紫禁城古建筑的白蚁防治方法

1  引言

我国的古建筑以木结构为主，对其保护不仅包括防火、防震等自然灾害的抵御要求，对生物灾害如白蚁防治亦不可忽视。白蚁好吞噬木材，一般多蛀蚀木材年轮中较软的早材部分，而保留下较硬的晚材部分，使被害木材成典型的片状^[1]，致使古建筑本身受损乃至破坏。我国古建筑遭受白蚁侵蚀的案例不少，最典型的案例即上世纪六十年代，第五批全国重点文物保护单位北京市碧云寺西配殿曾发生古建筑梁架倒塌事故，其主要原因在于梁架下部的一根截面尺寸为0.3×0.3m的大梁被白蚁掏空导致承载力失效_[2]。紫禁城（故宫博物院的前身）拥有我国现存最大、最完整的宫殿建筑群，以木材为结构主体的建筑和木制文物为白蚁的孳生繁衍提供丰富的食物来源，因而白蚁的防治极其重要。2006年迄今，故宫博物院先后三次在惇本殿西侧配殿（图1左）、保和殿东庑区（图1右）发现白蚁，并及时采取了防控措施。故宫博物院内发现的白蚁均为散白蚁。散白蚁是白蚁中的一种，广布于温带及亚热带地区，特征是身体呈乳白色至乳黄色，形状像蚂蚁，但不是蚂蚁。白蚁的身体较柔弱，腹部几乎半透明，往往腹部的颜色能反映出白蚁所吃食物的颜色。散白蚁主要吃木材的纤维素和半纤维素，依靠肠中寄生的原生动物将之分解，成为白蚁自身的营养，对木材产生严重破坏。尽管历史上白蚁对紫禁城建筑破坏的档案记载很少，但白蚁的危害性巨大，有必要及时采取各项防控措施。而无论是古代紫禁城的营建者还是现在故宫博物院的管理人员，其对白蚁的查杀治理均积累了宝贵的经验和有效的方法，本文将进行详细论述。

图1  紫禁城古建筑木构件蚁害

Fig.1 Termite damage on components of ancient buildings in the Forbidden City

2  传统方法

紫禁城古建筑历经600年而保持完好，不仅在抵御地震、火灾、大风等方面有着丰富的经验和智慧，在消除治白蚁方面亦有着有效的传统方法，归纳起来，主要包括以下四个方面。

其一，木材选用。紫禁城古建筑明永乐十八年（1420）初建成时，其柱、梁、斗拱等木构件材料均为楠木。紫禁城营建的楠木主要源于四川、云南、湖南、湖北、贵州、浙江、山西等地的深山老林中。《明史》亦记载有：“（永乐四年）秋闰月壬戌，诏以明年五月建北京宫殿，分遣大臣采木于四川、湖广、江西、浙江、山西”，是为营建之始。紫禁城的营建，备料用了11年，真正建造仅用了3年。尽管楠木的生长周期长达300年，但是楠木有着其它木材不可相比的优点：有独特香味、不怕虫蚀、不怕糟朽、不易变形等，因而是营造宫殿建筑的绝佳材料，是紫禁城古建筑免遭白蚁侵蚀的重要原因。明清时期，二十几个皇帝在紫禁城内执政及生活，期间紫禁城古建筑数次遭受火灾或战争的侵扰，部分古建筑被毁坏后复建或者修缮时，已经无法找到楠木了（材料伐尽），因而逐渐采用了松木替代楠木。

其二，基础阻隔层。主要是指在建筑底部建造石质台基，使得建筑与地面隔离，远离白蚁滋生的环境。古建筑中的柱子底部坐落在柱顶石上（图2）、建筑底部有着厚厚的石质台基（图3），均可以隔离白蚁。相反，古建筑地面周围环境杂草丛生，地面的枯枝落叶会为白蚁生存提供良好环境。如四川省青城山的祖师殿、阴阳洞、上清宫、天师洞、建福宫、玉清宫、园明宫等大量道教建筑在上个世纪九十年代均有被白蚁侵蚀的报道，其主要原因与上述建筑周边的杂草枯叶有关^[1]。

图2  柱底与柱顶石

Fig.2 Column bottom and its stone base

图3  古建筑台基

Fig.3 High stone base of ancient building

其三，构件保护层。主要包括外露木构件保护层及隐蔽木构件保护层两方面。

外露木构件保护层即古建筑的油饰彩画。我们可以看到紫禁城古建筑有着红色的立柱，华丽的彩画，见图4。如果说紫禁城古建筑的油饰彩画是其外衣，那么其基层可谓古建筑的衣服的“内胆”。这个“内胆”被称为“地仗层”，是保护古建筑木构件防虫的主要材料，其运用具有科学性。地仗层的材料为猪血、砖灰、面粉、桐油、麻等混合调制而成，这种材料便于与彩画颜料结合，且不会与颜料层发生任何化学反应。地仗层的施工过程有着其科学性。首先在木构件表面用小斧子砍出痕印，将木缝砍出八字形，其主要目的是有利于油灰与木构件表面的拉接。然后在木构件表面刷一层桐油与猪血的混合物，桐油可覆盖在木构件表面，成为防止白蚁入侵的第一道防线，猪血有利于木构件被处理后的表面光滑。接下来将油灰（面粉、砖灰、桐油、水的混合物）抹在木构件上，并用工具将其表面刮平（图5）；其中砖灰、面粉即相当于木构件的主要保护层。此后将麻处理成丝线形状，并敷压在木构件表面；麻的主要作用在于拉接油灰增强其整体性，并避免其开裂；之后的工序是再次上油灰、贴麻丝，使得地仗层变厚。为了保证油灰与木构件表面的充分粘接，并防止油灰层出现龟裂，有时还会在油灰层表面包裹（麻）布。最后用磨石将木构件表面打磨平直、圆顺，以利于在表面绘制彩画。上述整个过程，相对于给木构件穿上一层厚厚的防护服，以避免白蚁侵蚀造成的木材破坏。

图4  外檐油饰彩画

Fig.4 Color decoration for outdoor components

图5  木柱刮油灰施工

Fig.5 Construction of mortar mixed with tung oil for column

隐蔽木构件主要包括屋顶瓦件下的望板基层，以及室内顶棚上的梁架层。对于屋顶望板层而言，其防虫的方法主要是刷桐油，再分层铺墁各种灰浆，如有护板灰（生石灰、水、麻丝按比例混合而成）、青灰（青浆与生石灰按比例混合而成）、麻刀泥（生石灰、黄土、麻丝按比例混合而成）等等，总厚度可达30厘米，见图6。桐油不仅可以防止白蚁入侵，还具有防腐功能。生石灰不仅具有吸水功能，使得木板基层保持干燥，还能够在吸收潮湿水汽的过程中会转变成熟石灰。熟石灰为碱性材料，其中的钙成分可以使蛋白质变性，杀死细菌真菌，起到驱白蚁的效果。上述厚厚的灰浆层对于防治白蚁具有较好的效果。

对于梁架层的木构件，传统的防治白蚁方法主要是刷一层厚厚的桐油层，见图7，其具有防白蚁与防腐的双重功能。随着科技发展，故宫博物院现阶段采取的木构件表面防虫材料还有MFB-1(硼酸盐类)、MFB-2(硼酸盐类)、MFO一1(有机醋 酚)等^[3]。

图6  屋顶灰背层

Fig.6 Mortar cover on wooden roof

图7  木构件刷桐油

Fig.7 Tung oil covered on surface of wooden component

其四，通风措施。由于白蚁喜欢潮湿的环境，因而传统方法中，对古建筑保持通风干燥亦为有效防治白蚁的措施。紫禁城古建筑前屋檐几乎全部是门窗，这有利于建筑的通风。而对于与立柱接触的墙体部位，通常安放透风，见图8。古建筑的墙体很厚，在与木柱相交的位置附近，砌墙时往往会把柱子包起来。封闭在墙体里的柱子，如果不及时采取通风干燥措施的话，很容易产生糟朽，并导致白蚁滋生。工匠们在长期施工中，逐渐形成排出柱底潮湿空气的做法，即在木柱与墙体相交的位置，不让木柱直接接触墙体，而是与墙体之间存在5厘米左右的空隙，同时在柱底位置对应的墙体位置留一个砖洞口，尺寸约为15厘米宽，20厘米高。为美观起见，用刻有纹饰的镂空砖雕来砌筑这个洞口，这个带有镂空图纹的砖就称为透风。通过透风的镂空位置，墙体内木柱周边潮湿的空气就能够排出。一般而言，我们常常会看到竖直方向上有两个透风，其主要是为了形成空气对流，使得墙体内的柱子在上下方向都能空气流通。即空气从底部透风进入，沿着柱身往上流动，尔后从柱顶位置的透风排出。期间，柱子与墙体之间潮湿的空气就被排出去了，柱子也就能始终保持干燥状态。

图8  古建墙体上的透风

Fig.8 Openwork bricks on wall of the ancient building

随着科技应用于古建筑保护领域，故宫博物院亦开始采用现代的方法来防治白蚁。如2014年，故宫博物院与杭州白蚁防治中心合作研发出一项新型白蚁自动检测设备，采用微波雷达技术对建筑物内的）时，反射波的频率与发射波会有轻微的差别，通过检测这些差别能判断出物体运动状态。其具有无损探测（无需破坏古建筑）、定时检测（避开游客高峰时段带来的不便）、自动检测、多探头工作、避开同类型其它产品干扰等优点，并经过保和殿东庑三号房的立柱检测验证，证明了其有效性^[4]。

3  监测技术

紫禁城古建筑的白蚁防治包括两方面：检测和捕杀。从检测角度讲，紫禁城古建筑的传统白蚁检测方法包括以下技术手段^[5]：（1）目测方式，观察木构件的各个部位（尤其是较为潮湿部位），看是否有白蚁活动的痕迹，如孔洞、排泄物、蚁路、危害位置的表面变化等。（2）敲击方式，即采用检查工具敲击木构件的各个部位，通过声音来判断是否出现孔洞，若有孔洞，则有可能有白蚁侵蚀。（3）探测方式，即对于可能出现白蚁的地方采用工具进行微损探测，将工具插入可能有白蚁存在木构件内部并取出，看是否有白蚁活动或有过活动的痕迹。（4）搬动方式，即对白蚁容易藏身的木箱、木柜、木料堆、家具等可移动的木构件进行搬动检查，以及时发现并采取治理措施。上述传统的方法尽管有利于检测白蚁，但是效果不理想。另对白蚁检查首先应该保证古建筑安全，但是白蚁活动隐蔽，不撬开表层很难发现其活动痕迹，撬动木构件表层又会对古建筑本身有一定的扰动或破坏。从捕杀角度讲，部分灭蚁的药物对环境有一定不利影响。综上所述，基于白蚁综合治理理念的白蚁监测控制技术便成了白蚁危害控制的一个重要手段。白蚁监测控制技术在有效抑制白蚁种群数量、对建筑物进行长期有效保护的同时，又能够减少化学药剂的投放，减少白蚁防治对环境的污染^[6]。

对于故宫古建筑而言，其白蚁监测技术应具备不破坏古建筑、具有很强的引诱能力、及时发现白蚁、具有很好的灭蚁效率等特点。故宫博物院经过筛选对比，选用了国产的网罗牌白蚁监控装置，见图9。该监测装置包含的诱饵多，且经过了特殊引诱剂的处理，作用范围大，引诱时间长，杀虫效率高（配套药物比国外常见的昆虫生长调节剂类药物见效更快），且能在保证杀虫效率的前提下，布点间隔较大，以利于减小对古建筑地面的影响^[7]。监控装置布置后，每年春秋两季进行检查，若引诱到足够数量的白蚁活体，则进行喷药处理。该药物以伊维菌素为活性成分，喷到白蚁身上后，白蚁将其带回巢内，通过接触方式将其传递给其它白蚁，最终导致整个蚁群死亡。监控装置的布置根据需要确定，若进行室内监测，则装置安放在立柱下部，若进行室外监测，则远离台基（台基的夯土材料对白蚁有一定阻隔作用），且放在不易存水位置，其原因在于，白蚁虽然喜欢潮湿环境，但是不能在水中生存。目前，故宫白蚁监测区域的建筑面积已超过15 万平方米，共安装白蚁引诱装置至少1600 余套，分布在前朝三殿、寿安宫、雨花阁、西三所、养心殿、慈宁花园、武英殿、保和殿、敦本殿、茶库缎库、皇极殿、红本库等处。

图9  白蚁监测装置

Fig.9 Monitoring device for termite treatment

此外，白蚁活动是一个动态的过程，对其采取实时监测措施，才能掌握整个蚁情的发展趋势，并及时采取相应的捕杀或防控措施。相应的，2013年故宫博物院启动“平安故宫”工程，通过“平安故宫”工程的实施，将有效解决故宫博物院目前存在的巫待解决的火灾、盗窃、震灾、藏品自然损坏、文物库房、基础设施、观众安全等安全隐患，其主要工作之一即开展世界文化遗产监测，而白蚁监测则是其中的重点内容，以实现故宫遗产保护的完整性、时效性、科学性和系统性^[8]。基于此，故宫博物院研发了白蚁监测系统。该白蚁监测系统主界面见图10，系统通过不同图形标记来分别显示白蚁发现区、白蚁防控区，可显示实时监测的动态，实时调取指定建筑区域的监测探头，显示白蚁发现区或防控区，在线监控白蚁的存在状态，对监测数据可进行统计、分析，并可实时调取相关的文献或档案资料进行对比参考，及时发现和处理监控区出现的白蚁问题。白蚁监测管理系统可建立故宫白蚁综合治理相关数据库，将白蚁检查、监测与治理工作各项数据资料纳入系统平台进行统一管理，通过相应的统计、分析与存储，实现故宫博物院白蚁危害监测及治理情况的电子化展示、查询、分析与研究，进而促进故宫白蚁防治工作更加深入有效地开展。

图10  故宫白蚁监测系统界面

Fig.10 Interface of monitoring system for termite treatment in the Forbidden City

该系统全面录入故宫2006 年以来的建筑白蚁检查、监控设备安装与巡检、标本资料等信息，实现故宫白蚁蚁情、白蚁杀灭、白蚁预防以及国内外白蚁研究文献数据的二维检索与数据统计分析；并为以后三维数据的开发与利用、白蚁自动报警功能提供接口。同时，该监测系统有利于故宫博物院与相关企事业单位合作，进行白蚁自动报警系统的技术研发，为白蚁智能化监控探索可行之路；此外，还有利于为白蚁危害古建筑的程度编制相应的诊断和处理规程，为故宫白蚁防治管理制度的确立提供数据和流程支持^[9-10]。

4  结论

（1）紫禁城古建筑白蚁防治的传统方法包括选用具有防虫功能的楠木作为建筑材料，建筑建造在高台基之上以阻隔白蚁入侵建筑，木构件基层做地仗、铺墁灰浆、刷桐油等防护处理以防止白蚁吞噬木构件，建筑保持通风干燥以消除白蚁生存环境等措施。

（2）现代科技手段的介入，故宫博物院对白蚁的防治已采用监测手段，选用国产的网罗牌白蚁监控装置，监控范围覆盖15万平方米的建筑区域，并研发了白蚁监测系统，实现白蚁查杀和预防的实时化和全面化。