耶表示:目前还只是处于修复工程的初期,始建过程中似乎进行过一些试验,至少在建筑师方面,为了建比同时代其他建筑更高的建筑,建筑师希望加固建筑,工程一开始,就用铁在不同楼层进行加固。

当埃尔提耶和他的组员继续用探测仪扫描圣母院的基石的时候,另一个研究小组在他们上方三十米处,正在工作。巨型的内部顶棚木梁,让石料组人员能够近对圣母院的拱顶进行近距离研究;火灾前,这是不可能的实现的。受火灾的影响,拱顶结构特别脆弱,而其建筑技术的细节目前还不为人知。由艺术史学者和土木工程专家组成的研究组成员,利用采样钻头在拱顶的石缝中,小心地取出粘合石头的灰浆样本。

艺术史学者巴约乐介绍说:“灰浆的样本可以在多个层面给我们提供帮助,采集多个样本进行比较,灰浆样本有12世纪的,13世纪的,以及能送表面观察的灰浆,从拱顶的不同部位采集的灰浆对建筑结构起到的作用也不同,那么是不是要在不同地部位使用同样的灰浆,它的作用时怎样的,所有这些都是我们要寻找答案的疑问”。

如果说灰浆的样本是用钻探取样,那是为了不损坏已经八百岁的建筑结构。石头研究组还可以依靠另一个来源来搜集样本。丰富的古迹收藏品,暂时保存在教堂前的广场上。火灾后,在教堂内废墟中找到的残留物都集中在这里。

几步之外,石头研究组的负责人,艺术考古学者伊夫-卡莱正在面对一圈拱顶的石头,试图将它们重新组合。这些石头是圣母院最大拱顶的石头,顶棚塌毁后,在教堂的地上找到。根据珍贵的档案照,艺术考古学者和他的团队石头试图通过将石头按序排列将拱顶还原。同时还对石头之间的接触面,进行研究,在这之前因建筑的结构,这些接触面是没法看到的。在 这些石头的接触面上还可以看到,当年石匠打凿的痕迹,这些痕迹很可能指出了石头组装时的方向。

卡莱表示:对石块所有的面进行研究是很珍贵的机会;一方面我们的前辈从没能近距离观察它们,这些石面自12 ,13世纪以来就没人看见过;另一方面,对哥特式建筑专业的艺术史考学者,对研究建筑的考古学者来说,研究这些石面就好像是在看一本打开的书;这是可怕火灾留下的一个值得高兴的结果,可也是第一次能从细节观察圣母院,我们的目的是去弄懂这一建筑是怎样思考设计,然后施工的, 以及从视觉上向首席建筑师提供帮助,尽可能地遵守原始建筑地进行修复,尽可能地复原中世纪人的技术,思考方式和动作。

拱顶石的重组,给学者提供了不用损坏简述本身而采取灰浆样品的好机会。而为了了解这些灰浆成分的,则要跟着这些样品去南锡,到洛林大学和Jean Lamour 研究所的实验室;研究人员分析这些灰浆样品,发现其成分组成。样品非常稀有,土木工程材料研究员让-米歇尔-梅齐凌和他的同事,先将灰浆样品进行了三维扫描保存,然后将样品研成细粉,在显微镜的镜头下显示出了砂浆孔,石英粒,石灰结,大约是12世纪的混合。

梅齐凌表示:灰浆大概是用沙子,水和粘合物的混合。圣母院用的粘合物是以石灰为基础。有的粘合物是以石膏粉为主。这些灰浆的作用就是在石块之间起到粘合作用;想必这些灰浆也有输送建筑结构中的承重直到地基里的作用。

灰浆的样品在这些实验室里接受多种仪器的验测,以便验出其材料的基础化学成分,找到这些灰浆特有的标记,或是对部分晶体进行编辑,来试图找到原始配方。第一部分的研究结果显示灰浆质地相当均匀。泥瓦工做的接缝特别薄,这能给拱顶的石头更好的结构支撑

梅齐凌说:“我们试着做了某些灰浆,来了解,如灰浆在第一个星期里,凝固,干燥的变化。考古同事也想知道,比如拱顶完成后是不是可以很快地盖上。这种研究方式,希望能带来更多的论据, 也许能让人了解更多一点,中世纪的大教堂是怎样建成的”。

在等待更多地了解这些灰浆的时候,圣母院工作的科研人员也关注在工地上发现的金属样品。考古材料研究所在巴黎南郊萨克莱法国原子能和替代能源委员会(CEA)的实验室里,研究人员将铁钩切割成小片,抛光后,用试剂腐蚀,让金属显示其结构,尤其是含有碳痕迹的切割面,能证实这些样品。

考古学者迪勒曼表示:“关于金属有很重要的问题,首先它是什么时代用在圣母院的?是否是中世纪一开始建的时候就用了,还是十九世纪Eugène Viollet-le-Duc主持修缮时用的?因为我们知道他在修缮中用了金属,但是我们找到了比他用的多得多的金属。目前我们很兴奋,因为样品时间的第一批结果已经开始出来了;大教堂一层使用的所有铁钩确实是一开始建时候就用的。事实上,是哥特建筑中最早使用铁的证明,我们在研究金属中杂质的时候,可以追溯到这种金属的化学标记,这种标记简直就是矿石的指纹,根据它可以找到出产矿。所以我们可以进行调查,依据标记对不同地方的产品进行比较,收集数据,保存在我们的信息库里”。

在显微镜下,金属样品还显示出了煅接的痕迹,显示铁匠将三种不同的铁条叠加煅接在一起,做成铁钩,化学分析试验证明中间的铁条和两边的不是来自同一种矿石。

对此,一位研究人员解释说:“我们并不是在中世纪对新材料的赞扬,即使是在像巴黎圣母院这样有条件的大型建筑工程上,也要不惜一切代价去寻找最高科技的新材料。在这里,我们看到的是一种考虑到所有可能性的供应,所以可能是新材料,但也有一部分是回收的,因为它在某种程度上是一种正常的供应来源。

这个实验室的研究仅仅是让人们对巴黎圣母院的建筑历史有了新的认识,这些数据也将为负责巴黎圣母院保护和修复的公营机构对承包方,对所正在进行项目的管理提供思考,让科学帮助这一哥特艺术的凤凰,从灰烬中涅槃重生。

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