6500年前的超级工程——河姆渡王国的宫殿

唐晓武2020年06月02日约 6 分钟

2001年初，在浙江省余姚市三七市镇相岙村一个名为田螺山的小山头下，因打井而发现了一个埋藏六七千年的一个完整古村落，这就是田螺山遗址。田螺山遗址是浙江省发现和发掘的又一处重要的河姆渡文化遗址。遗址总面积约30000平方米，文化堆积厚度超过3米，分为9个文化层，距今年代约为5500--7000年。该遗址是迄今为止发现的河姆渡文化中地面环境保存最好、地下遗存相对完整的一处史前村落遗址，对于充实和完善河姆渡文化内涵，推进河姆渡文化考古研究的整体局面提供了宝贵契机。它的发现完成了河姆渡文化早期遗址在姚江流域空间分布“由点到面”的历史跨越，对研究河姆渡文化的时空分布格局和社会规模具有突破性的价值。其多层次的干栏式建筑以及埠头、独木桥等遗迹对河姆渡文化聚落研究具有关键的价值。

图1 田螺山遗址地理位置图

木材天性易朽，但田螺山遗址因较低的海拔使得主要的遗址文化堆积层常年处于潜水面以下，保护了木构件与空气隔绝，减缓了构件的氧化程度和速度。这种特殊的地理环境使得遗址发掘过程中出土了大量保存较好的木构件（图2）。

图2 田螺山遗址面貌图

图3 课题组遗址现场考察

图4 孙老师在讲解田螺山遗址各个探方出土文物

在出土的木柱中，最大的木柱边长达到了50cm*50cm（图5）。这在考古发现中是十分罕见的。考虑到当时有限的生产能力，制造尺寸这么大的木柱十分艰难，而在田螺山遗址馆中却在东南角出土了大量的这种木柱，这些大尺寸木柱的构建的建筑形式也一直困扰着考古人员。由于河姆渡遗址中出土的多为细长形且密布的木柱群构成的基础（图6），田螺山遗址作为河姆渡遗址群里较早期的村落遗址代表，出土的多为粗大的木柱且现存的柱坑坑分布较疏远。可以确定，田螺山遗址在某种程度上，其建筑工艺更胜于年代较迟的河姆渡遗址。因而探究该遗址中心建筑的具体制式就成了一个很有必要且有趣的课题。

图5 田螺山遗址出土木柱尺寸图

图6 河姆渡遗址木柱群

图7 田螺山遗址柱坑与木柱（航拍俯视）

据田螺山遗址考古领队孙国平老师介绍，随着进一步的发掘，考古人员从开挖剖面观察到这些大尺寸木柱的下方发生了很大的沉降（图8），通过精确测量发现，木柱底部由于上部荷载作用而击穿柱坑产生的沉降值达到了将近90cm。根据相关的考古文献记载，河姆渡人类为了适应当时潮湿的自然环境发明了“干栏式房屋”（图9），这种建筑形式多以采用“栽桩架板”的方式，即先挖一个柱坑，再将木柱栽入柱坑，最后回填柱坑形成简单的桩基础，因此木柱击穿柱坑的位移距离应该就是木柱在栽入柱坑后由于上部建筑荷载而产生的沉降位移。

图8 田螺山遗址木柱受荷沉降图

图9 河姆渡公园复原干栏式房屋

根据木柱所产生的的沉降，结合土力学知识，根据田螺山地区地层勘察资料，采用摩擦桩模型进行木柱顶部的反算。

图10 计算模型简化图

根据分层总和法，假设木柱下部沉降由瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降三部分组成。代入室内试验所测得的田螺山土样的压缩参数，反算得到木柱顶部所受的建筑荷载约为490kN~550kN。

在得到柱顶荷载之后，通过现场勘测木柱的布置方式发现，这些尺寸较大的方形木柱多集中在遗址现场的东南角，且排列较为整齐，方向朝南且略微偏西，横向间距约5.3m，纵向间距约为6.5m。虽然受发掘面积的限制，建筑单位的形式并不完整，但整体形式可能是南北向伸展，东西两个方向进出，平面呈方形的大型木结构建筑。同时，从木柱的分布趋势和遗址的空间布局分析，发掘区东南方向应该是这组建筑的主体所在，且位置上较为接近遗址的中心区域。将木柱发展趋势和距离位置绘制于遗址现场平面图可得图11。可以认为图中所标识的木柱即是田螺山遗址现场的一个完整木结构建筑的所有桩式基础，上图也即是该建筑的桩基础平面布置图。通过计算得出该建筑的单位面积荷载大约14~16kN/m2，这个荷载值远超了单层住宅的楼面荷载，因此推测该建筑可能是储物结构（如粮仓等）或者为多层的木结构建筑。

图11 木柱平面布置简化图

为了判断该建筑的结构形式，我们采用结构强度对该建筑的梁柱承载能力进行分析：

单层结构校验

倘若该建筑为单层的储物建筑，则整个建筑的荷载均由一层的梁来承担，根据下式

通过计算可得，该结构最长跨度为6.5m的梁所能承受的最大安全荷载约10kN/m，而若该建筑是单层的储物结构，计算可知梁所受荷载约为22~25kN/m，这远远超出了木梁的承受范围，结果表明如果该建筑是单层结构，木梁在承重中势必会断裂，但从遗址现场的开挖中发现，木梁并未发生明显受力断裂的痕迹。因此我们推测该建筑应该是一个多层木结构建筑。

双层结构校验

倘若该建筑是一个多层的木结构建筑，根据木结构建筑荷载取值的建议，该结构由于木材自重产生的荷载值可根据木材的容重和每平米结构中包含的木材量来进行估算。通过以下公式计算和控制：

分别对梁的正应力、切应力和挠度进行验算，发现此时荷载均能满足梁的材料性能。所以，该木结构在满足材料使用强度的前提下应该是一个多层结构。然后根据计算屋顶荷载，进行房屋层数的判断。在河姆渡时期，人们修筑房屋屋顶采用树枝加茅草并混合泥土的方式，这种混合材料的容重约1600kg/m3，假设屋顶厚度15cm，计算得到屋顶的荷载约为2.8kN/m2，此时该结构为一个二层木结构建筑，且结构的总荷载约14.8kN/m2，与计算所得的房屋荷载较为接近。

综上计算和分析，我们可以认为田螺山遗址发现的该木结构复原后应该是一个两层的干栏式建筑（图12），结合当时人类的居住环境和社会形态，在整个遗址中心区域建有这样一个大型的多层结构很可能是一个代表神权的祭祀性场所。这为考古工作者接下来深入研究河姆渡人类的建筑模式和社会形态提供了帮助。