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3D新聞

深藏故宮里的古老“3D打印”技術(shù)

3D打印商情 來源:科技日報(bào)2019-12-13 我要評論(0 )   

紫禁城(今故宮博物院)擁有世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的木結(jié)構(gòu)古建筑群,含有房屋9000多間。這些古建筑以雄偉的外觀、優(yōu)美


紫禁城(今故宮博物院)擁有世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的木結(jié)構(gòu)古建筑群,含有房屋9000多間。這些古建筑以雄偉的外觀、優(yōu)美的造型、絢麗的色彩、精湛的工藝、有序的構(gòu)架等特點(diǎn)聞名于世,體現(xiàn)了我國古代工匠高超的技藝及聰明智慧。


我們知道,紫禁城是皇帝的執(zhí)政和生活的場所,紫禁城古建筑的建造,是要經(jīng)過皇帝事先批準(zhǔn)的??墒呛苌儆腥酥溃实叟鷾?zhǔn)建造一座宮殿之前,是需要審核它們的實(shí)物模型的。這種實(shí)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(shí)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(jìn)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(xiàn)了制作燙樣御用皇家機(jī)構(gòu),即樣式房。該機(jī)構(gòu)功能猶如現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)院,主要負(fù)責(zé)皇家建筑的設(shè)計(jì)與施工。而在設(shè)計(jì)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(xiàn)代高科技的計(jì)算機(jī)輔助制作三維模型(如3D Studio Max輔助設(shè)計(jì))和高科技3D打印技術(shù)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(yōu)點(diǎn),集古代建筑科學(xué)和營建技藝于一體,并主要體現(xiàn)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(xiàn)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(shí)現(xiàn)宮殿建筑形象性和具體性的完美結(jié)合。由于一般建筑平面圖無法使皇帝獲得建筑造型、內(nèi)外空間、構(gòu)造做法等準(zhǔn)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(jù)建筑的設(shè)計(jì)情況制作,并標(biāo)注有詳細(xì)尺寸,因而又具有科學(xué)性。

燙樣最大的特點(diǎn)是可以通過向皇帝展示擬建造建筑的大樣,以縮微實(shí)體的方式來表現(xiàn)建筑樣式,可顯示出建筑的整體外觀、內(nèi)部構(gòu)造、裝修樣式、彩畫做法、細(xì)部尺寸等內(nèi)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(gè)構(gòu)件之間互不影響,彼此有所聯(lián)系又各自獨(dú)立,其屋定、柱子、門窗甚至內(nèi)部陳設(shè)的桌椅、幾案、床榻等每一個(gè)小部件都是活動(dòng)的,每一塊小板子都能移動(dòng),從里到外將建筑結(jié)構(gòu)和形態(tài)表現(xiàn)得十分明確。

燙樣不同于現(xiàn)代建筑模型,現(xiàn)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(xì)。燙樣比一些高科技手段建造的模型更直觀,因?yàn)樗粌H能展示建筑外觀狀況,而且還能方便的展示建筑內(nèi)部的構(gòu)造特征、裝飾樣式和彩畫做法。故宮博物院現(xiàn)藏燙樣80余件,其內(nèi)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(shí)物模型。它們是研究紫禁城建筑歷修繕或復(fù)建的重要參考依據(jù),更是研究紫禁城歷史、古代科學(xué)和技術(shù)的直觀資料。

燙樣具有簡易性。燙樣的制作不需要依賴復(fù)雜的建模技術(shù)、高科技的輔助設(shè)備或大量的資金即可實(shí)現(xiàn)。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(shí),工匠會在不同的建筑構(gòu)件表面,貼上含有設(shè)計(jì)者姓名、建筑名稱、控制尺寸、施工要點(diǎn)等信息的標(biāo)簽。制作好的燙樣,皇帝認(rèn)可之后,樣式房方可依據(jù)燙樣繪制施工設(shè)計(jì)畫樣,編制做法說明,支取工料銀兩,進(jìn)而招商承修,開工建設(shè)。上述模型制作所需材料造價(jià)低廉,加工簡單,實(shí)物效果好,易于在實(shí)際工程中指導(dǎo)施工。


當(dāng)然,紫禁城古建筑燙樣的科學(xué)價(jià)值不僅僅如此。燙樣技術(shù)糾正了紫禁城古建筑工匠“純經(jīng)驗(yàn)”的傳統(tǒng)錯(cuò)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(dá)能力,有助于今天的人們?nèi)媪私狻⒄莆瘴覈沤ㄖ脑O(shè)計(jì)到施工的各個(gè)過程的建筑理論、設(shè)計(jì)方法、科學(xué)技術(shù)等信息。

燙樣技術(shù)改變了我國傳統(tǒng)的古代建筑“見物不見人”的弊病。一般人認(rèn)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(shè)計(jì)者姓名、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)技術(shù)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(shí)物的來源,并作為古建筑設(shè)計(jì)、修繕、研究參考的依據(jù)。

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(shù)的科學(xué)性,亦體現(xiàn)了古代工匠的高超的技藝。

(本文作者周乾:故宮博物院研究館員)

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