1 古树名木支撑和加固的原因分析
1.1 树体空腐及劈裂
生长于风口处的古树树冠较大，树体易出现腐朽或较大空洞情况，若遇到强风、暴雨等极端天气，易发生树体倾倒或枝杈折断。古树主干及枝杈若存在劈裂，遭遇极端天气时树体的抗风险能力减弱，极易发生枝杈折断或树冠折损。为防止树体空腐造成的古树倾倒、树杈折断，故宫引入应力波二维成像技术对古树树干空腐状况进行检测，当空腐率达50%时，应对其采取支撑或加固等保护措施[6]。
1.2 树体倾斜及偏冠
古树树体明显倾斜、偏冠，导致其重心偏移，遇到恶劣天气时易发生倾倒。DB11/T 1113—2014《古树名木健康快速诊断技术规程》[7]将主干倾斜度作为二级指标，当倾斜度>15°时，指标分级最低，为Ⅰ级，须为古树制作支撑，使树体部分受力部位转移到支撑上，以调整古树重心，提高树体的稳固性，降低倾倒风险。
1.3 树体荷载量增加
若古树树冠大、枝杈密集或有较粗壮的下垂枝，遇到强风、暴雨等天气，其荷载量大大增加，枝杈难以承受其重量，易发生枝干劈裂或折断。
1.4 树体根系分布较浅
当古树根系分布较浅时，在夏季多雨时节，若遭遇持续较长时间的降水及暴风，古树周边土壤会在雨水的浸泡下逐渐变得松软，进而可能增加古树发生倾倒的风险。
2 明清宫廷古树支撑和加固保护技术
明清宫廷的古树支撑技术（如杉篙、铁箍等）为现代保护提供了重要基础。随着材料科学与力学研究的进步，故宫古树保护技术已从传统工艺发展为多技术融合的系统性加固体系。下文将详细阐述明清宫廷采用的支撑与加固技术。
明清宫廷古树保护的技术措施包括清末御花园承光门古柏双根“π”型杉篙支撑、堆秀山前古柏多根“T”型杉篙支撑（图1）。时至今日，这两处的杉篙支撑已被更换为坚固的钢管支撑，形成了更为稳固的支撑体系，增强了古柏在面对各种外力作用时的稳定性。支撑和加固是古树保护的一项重要措施，其有利于降低极端天气时古树倾倒及枝杈折断的风险。
3 古树名木的支撑和加固技术
3.1 硬支撑
现代硬支撑技术延续了明清“π”型杉篙支撑的力学原理，但材料升级为镀锌钢管与仿木工艺，提升了耐久性与美观性。古树支撑被称为硬支撑，硬支撑是指用硬质柱体支撑从地面至古树斜体支撑点的方法[10]。依据制作材料，其可分为杉篙支撑、木支撑、钢管支撑和艺术支撑，艺术支撑分为仿古树支撑和仿其他物品支撑[11-12]。故宫古树支撑的材料由明清宫廷的杉篙，历经钢筋混凝土、木质及钢管支撑，已发展为艺术支撑。目前，故宫主要采用的是艺术仿木支撑，其不仅具有防止古树倾倒及枝干折断的功能，更重要的是其外在形态模拟枝干的纹理及颜色，弱化了对空间的分割、减少了对景观的破坏，与故宫古建筑环境及宫廷园林景观相协调，具有较高的观赏性。
3.1.1 艺术仿木支撑的制作流程
杉篙易腐朽，需频繁更换，而艺术仿木支撑工艺坚固耐用，同时与古建筑风貌协调。艺术仿木支撑杆的制作主要材料有直径110 mm（或200 mm）的镀锌钢管、镀锌钢筋、镀锌钢丝网、抗裂砂浆等，其制作流程如下。首先在镀锌钢管表面焊接钢筋并涂刷防锈漆，然后在钢筋外缠绕双层钢丝网并固定，在抗裂砂浆中掺入纤维丝，并用黑色、黄色等色粉调色后，填充到钢丝网上，再对填充材料进行雕刻、拓印木纹等仿真处理，待2～3 d凝固干燥后打磨光滑，最后用清油、松香木、上光蜡等上光追色，干燥后喷木器漆、环氧树脂涂料、乳胶等，以达到抗裂、抗老化、防水及防掉色的目的。
3.1.2 支撑点的位置
支撑点位置决定了古树的支撑效果。树干倾斜严重的古树，支撑点应定位于树干中上部；对于较粗壮的下垂枝或超出树冠较长的枝杈，支撑点应定位于枝杈前端，距离树干长2/3处最佳[5]；对于前端有分叉的长枝杈，可采用双柱“π”型支撑。
3.1.3 支撑头
艺术仿木支撑的顶端是支撑头，其上部是由钢板制作的托板，托板需喷防锈漆再刷色漆，托板与树体接触处需垫有弹性橡胶垫。根据支撑头的形式，硬支撑可分为弹性支撑和固定支撑。吴贻军等[5]研究表明，树木具有一定的自适应性和自我平衡能力，当受到风力或雪灾影响时，枝干原来的平衡被打破，若将其长期固定，树木会将支撑杆作为自身的一部分且依赖其不断向外生长，不利于树木自适应生长，一旦移去固定支撑，树体易失衡，弹性支撑则能避免以上问题。
目前，故宫古树艺术仿木支撑头有弹性撑头和固定撑头两种。根据树体支撑点的位置来确定支撑头的种类，若选择的支撑点在主干或遇到风雪不摆动的较粗壮枝杈上，使用固定撑头；若支撑点在离主干较远的枝杈前端，则使用弹性撑头。汪传友等[13]研究指出，弹性撑头可使古树枝杈在风雪天气有限摆动，达到了既要让古树产生自适应和自增强行为，又确保其在恶劣天气下不会因枝干变形而遭受破坏的目的。故宫“紫禁十八槐”区域的古槐冠大荫浓，枝干空腐严重，下垂枝杈多，其艺术仿木支撑的顶端采用了弹性撑头（图2），当刮风或雪压枝杈时，弹性撑头上下伸缩发挥弹性作用，以适应枝杈的摆动从而避免枝杈折断。进行弹性支撑时应注意支撑杆与地面垂直，以便于弹性撑头的伸缩。
3.1.4 支撑形式
3.1.5 树上支撑
3.2 拉纤加固
3.2.1 软拉纤
3.2.2 硬拉纤
硬拉纤主要用于树冠内主枝杈或粗枝杈之间的保护，常用材料为钢筋或镀锌钢管。其原理是通过钢管或钢筋力的作用，避免粗枝杈因强风、暴雨及暴雪等极端天气荷载加大而折断。在故宫古树保护实践中，一般粗度在15 cm以上的枝杈使用硬拉纤，通常采用直径22 mm的钢筋和直径34 mm的镀锌钢管。钢管坚硬无韧性，在两枝杈间主要起到撑和拉的作用，而钢筋相对较软，在两个枝杈间仅起到拉的作用。在认识钢筋和钢管两种材质特性的基础上，结合被保护枝杈的形态特征确定硬拉纤材料。
依据拉纤在树冠内的排列方式，可将其分为单引式、三角式、辐射式及围箱式4种[14]。在进行故宫古树拉纤保护时，根据古树枝杈存在的安全隐患，适时选择以上4种保护方式。单引式是指用1根钢丝绳或钢筋（钢管）连接2个枝杈的方式，御花园内多株古柏采用单引式钢筋拉纤（图6）。三角式是指用钢丝绳或钢筋（钢管）将相邻的3个主枝杈连接成为一个整体，故宫传心殿外古槐（编号：110101B02038）主干及枝杈劈裂，为避免极端天气对树冠造成损伤，在其冠内大枝杈间制作了3根三角式钢筋拉纤，其通过钢筋之间力的作用相互拉拽而避免枝杈折断（图7）。辐射式是指以1个枝杈或金属环为中心，以钢丝绳向周围辐射连接其他若干枝杈的方式，天一门内人字柏（编号：110101A01898）采用该种方式进行支撑（图8）。围箱式是指将古树的若干大枝杈通过闭合钢丝绳顺序连接起来，使钢丝绳保持在同一水平面上。
3.3 铁箍加固
4 结语
支撑和加固是重要的古树保护技术措施。古树名木作为故宫世界遗产地的有机组成部分，具有不可替代的重要价值。由于古树树龄较大、树体保存状态较差，其发生树体倾倒和枝杈折断的风险高。古树树体空腐及劈裂、倾斜及偏冠、树体荷载量增加、根系分布浅等是进行支撑和加固的原因。古树硬支撑应尽量使用双柱“π”支撑，具有更高的稳固性；根据枝杈上支撑点位置选择支撑头，适时选择弹性撑头以促进古树的自适应生长。拉纤加固可根据冠内需保护枝杈的形态特征选择单引式、三角式、辐射式及围箱式4种形式，并依据枝杈的粗度选择钢丝绳、钢筋或钢管等材料；树干劈裂可采用铁箍加固。由于文化遗产地多为古迹或古建筑，建议使用艺术仿木支撑与古树形态和周围环境相协调，古朴自然，具有更高的观赏性。此外，古树周围空间不足或无法进行地上支撑时可选择树上支撑方式或树冠内钢筋拉纤加固，不仅对树体有加固的功能，亦可减少对周围景观的破坏。古树支撑在一定程度上会影响园林景观，今后还应从力学角度出发，结合实际情况，在支撑结构、拉纤加固方式等方面做进一步研究，为文化遗产地的古树保护提供参考。