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百年船坞 “修葺”与共——
纪念北洋水师大沽船坞建成140周年
天津大学建筑设计规划研究总院有限公司
代亮、朱阳、刘畅
北洋水师大沽船坞轮机厂房自上世纪七十年代弃用以来，因风雨等自然因素和常年缺乏维修，保存状况较差，2016年7月北洋水师大沽船坞轮机厂房修缮工程获国家文物局批复立项，2018年6月经专家论证，原则通过修缮工程设计方案，2019年7月获国家文物保护专项资金支持，2020年10月18日轮机厂房修缮工程正式启动，修缮工程汇聚了各方人士的心血，来之不易。作为大沽船坞轮机厂房修缮方案的设计者，天津大学建筑设计规划研究总院有限公司总工程师代亮记录修缮设计方案的过程并谨以此文纪念大沽船坞建坞140周年。
我们梳理船坞的时间纵轴：
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1880年（光绪六年）,直隶总督李鸿章在大沽海神庙附近创建船坞，命名为“北洋水师大沽船坞”，这是北洋水师大沽船坞的开端。
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1882 年，大沽船坞开始建造舰船，至 1913 年共计建造大小舰船 38 艘。
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1900 年，八国联军入侵大沽口之后，大沽船坞一度被俄国霸占。后经清政府多次交涉于 1902 年归还中国 。
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1937 年，日本帝国主义发动全面侵华战争，大沽船坞被日本人占领，变成了“军事劳工监狱”。此时轮机厂房的名称为“铁船工厂”。
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1949 年 1 月 17 日，天津市军管会接管，为天津区港务局第一修船厂。
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1958 年改名新河船舶修造厂。占地 945 亩，建筑面积 12 万平方米。
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2013 年，天津市人民政府公布其为天津市文物保护单位，定名为“北洋水师大沽船坞旧址”。
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2013 年，国务院公布其为第七批全国重点文物保护单位，公布名为“北洋水师大沽船坞遗址”。
时间到达了2016年，这一年，承天津市滨海新区文物保护所委托，天津大学建筑设计研究院非常荣幸的参加大沽船坞轮机厂房修缮工程，也使得我们有机会近距离的观察、研究，从而对历经百年沧桑的船坞进行修缮设计。
我们针对北洋水师大沽船坞轮机厂房进行了细致档案调查和残损现状的专项勘察，并根据相关图纸及档案资料，进行了详细的调查与评估，历经两年于最终完成此修缮及利用工程勘察设计，同时顺利通过相关专家组的评审。
在修缮设计过程中，我们遵循“保护为主、抢救第一、合理利用、加强管理”的方针。
同时主要秉承以下原则：
持不改变文物原状的原则。尽可能地避免或减低因维修而带来的文物自身价值的损害。
坚持最少干预原则。凡必须干预时，附加的手段只用在最必要部分，并减少到最低限度。
尽可能多的保护现存实物原状和历史信息原则。一切技术措施应当不妨碍在此对原物进行保护处理，经过处理的部分要和原物或前一次处理的部分既协调又可识别。
在以上原则的指导下，我们针对轮机厂房进行了细致的查勘及分析，下面举两个细节：
一、屋架
大沽船坞轮机厂房的主体屋面结构采用三角形木屋架。采用的是西方“豪式木屋架”，是西式桁架体系的典型做法之一。三角形木屋架由上弦、下弦、腹杆组成，利用“几何不变体系”原理通过体系机构将桁架内构件的内力仅仅转换为轴力（拉力、压力），从而最大限度的发挥木材抗压、抗拉的力学性能优点。
1) 轮机厂房屋架几何组成分析
① 几何组成
考虑到木质材料刚度及强度相对较小（与钢材和钢筋混凝土相比）且屋架用料全为木材，以及梁与各杆的截面尺寸相差不大，起用最安全最保守的分析方法，近似把梁与杆之间以及杆件之间连接视为理想铰接，则该结构简化屋架简图进行受力分析。
② 屋架几何尺寸（根据三维激光扫描数据）
屋架高度：H= 6.68m 屋架下弦节点长 L=1.79m
屋架下弦长 L=18.87m 屋架间距 D=3.9m
2) 轮机厂房屋架简化受力分析计算
① 荷载
为了便于计算，且满足桁架受力特点，恒荷载全跨布置，把均布荷载转化成作用在节点上的集中荷载，假设作用在节点上的荷载均为 P，右边作用在节点上的荷载与左边对称相同，现计算如下图：
② 承载验算
估算屋面荷载约为 3KN/ ㎡ , 每榀屋架承重约 220KN, 承重 P 约为 20KN, 估算杆件承受最大压力约为 240KN，拉力约为 260KN, 杆件平均截面为 170mmX170mm。本屋架主要木材为东北落叶松，参照木结构设计规范 (GB50005-2003) 中规定，东北落叶松顺纹抗压为 15N/mm^2，顺纹抗拉为 9.5N/ ㎜ ^2。根据计算杆件最大压力 8.3 N/mm^2与最大拉力9 N/㎜^2均小于规范设计标准值。
3) 结论
① 经验算杆件截面受力在允许值范围之内，所以多数杆件不需要更换或加粗，但是部分木制杆件有劈裂或糟朽状况，影响杆件受力，影响屋架整体稳定，应及时采取局部加固或更换。
② 考虑各杆连接多数为榫接，各杆件受力较大，应对榫接交接处加固。
③下弦虽然跨度较大，但是中部加中柱支撑，形成超静定结构，起到重要的支撑作用，建议查明中柱柱根糟朽情况，采取替补或墩接措施。
二、砖砌体
1、材料选择：
由于砖砌体的材料与砌筑方法的不同，历史性砖砌体外墙的维护与维修工作需要对砌筑材料与建筑维护结构科学全面的理解。
我国近代砖的尺寸非常多样，主要受烧制砖的厂商及具体定制要求的影响。且近代历史建筑的设计者都许多西洋人士，以致本土传统砖与西式砖交叉平行使用的情况。在大沽船坞的轮机厂房便发现了多种规格和类型的砖，外立面为红砖，内部局部为青砖。
红砖 ( 规格225mmx110mmx50mm)
青砖（规格 245mmx115mmx53mm)
2、砌筑工艺：
从砌筑方式上讲，近代中国建筑的砖墙砌法更多收到外来影响，特别是在租界地，更多采用英式砌法与佛兰德斯砌法。英式砌法，又称一顺一丁砌法，砖块以一皮全丁、一皮全顺在竖向交替砌筑，顺砖之间的灰缝都在上下皮丁砖的中间位置。轮机厂房便是采用的英式砌法，但在不同的部位采用了不同的砌筑材料，即红砖和青砖的砌筑搭配方式。从轮机厂房东面门窗洞口的断面可以看出，青砖在内、红砖在外，锯齿形砌筑。而厂房东北角的内墙则是从地面向上，青砖、红砖每五皮依次交替向上排列。
3、粘结材料：
通过调研和勘探，发现轮机厂房的粘结材料存在多种。厂房主体及附属房 1 砌体之间的粘结材料为“三合土”（白灰、黄沙、黏土的混合灰泥），外表面水泥勾缝，厂房南山面及附属房 2 为水泥
通过调研可以发现，厂房的南立面与东、西两面使用不同的砌体材料且有明显的接茬痕迹。
因此通过上述分析同时结合其他现状可判定出一些厂房的年代信息：厂房主体砌体和附属房1 建造年代较早，厂房南、北山墙面及附属房 2 应为后来补砌修筑。
通过以上两个细节展示，可以看出，我们认为文物建筑的修缮设计是建立在对文物本体仔细查勘、认真分析及综合评估之上，最终得出修缮方案的。绝不是简单复原或者一味满足现行规范的要求。
同时值得高兴的是，值此140年建成之日前夕，船坞的修缮工程也正式开工，我相信在所有关心、关注大沽船坞的有识之士共同努力之下，本工程一定能够取得完满的成功。
我也相信，北洋水师大沽船坞定能重放光彩，带着一身的历史积淀在新时代发挥它的价值。
来源：天津市滨海新区博物馆
