麦积山石窟栈道的垂直支撑构架研究结果

另外从水平距离看，左右菩萨的构架距离是2．85米，而中间大佛的距离是3．88米，将近4米。和其他位置的栈道间距相比，这样的水平距离是很大。一般的栈道距离都是在两米以内，比较常见的是1．5～1．7米之间。这样的距离，在两根栈道之间先架设两道木枋，木枋截面在15厘米左右，然后在木枋上铺设3厘米厚的木板即可。而在菩萨的构架的宽度在2．85米，比正常距离大得很多。

我们假设，在间距2．85米或3．88米两个栈道梁外端架设两道辅梁，然后再在辅梁上铺设木板，这是通常的做法。因为一般的栈道间距是1．5～1．7米，这样的距离使用15厘米见方的辅梁符合力学要求。在这样的距离上一般是使用两根辅梁，如果距离稍大，也可以使用三根辅梁，但辅梁的截面尺寸可以稍微小一点，10厘米的尺寸就可以满足栈道行走要求。但是在98窟大佛构架的位置，这样的做法就存在问题，因为使用15×15厘米的辅梁在这种间距下不能满足使用要求，栈道都是属于悬臂梁的结构形式，只有在山体一侧有一个支点，在外侧没有支点。在这种情况下，一方面由于距离过大，2．85米的距离使用15×15厘米的辅梁会使辅梁自然产生下垂、弯曲等现象，无法满足使用要求，而如果增加辅梁截面的尺寸，比如增加到20×20厘米，其自身重量必然是进一步增加，添加在栈道梁上的重量也随之增加，栈道梁就难以承受这样的重量，我们看栈道孔也就是栈道梁截面的尺寸也就是25×30厘米，和其他位置正常的栈道梁的尺寸没有不同，所以其承重量也不会有不同，所以由于栈道梁的间距大而加大辅梁的截面的方法是不可行的，那么，在这种情况下，会使用什么样的构架技术呢？

98窟大佛左侧现存的木构架给我们提供了一个思考的方向。

在98窟大佛左侧，目前保存着三根栈道梁，这三根栈道梁均是在上下呈垂直排列，从其形式等方面判断，应该是后期在维修佛像时遗留的脚手架，最后没有被拆除，保留到了现在（图3-16）。

由于这些栈道梁的位置太高，无法直接测量，通过目测估计这三根栈道截面比原来的栈道孔要小，大约在18（高）×20（宽）厘米，外挑的长度在2.4米。由于其截面比大佛身侧的栈道孔要小得多，所以，在栈道梁边缘都是采取了木楔加塞的方法来加固木梁。

首先我们看木梁的截面，其宽度是20厘米，高度是18厘米，很明显是一个横宽的截面。但是按照一般的力学理论，无论是什么样受力的梁（简支梁、悬臂梁），无论是什么样的材质，其最佳的受力截面都是矩形截面，高度要大于宽度，这个是一个比较普遍的常识，而长期在施工一线进行实际操作的工匠就更懂得这个道理，但为什么在这里会使用这样截面的栈道梁呢？

图3-16　98窟摩崖遗留的木构架

从受力情况来讲，这个梁属于是悬臂梁状态，18厘米的高度是无法满足98窟构架的受力，我们仅以常识推断，在这样截面的梁上分布两个人重量的荷载（150公斤），就会产生很大的端头下沉现象，而在实际的施工中，分布在梁上的荷载是远远大于这个数值。即使胆大心细的熟练工匠也不能确保安全。

在目前遗留的构架中，我们可以看到在三根外挑的木梁之间，端头位置各树立着圆形立柱支撑着木梁外端，柱的直径约为20厘米。这是利用立柱作为支撑来传递自上而下的荷载，因为木材顺纹抗拉和抗压强度最高，木工中“立木顶千斤”之说，很好地表达了木材顺纹抗压较强的特点。这两根立柱不但是简单地将上端的荷载传递下来，更重要的是这种做法将原来处于外挑状态的悬臂梁在端头部分有了一个支点，形成了另外一种受力状态——简支梁。这样的梁有两个力学支点，从受力状态上看，更加稳定，可以在梁截面不变的情况下承载更大的重量。

我们现在可以知道在宋代维修大佛时，工匠们使用了带支撑的栈道形式（简支梁），并不仅仅是我们现在看到的遗留带支撑的栈道形式，而是由于目前遗留栈道桩孔之间的距离太过宽大，一般栈道所采用的悬臂梁的形式无法满足大佛施工的基本要求，所以就只能采用简支梁的形式，在这一点上，无论是最初开凿大佛的工匠和后期维修的工匠都无法突破古代技术工程的局限，在基本结构上采取简支梁的形式应该就是当时技术条件下的唯一选择（图3-17）。

对于大佛两侧菩萨而言，2.85米的栈道梁间距采用简支梁的结构形式是可以满足菩萨造像施工的基本需求，这些简支梁从最上方的栈道开始，逐步向下传递，最后传递到最下方工作面上的栈道梁上，在受到荷载的情况下，各层栈道梁共同受力，再加上横向的栈道板，这样就形成了一个完整稳定的构架系统。而大佛的宽度比菩萨大得多，在实际的施工过程中，还可以采用辅助性的支撑结构。(www.xing528.com)

图3-17　98窟纵向构架示意图

按照这样的构架，工匠们就可以搭建一个遮盖着98窟大佛范围的完整的构架系统，工匠们可以从各个操作层面对大佛进行岩石雕凿、泥塑制作、色彩描绘等工作，为了便于施工和上下之间的沟通，在各个水平层之间，肯定有用于上下交通的简易梯道。这个构架系统纵向（垂直方向）由四道主要的栈道构成，纵向的栈道孔都是在一条垂直线上，在栈道梁的外侧端头有立柱，将上部的荷载逐层传递到下层，这样即使在具体的施工中，其中某一层的荷载有一定程度的偏大，受力情况也是多层共同承担，完全可以满足大佛施工需要。

位于中间位置的大佛横向跨度过大，净宽度为3.80米（大佛两侧桩孔之间的净距离），在栈道梁外侧有支撑点的情况下，虽然在承载力以及安全性等方面可以得到保障，但是因跨度过大，架设的工作平台必然出现不稳定的现象，所以有必要在这个跨度之间增加支撑点。从东侧菩萨石胎部分可以看到很多的桩孔，同样的道理，在施工前期，工匠们是完全可以在佛像的石胎位置开凿一些桩孔来布置栈道梁，在修整崖面和开凿石胎、甚至是塑泥的前期阶段都可以使用这些栈道孔，所以在前期阶段的施工跨度和我们现在看到的跨度要小很多。而到最后的表面塑泥阶段，这些位于大佛身体位置的栈道就必须拆除。而失去这些中间位置的支撑点，栈道在结构方面就必须调整，工作平台的辅梁或者是木板就要直接架设在大佛两侧的桩梁上，而后期的表面绘彩是一项极为细致的工作，对工作平台的稳定性要求高，产生一般性晃动虽然在安全性、整体稳定性等方面是可以接受，但是对于绘彩这种细致性的工作就会造成一定的影响，还是需要采取措施增强。在这纵向的四道主要的栈道之外，还是需要有一道辅助性质的受力构架，这个位置受力构架和其他四道受力构架不同的是没有栈道梁支撑，完全是依靠在平板上架设立柱，作为大跨度梁架的补充结构，将上层受到的荷载从上至下传递下来。由于大佛中间位置的受力结构是属于辅助性的结构，一些措施在施工结束后也就拆除消失，难以寻觅痕迹。但是根据一般崖面构架的受力要求，在最下位置必须要在崖面上有一个支撑点，否则就无法起到实际性作用，而这个支撑点必须是在大佛中间位置的下方。我们在大佛下方适当范围内观察，在大佛云头之下，有一个小龛，编号为167窟，这个龛最初就应该是一个支撑用途的桩孔，在后期被扩大改凿为一个窟，并塑做小型佛像。

98窟摩崖大佛由于其体量巨大，无论是最初的开凿过程中还是后期的重修活动中，都要耗费很长时间，所以安全性和稳定性必须要考虑到。除了上述的一些措施之外，还可能充分利用三角形的结构稳定性，在各构架层之间固定斜向的木杆来作为稳定支撑结构，充分保障整体构架安全性。

在四道主要受力构架中，靠最外两侧的两道在最下端都有支撑点。但在大佛两侧的受力构架中自第三级平台向下、在垂直位置却没有找到适应的桩孔，令人困惑。但是在大略垂直位置，我们却看到了两个小龛，分别是137和185，这两个龛在大佛云头左右基本处于对称的位置，更为重要的是这两个小龛在垂直关系上是和大佛两侧的桩孔对应。依据这个关系，我们可以判断，在最初开凿大佛时，这两个小龛的位置应该是两个桩孔，是大佛构架系统的一部分，是靠下侧的支撑点，在后期修建中被利用，开凿成了两个小龛。其距离大佛小臂处桩孔的距离约为370厘米，这个距离和上面两层的2.5米左右的距离相比是差距比较大的，但是在这两者之间还有三层栈道，所以不会存在距离过大而影响施工操作的问题。

除了摩崖造像周边的构架桩孔之外，在下侧还有167、137、185等位置存在着辅助支撑点（图3-18、19），这些辅助支撑点和上面的构架共同受力，是完整构架不可分割的部分。自这三个小龛向下，则是第一级的施工平台，可以找到和小龛对应的桩孔，分别是在88、89窟的位置，这两个位置可以作为辅助支撑点，使大佛的构架更加稳固。

图3-18　98窟摩崖下端的三个辅助支撑点.

图3-19　大佛下侧的三个小龛

这些以覆盖大佛的大型构架工程，在施工过程中也是一个引人注目的景观。佛像全部被遮蔽，形如一个大型的柴山。五代时期王仁裕在其文章中写道：“自平地积薪，至于岩巅，从上镌凿其龛室佛像，功毕，旋拆薪而下，然后架梯而上”。这种说法显然是作为文学家的王仁裕从当地乡民口中简单听说的，或许对工程技术之类的描述没有实际性理解透彻，所以在描写文字时就添加了一些自己的理解和想象。实际上，覆盖整个摩崖的大型木构架外观就像一个大型的“积薪”，而通向这个“积薪”的栈道也是从平地位置开始的，大型工程待后期完工时，肯定是首先拆除最上方的构架，逐层向下拆除，最后大佛的面貌完全露出。所以王仁裕的这些描述其实就是在一定事实依据的前提下，添加了一些想象。再者，王仁裕在写这段话的时候，距离他到麦积山游览已经是三十九年之后了，一些记忆模糊，所以在文字写作时也会有一些偏差。