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【项目实践】万全右卫城城墙科学化勘察实验



万全右卫城北门外向南望

万全右卫城位于河北省张家口市万全区万全镇,为明代长城军防卫城,属宣府镇。卫城始建于明洪武二十六年(1393年),以后经多次修葺形成现在看到的规模。万全右卫城至今保存有四面完整的城墙,以及南北2个城门及瓮城、东西2座翼城、每面城墙4座马面(共计16个),及4座角台,城墙周长共计3523.2米,占地面积49280㎡。是明代卫城中保存最完整的一座。

万全右卫城城墙为夯土墙体外侧砖包形制,墙体现存高度1.2-10.7米。由于年久失修,夯土墙体残损很严重。2019年,结合城墙修缮工程,中意双方借助于现代科技和仪器设备对城墙的部分区段进行了实验性的勘察。

勘察研究采用的三维激光扫描仪、地面摄影测量、无人机航空摄影测量是为获得全方位高精度可见数据,全站仪和ERT(三维高密度电阻层析法)则采用物探的方法对内部不可见信息进行无损勘察,采用反演的方式形成现状地层分布、材料构造特征和空洞病害的三维数字模型,犹如医院的透视检查一般,将外部模型与内部数据结合,使调查成果能够涵盖研究区域和研究对象,并带有高分辨率的细节,将文物本体与地基地层信息相结合、将文物本体外部材料与内部构造相结合,从而在更宏大的视野下、以多学科交叉的科技定量分析为支撑的成熟方法论下,对研究对象的历史建造信息、残损与病害形制进行全方位、多角度、高精度的判断。

Riegl-VZ400i三维激光扫描仪的全覆盖扫描共计189站所,获取的大量精准数据,特别记录了西南角台内后期掏建的防御工事空间尺寸、走向和分布。

无人机从空中拍摄的数千张图像,生成了二级的、不同纹理的三维模型,有效的帮助识别出西南角台台体整体裂缝外倾趋势。同时,摄影测量的正射影像记录了西墙断面的材料、尺寸、构造情况,反映出万全右卫城多次修葺与建设的分层情况,为研究不同时期的历史建造信息、总结时代规律提供了可以度量的依据。

西南角台裂缝及向外移动的趋势观察

西城墙被毁后暴露的断面历史叠加信息图

三维高密度电阻层析(3D ERT)的使用则是帮助重建可达范围内的城墙墙体及周边、基础的电阻率分布;识别地下10米以内土壤中,是否存在地质异质性和/或地下人工结构,并协助评估各种地基变化,如沉降问题;提供有关城墙内部结构类型和地基的信息。

探测处C1位异常及F位的异常模型图

借助于现代科学设备勘察,技术人员对城墙外立面的残损进行了详细的类型分析与表达。特别提出了对不安全部分的加固意见,对歪闪脱开部分的推回方法,以及其他技术措施建议。