去年，巴黎圣母院的那场大火让整个世界为之痛心。现在，研究人员正在利用这一难得的契机，了解这座教堂的内部结构。去年四月，巴黎圣母院的大片结构在一场大火中燃为灰烬，成为了全法国的悲剧。如今，几个月过去了，来自法国国家科学研究中心（CNRS）的科学家开启了一项耗资数百万欧元的研究工作。科学家希望能了解这座已有850年历史的大教堂和它的建筑材料，阐明巴黎圣母院是如何建造出来的。
大火之后，科学家可以史无前例地 “解构”巴黎圣母院，包括其所使用的木材和金属结构以及地基。科学家还希望这项研究可以为巴黎圣母院的重建工作提供指导。
法国波尔多第三大学的哥特式建筑历史学家Yves Gallet说，此次研究或将“书写巴黎圣母院历史上的新篇章，因为目前还有太多未知的灰色区域”。Gallet在此次研究中，负责带领一支30人的队伍。
巴黎圣母院始建于12世纪，被认为是法国哥特式风格的最杰出代表。教堂在中世纪时有过改建，到了19世纪，又在建筑师维欧勒·勒·杜克的指导下，被大面积恢复。法国国家科研中心CEPAM历史文化与环境中心的生物分子考古学家、巴黎圣母院研究项目的负责人之一Martine Regert说，出人意料的是，这座建筑几乎从未被科学家拿来研究过。
Regert还说，围绕巴黎圣母院的许多疑问依然没有得到解答，比如哪部分属于中世纪，维欧勒·勒·杜克是否重复使用过一些较老的材料。
4月15日的那场火灾可能是由电气故障引起的，教堂的屋顶和尖塔在大火中被烧毁，并导致部分拱顶结构坍塌。教堂的墙体依然矗立，整栋建筑也会得到修复。不过，项目最初预计的五年时间可能不够，耗费也将达到数亿欧元。在那之前，巴黎圣母院里堆放的掉落的石块、烧毁的木材和受损的金属结构，都可以拿来研究。目前，巴黎圣母院暂停向游人开放，研究人员或有机会使用雷达成像技术分析教堂的地基——一个尚未被好好研究过的地方。
法国国家科研中心的这个项目分为七个方面：砌体结构、木制结构、金属结构、玻璃、声学、数字数据采集和人类学，将持续六年，一共将有25个实验室的100多位研究人员参与。Gallet的团队负责研究巴黎圣母院的各种石块，确定当初供应这些石块的石场，“重建整个供应网络和当地的经济活动。”研究石块之间所用的砂浆，或可以揭示不同的结构元素——如拱顶、墙体和飞扶壁——都使用了哪些材料。
砂浆使用了由沉积石灰岩制成的石灰，其中含有的化石残留或能揭示它的来源地。Gallet说，深入了解过去的材料，可以帮助在修缮工作中做出相关决策。
此外，团队还将分析烈火炙烤、砌体结构倒塌以及灭火用水，给未烧毁结构造成的影响。去年7月，极端高温席卷巴黎，使原本已经被烧过一次的石块二次“受伤”，酷烈的火烤让砌体结构更加干裂和脆弱，Gallet说道。
为拆除建于十九世纪的尖塔的残余部分，工作人员需要在教堂中殿和耳堂的交叉处搭建脚手架——在此之前，研究人员会通过雷达分析，来确定教堂地基的牢固程度。Gallet团队希望在历史学家的帮助下，他们可以从整体上更加深入地理解哥特式建筑的结构工程，以及巴黎圣母院在哥特式建筑中的地位。
与此同时，一支约50人的多学科团队将重点研究巴黎圣母院著名的木制结构，特别是拱顶上方屋顶里的木“林”，这里的木料不是被烧没了，就是烧黑后堆在教堂的中殿。对于研究人员来说，这些烧焦的残余或许有着无与伦比的价值。团队负责人、法国国家自然历史博物馆的考古学家Alexa Dufraisse说：“烧焦的结构是一个留给考古学家的庞大实验室。
”她的团队成员有考古学家、历史学家、树木年代学家、生物地球化学家、气候学家、木匠、林木工人和木材力学工程师。
Regert说：“木材是一种非常好的信息来源。”初步观察结果已经证实，这片“林”是由橡木组成的。通过进一步的研究，应能确定具体品种，研究人员将能借此了解建造中世纪木质结构的技术和工具。通过年轮测定木梁年份，有望揭示树木被伐的具体年份和位置，填补关于当时施工情况的空白。
Dufraisse 说：“每棵树的组织里，都记录了关于它的生长环境的点点滴滴。” 这类研究“如果不是因为那场大火，我们是永远无法开展的”。Regert说，尤其值得一提的是，这些木头是尘封的气候档案，“对年轮中的氧和碳进行同位素分析，能够确定历史上的温度和降水量”。
巴黎圣母院使用的木材约生长于11世纪至13世纪，当时处于被称为“中世纪气候最佳期”的暖期，可以作为比较自然气候变暖与当今人为气候变暖的参照。Dufraisse说：“人们对这个时期知之甚少，因为当时的树木现在已经很难看到了。”
另一支团队将分析大教堂的金属结构，特别是用于支撑石块和木质件的金属结构。
负责这项研究的巴黎第八大学考古学家Maxime L’Héritier说：“我们想要了解在不同修建和修复阶段，铁的使用情况。”比如金属棒就被用于支撑受到张力作用的砌体结构，中世纪的建筑工人有时会向石制结构中插入铁索，起到加固作用。L’Héritier表示，从来没有人在这么长的时间跨度上——从中世纪一直到19世纪，研究过教堂建筑中铁的使用演变。
他的团队还将研究屋顶里的铅，屋顶的大部分都在火灾中烧毁或是熔化了。研究人员计划建立一个化学品参考数据库，记录铅同位素的比值，以及材料中存在的其他微量元素，“以便理解铅质量和供应的变化”，进而确定那些铅来自什么矿藏。他们还想知道，19世纪的人在修复屋顶时，循环利用了多少铅。这些结果或许还能让研究人员计算出，大火导致多少铅被释放到环境中——这在周围构成了一种潜在的健康风险。
收集并挖掘材料用于分析是很有挑战的。在教堂的中殿、北部耳堂和十字型交叉处，一共有三处主要的废墟堆，此外还有拱顶烧剩部分上方的一些材料。不过，Dillmann说，出于安全考量，这些废墟禁止人员靠近，收集工作全部交给机器人和无人机完成。其中部分材料最终可能复用于修缮。Dillmann说：“第一个挑战是收集所有的木制元素，无论它们的碳化程度如何。
”他说，迄今已经收集并标记了近1000块碎片，但这项工作只是刚刚开始。Dufraisse表示，研究人员想要拿到这些木片，至少还要等上三个月，因为目前来看，这些木头的铅污染太严重。研究人员需要评估火灾的高温，对木头的化学特征造成了多大变化。Dufraisse说：“虽然已经知道会面临技术难题，但我还是很有信心。”
收集和分析工作需要准确且完整地记录下来。
Livio de Luca是法国国家科研中心混合研究单位的一名数字建筑建模专家，他将带领一支团队，专门打造一个“数字化生态系统”，汇总所有研究以及教堂目前和之前的状态信息。这项工作将借用科学家、历史学家、考古学家、工程师和管理者的工作成果，甚至会用到一些以前游客拍下的照片。de Luca说：“有点像给教堂创建一个‘数字孪生体’，可以随研究进展而不断更新。
” 孪生体包括教堂建筑及其各个特征的三维可视化在线模型，类似于用几十亿个数据点构建巴黎圣母院的谷歌地图，教堂的历史和演变将在空间地图上呈现出来。
除了可以增进我们对这一标志性建筑的理解，Regert还希望科学研究能帮助将拱顶再次竖起来。她表示，最终的结果或许“有助于整个社会理解有哪些修缮选择”，她也希望可以帮助防止这种灾难再次发生。