Rekonstruktion des frühesten bekannten Kompositwerks

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 8163 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Ursprünge von Verbundziegeln, einer der ältesten Formen der Dacheindeckung, sind noch unklar. Diese Studie basiert auf einer Reihe von über 5000 Tonziegelfragmenten, die aus einem einzigen Kontext in der Qiaocun-Stätte auf dem chinesischen Lössplateau ausgegraben wurden und auf ca. 2400–2200 v. Chr. (frühe Longshan-Zeit) datiert werden. Durch die Kombination von morphologischen Messstatistiken, 3D-Modellierung, computergestützten Simulationen und Verweisen auf historische und archäologische Aufzeichnungen rekonstruieren wir die frühesten bekannten Verbundziegel-Dachdeckungstechniken und zeigen, dass die Ziegelproduktion einem niedrigen Standardisierungsgrad unterlag, wobei die manuelle Steuerung eine Rolle spielte Schlüsselagent während des Dacheindeckungsprozesses. Die quantitative Untersuchung der Verbunddachziegel aus Qiaocun wurde anschließend in ihren archäologischen Kontext gestellt und mit anderen Fundstellen auf dem Lössplateau verglichen. Es wurde festgestellt, dass es sich bei Gebäuden mit Ziegeldach zwangsläufig um Gemeinschaftsprojekte handelte. Solche Strukturen dienten als Knotenpunkte in größeren sozialen Kommunikationsnetzwerken; Darüber hinaus war ihr Auftreten mit der zunehmenden sozialen Komplexität der öffentlichen Angelegenheiten während der Longshan-Zeit verbunden. Die Erfindung der Tonziegel war mit der Entstehung dicker Stampflehmwände verbunden, die über eine ausreichende Festigkeit verfügten, um als tragende Konstruktion für schwere Ziegeldächer zu dienen. Die am Standort Qiaocun ausgegrabenen Dachziegel weisen darauf hin, dass das Lössplateau ein wichtiges Zentrum für die Entstehung und Verbreitung von Verbundziegeln und verwandten Dach- und Baumethoden war, was auf eine Longshan-West-Zhou-Tradition der Dachtechnik in Ostasien schließen lässt.

Dachziegel stellen eine zentrale architektonische Innovation der Menschheit dar. Heutzutage werden weltweit häufig Fliesen aus Keramik, Stein, Beton oder anderen Materialien verwendet1. Die Erfindung und Einführung von Ziegeldächern ist von Bedeutung, da sie die langfristige Haltbarkeit, Wasserdichtigkeit, Windbeständigkeit und Wartungskosten von Dächern erheblich verbessert haben2. Dies hatte weitreichende koevolutionäre Auswirkungen auf andere Veränderungen in den Materialien, der Form und der Struktur menschlicher Behausungen und anderer Gebäude (z. B. die weit verbreitete Verwendung von Ziegeln und tragenden Strukturen3). Durch die Beschäftigung mit den Ursprüngen von Dachziegeln und den damit verbundenen Bautechniken können wichtige Einblicke in die Architektur- und Sozialgeschichte gewonnen werden.

Allerdings ist die Herkunft von Fliesen, insbesondere Verbundfliesen, die aus Deck- und Pfannenfliesen bestehen, zur Schaffung einer „Drauf-und-Unter“-Konstruktion noch nicht zufriedenstellend geklärt. Die Einzelheiten der frühesten Ziegeldachtechniken und die damit verbundenen Veränderungen in der Architektur sind noch unklar. Ebenso muss der soziale Hintergrund untersucht werden, der zum Übergang zu Ziegeldächern führte. Ist die Verbundfliesentechnologie schließlich an mehreren Standorten entstanden oder hat sie sich von einem einzigen Ort oder einer einzelnen Region aus verbreitet? Die bisherige Forschung wurde durch die in der Regel fragmentarische Beschaffenheit von Dächern und damit Dachziegeln innerhalb der archäologischen Aufzeichnungen eingeschränkt. Darüber hinaus wurde in der bisherigen Forschung die gesellschaftliche Bedeutung des Verbundplattensystems nicht untersucht. Aufgrund der begrenzten verfügbaren Beweise gingen frühere Wissenschaftler davon aus, dass die frühesten Fliesen aus Keramik bestanden (am häufigsten aus gebranntem Ton, in der Literatur als „Terrakotta“ bezeichnet) und erstmals im späten dritten Jahrtausend v. Chr. verwendet wurden. In West-Eurasien sind solche Fliesen meist geradlinig und weisen keine ineinandergreifenden Merkmale auf. Sie wurden für die Dächer sogenannter „Korridorhäuser“ in Siedlungen auf dem griechischen Festland (ca. 2650–2200 v. Chr.)4,5,6 verwendet. In Ost-Eurasien wurden Tonziegel aus einer ähnlichen Zeit (Longshan-Zeit, ca. 2400–1800 v. Chr.) an mindestens sechs Standorten auf dem Löss-Plateau in China gefunden (SI-Anhang, S5). Solche Fliesen scheinen ausschließlich für größere Gebäudekomplexe verwendet worden zu sein7,8. Es ist bemerkenswert, dass die ineinandergreifenden Komponenten, die im Verbundkachelsystem in Ost-Eurasien gefunden wurden, erst in weiteren tausend Jahren in westeurasischen Kontexten vorkommen9 (Abb. 1A, SI-Anhang, Tabelle S4).

Karten der Stätten mit frühen Kacheln und anderen entsprechenden archäologischen Funden. (A) Karte der Standorte mit frühen Häusern mit Ziegeldach (SI-Anhang, Tabelle S4); (B) Region des chinesischen Lössplateaus mit Standorten mit Tonziegeln, Rohren und Stampflehm; (C) Karte der Qiaocun-Stätte mit gekachelten Häusern.

Diese archäologischen Funde legen nahe, dass die frühesten Dachziegel sowohl in Ost- als auch West-Eurasien unterschiedlichen, aber annähernd zeitgleichen technischen Traditionen angehören könnten. In beiden Fällen wurden ungewöhnliche Gebäude im Kontext sich entwickelnder, komplexer lokaler Gesellschaften mit solchen Dächern ausgestattet. In China beispielsweise befinden sich Gebäude mit Ziegeldächern im Zentrum großer Siedlungen, die auch Zeugnisse verschiedener handwerklicher Produktionsaktivitäten und des Fernhandels enthalten (z. B. die Stätte Shimao, die Steinkonstruktionen enthält und in der exotische Jadeobjekte aufbewahrt werden). und Knochenwerkzeuge wurden geborgen, zusätzlich zur Bronzeproduktion10). Verbundziegeldächer scheinen ein wichtiger Indikator für die zunehmende Betonung standardisierter Baumethoden zu sein, da die Installation eines Ziegeldachs erfordert, dass Hunderte von Elementen korrekt überlappen und genau passen, um sicherzustellen, dass das Dach stabil und wasserdicht ist.

In einer aktuellen Studie haben Song et al. präsentierte einen umfassenden Überblick über die Dachziegel des Löss-Plateaus in der Longshan-Zeit, der zwar wichtige Erkenntnisse über frühe Tonziegel in China liefert, jedoch hauptsächlich auf Sammlungen von Dachziegeln aus archäologischen Felduntersuchungen basiert. Die vorgelegten Schlussfolgerungen beinhalten daher mehrere Annahmen über Dacheindeckungsmethoden mit Verbundziegeln8. Allerdings haben wir immer noch wenig Vorstellung davon, wie hoch die Standardisierung der Tonziegelproduktion ist und wie die ersten Verbundziegel in großen Mengen und mit schweren Lasten hergestellt, transportiert und schließlich für den Dachbau eingesetzt wurden. Dieses begrenzte Verständnis ist vor allem darauf zurückzuführen, dass (a) Ziegelproben aus einer einzelnen archäologischen Stätte oft klein sind und die meisten Dachziegel aus Felduntersuchungen ohne eindeutigen archäologischen Kontext stammen, (b) Dächer oft schnell einstürzten, nachdem das Gebäude aufgegeben wurde, und dies bei Dachziegeln der Fall ist selten in situ gefunden, und (c) frühere Arbeiten an erhaltenen Fliesen waren hauptsächlich beschreibend. Die kürzliche Entdeckung einer großen Anzahl und Vielfalt von Tonfliesen in einem einzigen Kontext bei Ausgrabungen am Standort Qiaocun, der sich seitdem als einer der frühesten Fundorte erwiesen hat, an denen eine große Anzahl von Ziegeln geborgen wurde, bietet Gelegenheit zur Untersuchung frühe Ziegelproduktion und Dacheindeckungsmethoden im Detail. Obwohl es sich bei den meisten Qiaocun-Ziegeln ebenfalls um Fragmente handelt, hat eine Kombination aus 3D-Modellierung und Computersimulation die Rekonstruktion der Ziegel und des Daches, das sie bildeten, ermöglicht. Darüber hinaus haben die sorgfältige Betrachtung historischer Dokumente und eine Neubewertung archäologischer Beweise aus späteren Perioden eine ausführliche Rekonstruktion der Techniken zur Dacheindeckung mit Verbundziegeln und ihrer sozialen/ökologischen Beweggründe ermöglicht. In dieser Arbeit wird festgestellt, dass diese aus der Fundstelle Qiaocun auf dem Lössplateau ausgegrabenen Dachziegel aus der frühen Longshan-Zeit (ca. 2400–2200 v. Chr.) die bislang frühesten Verbundziegel der Welt sind (SI-Anhang, Tabelle S1).

Der Standort Qiaocun liegt am Rande des Lössplateaus am Quellgebiet der Nebenflüsse Heihe und Daxihe des Gelben Flusses (Abb. 1B, C). Archäologische Untersuchungen und Ausgrabungen, die von 2018 bis 2021 vom Gansu Provincial Institute of Cultural Heritage & Archaeology und der School of Archaeology & Museology der Universität Peking durchgeführt wurden, ergaben, dass die Stätte eine Fläche von ca. 103 Hektar umfasst und damit die größte bekannte Longshan-Siedlung in China ist die örtlichen Flusstäler im Umkreis von 2373 km211. AMS-Radiokarbondaten weisen auf menschliche Aktivitäten vor Ort zwischen etwa 2400 und 1900 v. Chr. hin. Dieser Datumsbereich deckt die gesamte Longshan-Zeit ab (SI-Anhang, Abb. S1, Tabelle S1). Die meisten Siedlungen in dieser Zeit scheinen Höhlenwohnungen gewesen zu sein, von denen eine große Anzahl entlang der Lössberge entdeckt wurde. Bisher wurden Fliesen nur auf der Oberseite des Lössplateaus gefunden12,13 (Abb. 1C, 7D).

Die Fliesen befanden sich neben den zeitgenössischen Bauten am Standort. Der Großteil der von der Stätte geborgenen Fliesen wurde in einem sekundären Kontext, einem großen Graben G2, abgelagert gefunden (SI-Anhang, Abb. S2). Die umfangreiche und komplexe Nutzung des Geländes in der mittleren und späten Longshan-Zeit bedeutet, dass die wenigen frühen Longshan-Strukturen, die identifiziert werden können, durch spätere Aktivitäten beschädigt wurden13. Ausgrabungen in Lushanmao, einer weiteren Longshan-Stätte auf dem Löss-Plateau, deuten darauf hin, dass Häuser mit dicken Stampflehmwänden die vorherrschende Bauart auf dem Löss-Plateau waren7. Die offensichtlich absichtliche Zerstörung von Gebäuden mit Ziegeldach am Standort Qiaocin in einer einzigen kurzen Episode wurde durch Ausgrabungen bestätigt, die zeigten, dass die datierten Schichten innerhalb des Grabens auf etwa 2400–2200 v. Chr. (Frühes Longshan) konzentriert waren und zur frühesten Phase von gehörten der Website (SI-Anhang, S1, Abb. S1, Tabelle S1). Daher gehen wir davon aus, dass die aus dem Graben ausgegrabenen Fliesen sehr wahrscheinlich von einem oder mehreren zeitgleichen frühen Bauwerken von großer Größe stammen.

Die im Qiaocun ausgegrabenen Fliesen bestehen aus rotem gebranntem Ton mit feinen Einschlüssen, die in zwei Grundtypen unterteilt werden können: Deckfliesen und Pfannenfliesen. Deckziegel sind halbzylindrisch mit unterschiedlich geformten Enden: Ein Ende ist schmaler in der Breite und niedriger in der Höhe und oft mit einem Tonnagel versehen (im Folgenden als „kleineres Ende“ bezeichnet), und das andere Ende wird als „größeres Ende“ bezeichnet " (Abb. 2A). Pfannenfliesen sind ungefähr trapezförmig, mit erhöhten Seitenwänden und einer Unterscheidung zwischen den kleineren und größeren Enden. Im Gegensatz zu den einheitlichen Formen von Dachziegeln gibt es bei Pfannenziegeln drei verschiedene Untertypen (Abb. 2B): Typ A ohne Nagel oder Einschnitt am Ende, solche Ziegel haben eine leicht konvexe Rückseite, Typ B mit zwei Einschnitten und einem Nagel an der Stirnseite am kleineren Ende (diese kommen im Vergleich zu Typ a relativ selten vor) und Typ c gibt es bei diesem Fliesentyp eine größere Einheitlichkeit; diese Fliesen zeichnen sich durch ihre flache Rückseite und gerade Seitenwände mit Löchern aus (Abb. 2C). .

Beispiele für Tonfliesen aus Qiaocun: (A) Deckfliesen; (B) Pfannenfliesen (2020C420 weist einen Endeinschnitt auf); (C) Flachpfannenfliesen.

Das Pan-and-Cover-Fliesensystem wird im gesamten vordynastischen und kaiserlichen China weiterhin verwendet. Das Yingzao Fashi, ein chinesisches Bauhandbuch (1103 n. Chr.), beschreibt die Verfahren für die Installation von Verbundziegeldächern. In ähnlicher Weise ermöglicht ein Vergleich mit Kacheln, die am Standort Hetaoyuan gefunden wurden, einem königlichen buddhistischen Tempel aus der Bei Qi-Dynastie (553–577 n. Chr.)14,15, eine Rekonstruktion der Funktion jedes Kacheltyps (SI-Anhang, S2, Abb . S3). Obwohl dieser historische Text und die Hetaoyuan-Stätte mehrere tausend Jahre von den neolithischen Qiaocun-Ziegeln entfernt sind, ist es offensichtlich, dass einige Regeln und Prinzipien für den Bau von Verbundziegeldächern über diesen Zeitraum hinweg gleich geblieben sind. Die Gründe dafür sind folgende: (a) Form, Stil und Verhältnisse von Dach- und Pfannenfliesen sind deutlich ähnlich, was darauf hindeutet, dass sich die Installationstechniken in der Zwischenzeit nicht wesentlich geändert haben (Tabelle 1); (b) Pfannenfliesen in Qiaocun waren im Durchschnitt doppelt so breit wie die durchschnittliche Breite der Deckfliesen (21,93 cm gegenüber 11,50 cm). Dies stimmt weitgehend mit den im Yingzao Fashi beschriebenen Abmessungen und den am Standort Hetaoyuan entdeckten Fliesen überein.

Die Verhältnisse der verschiedenen Dachziegelarten sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis, wie ein bestimmtes Dach konstruiert wurde. Die meisten Dachziegeltypen werden auf der Dachoberfläche verwendet, einige wenige werden an bestimmten Stellen angebracht, beispielsweise an der Traufe oder am First. In Qiaocun sind Dachfliesen und Pfannenfliesen mit einem Anteil von 33,7 % bzw. 53,2 % am häufigsten anzutreffen. Im Gegensatz dazu beträgt der Anteil der Flachpfannenziegel nur 13,1 % (Tabelle 1). Ein ähnliches Verhältnis wurde am Standort Hetaoyuan beobachtet, was auf ähnliche Dachtechniken schließen lässt.

Obwohl am Standort Hetaoyuan bestimmte Dachziegel für Dachfirste geborgen wurden14, wurden in Qiaocun keine derartigen Ziegel geborgen. Die glatte und flache Morphologie von Flachpfannenfliesen scheint besser für die Verlegung auf einer ebenen Fläche geeignet zu sein, beispielsweise auf dicken Stampflehmwänden. Spuren von Ziegeldächern wurden bei der Ausgrabung von Stampflehmhäusern in Lushanmao beobachtet, einem weiteren ähnlichen, wenn auch etwas späteren Longshan-Standort (ca. 2300–2100 v. Chr.) auf dem nördlichen Lössplateau, etwa 250 km von Qiaocun entfernt (Abb. 1B)7. Darüber hinaus zeigt ein aus dem Lössplateau geborgenes hausförmiges Tongefäß aus Longshan Gebäude mit Giebelwänden und Satteldächern (SI-Anhang, S3, Abb. S4). Daher schlagen wir vor, dass die Flachpfannenziegel von Qiaocun an den Oberseiten von Giebelwänden aus Stampflehm befestigt und dann mit der Abdeckung und anderen Arten von Pfannenziegeln verbunden werden sollten, die das Dach ordnungsgemäß bildeten.

Pfannenziegel mit Einschnitten an den Enden bildeten die oberste Dachreihe, wobei die Einschnitte und Nägel nach oben zum First gerichtet waren. Die Form dieses Ziegels würde dazu beitragen, die Ziegel auf dem Dachfirst zu verankern. Das bedeutet, dass die Anzahl dieser Ziegel gleich der Anzahl der Pfannenziegelsäulen auf einem bestimmten Dach ist. Der Anteil der Dachziegel, die aus der historischen Periode am Standort Hetaoyuan geborgen wurden, schwankt zwischen 8,3 und 33,5 %. Dies ist auf die unterschiedlichen Größen der Dächer und Ziegel am Standort zurückzuführen15. In Qiaocun machen Pfannenziegel mit Endeinschnitt mehr als 19,46 % (SI-Anhang, Tabelle S2A,B) der verwendeten Ziegel aus, und da es in Qiaocun keine speziellen Firstziegel gibt, argumentieren wir, dass dies zusätzlich zur Abdichtung der Lücken zwischen den Reihen der Fall ist Neben Pfannenziegeln wurden Deckziegel auch als Firstziegel verwendet.

Basierend auf diesen Schlussfolgerungen versuchen wir, eine vollständige Sanierung des Ziegeldachs durch 3D-Modellierung unter Verwendung der wahrscheinlichsten Kombination von Pfannen- und Deckziegeln (20 Zeilen und 50 Spalten, siehe „Materialien und Methoden“) zu rekonstruieren (Abb. 3).

Restaurierung der Qiaocun-Verbundfliesen und der Ziegeldachmethode.

Die Breite, Höhe und Dicke jedes Fliesenfragments wurde gemessen und als ungefähr normalverteilt befunden (Datensatz S1, Abb. 4). Dies deutet darauf hin, dass die aus Qiaocun geborgenen Dachziegel von Hand ohne Formen oder ähnliche Werkzeuge hergestellt wurden (SI-Anhang, S4). Der Variationskoeffizient (im Folgenden CV) ist eine zusammenfassende Statistik, die zur Berechnung der relativen Standardisierung in Artefaktdimensionen verwendet wird (siehe16,17,18,19), die durch die von der Crown-Methode vorgeschlagene Methode (im Folgenden CV*)18 und andere20 weiter korrigiert werden kann. 21 für das Studium der vergangenen Töpferproduktion. CV*-Werte von ~ 10 bis ~ 14 % weisen auf eine spezialisierte gegenüber einer generalistischen Produktion hin. Costin16,22 zeigt jedoch die Notwendigkeit, die Nachfrage, Funktion und den Kontext der handwerklichen Produktion zu dokumentieren, bevor man davon ausgeht, dass die Beziehung zwischen Standardisierung und Spezialisierung klar ist. Qiaocun-Fliesen aller Art hatten CV*-Werte von > 14 %, der CV*-Wert der Fliesenbreite beträgt jedoch ~ 14 %, was darauf hindeutet, dass über die Breite ein höheres Maß an manueller Kontrolle ausgeübt wurde als über die Höhe oder Dicke. Im Gegensatz dazu wiesen Fliesen aus der Fundstelle Hetaoyuan14,15, wo Pfannen- und Abdeckfliesen ähnlicher Form und Größe gefunden wurden, viel kleinere CV*-Werte < 10 % auf, was auf einen erhöhten Grad der Standardisierung in der Fliesenproduktion in den dazwischenliegenden ca. 2000 Jahren hinweist Chinesische Geschichte (SI-Anhang, Tabelle S3).

Maße der Abdeck- und Wannenfliesen. Alle Verteilungen sind gemäß dem Shapiro-Wilk-Test normal und haben ein Signifikanzniveau von 0,05.

Damit ein Dach funktionsfähig ist, müssen Ziegel unterschiedlicher Form und Größe nach Grundregeln aufeinander abgestimmt werden. Dies bedeutet, dass die vertikalen Verbindungen zwischen Pfannen- oder Deckplattenfliesen und die horizontalen Verbindungen zwischen Deckplattenfliesen übereinstimmen müssen (siehe Einzelheiten im SI-Anhang, S2, Abb. S9). Basierend auf diesen Regeln wurden wiederholte Stichproben von Ziegeln aus der Normalverteilung der morphologischen Variablen jedes Ziegeltyps verwendet, um mithilfe von drei Simulationsmodellen (zufällig, gruppiert und manuell gesteuert, siehe „Materialien und Methoden“) ein Dach zu konstruieren. Mit diesen Modellen sollte die Durchführbarkeit des Dacheindeckungsprozesses und der Umfang der erforderlichen Eingriffe seitens der Dachdecker angesichts der beobachtbaren Unterschiede in den Ziegelabmessungen bewertet werden.

Beim Ausführen des zufälligen Ziegelauswahlmodells scheiterte der Entwurf in 18 von 100 Simulationen vollständig, wenn RC (Reservekoeffizient, bezieht sich auf die Zeiten für die Anzahl der für die Dacheindeckung benötigten Ziegel) auf 1,5 gesetzt wurde, was durch die fehlgeschlagene Ziegelinstallation als angezeigt wird der letzte Schritt des Dacheindeckungsprozesses (Abb. 5A). Bei erfolglosen Simulationen trat der Fehler meist in der zweiten Hälfte des Prozesses auf (Abb. 5E). Selbst wenn die Simulationen erfolgreich waren, waren die Austauschhäufigkeiten für jeden Standort oft noch zu hoch, um akzeptabel zu sein. In allen erfolgreichen Simulationen wurden zwei Prozent der Standorte mehr als 50 Mal ausgetauscht, um eine geeignete Deckplatte zu finden (Abb. 5A). Gleichzeitig wurden über 4 % der Dachziegel ausgewählt und dann mehr als 50 Mal für die Installation auf dem Dach abgelehnt (Abb. 5B). Dies deutet darauf hin, dass die Varianz in der Ziegelform zu groß ist, als dass ein Zufallsmodell willkürlich den Bau eines tragfähigen Ziegeldachs ermöglichen könnte. Bei der Untersuchung der Morphologie der Fliesen, die von der Simulation wiederholt abgelehnt wurden, stellten wir fest, dass es sich bei diesen Fliesen im Allgemeinen entweder um Pfannenfliesen mit zu schmalen größeren Enden oder um Deckfliesen mit zu breiten kleineren Enden handelte (Abb. 5C, D). Diese Abweichung führte dazu, dass die Kacheln nicht richtig mit den nächsten Kacheln in der Reihenfolge verbunden werden konnten.

Statistiken basierend auf dem Zufallsmodell. (A) Häufigkeit für die Anzahl der Ersetzungen für jeden Standort auf dem Dach; (B) Häufigkeit für die Anzahl der Ersetzungen für jede Kachel im Probenpool; (C) Diagramm der Deckplatten nach Größe im Probenahmebecken mit der Anzahl der Ersetzungen; (D) Diagramm der Pfannenfliesen nach Größe im Probenahmebecken mit der Anzahl der Ersetzungen; (E) Heatmap für die Ausfallhäufigkeit basierend auf 100 Zufallssimulationen auf dem Dach (20 Zeilen und 49 Spalten für Dachziegel).

Nachdem wir festgestellt hatten, dass ein Zufallsmodell für die Kachelauswahl unpraktisch war, führten wir eine Simulation mit dem gruppierten Modell durch. Es ist offensichtlich, dass die Gesamtzahl der Kacheln im Probenpool einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse hat. Wenn RC größer als 1,2 ist, liegt die Erfolgsquote des gesamten Projekts bei über 75 % und steigt auf über 90 %, wenn RC 1,3 beträgt. Mit steigenden RC-Werten nahm auch die Häufigkeit des Fliesenaustauschs ab (Abb. 6A, B). Trotz dieser Verbesserung kann das gruppierte Modell die Dachprobleme jedoch nicht vollständig lösen. Selbst bei einer Erfolgsquote der Simulationen von 90 % (RC > = 1,3) gibt es immer noch eine große Anzahl von Stellen auf dem Dach, an denen mehr als 50 Dachziegel vorhanden sind (5–7 % oder 49–69 Positionen im Durchschnitt für jede Simulation, Abb . 6A) müssen ausprobiert werden, bevor eine passende Kachel gefunden wird, wobei einige extreme Nichtübereinstimmungen der Komponenten manuell angepasst werden müssen.

Ergebnisse der gruppierten und manuell gesteuerten Modelle. (A) Schlachtschiff-Plot des gruppierten Modells für die maximale Anzahl von Deckziegel-Austauschen auf dem Dach; (B) Erfolgsquote basierend auf 100 Simulationen im gruppierten Modell nach RC-Werten von 1,0 bis 1,5; (C) Erfolgsquote basierend auf 100 Simulationen in einem manuell gesteuerten Modell mit MCC-Werten von 0 bis 20 und RC-Werten von 1,1 bis 1,5.

Ein weiteres manuell gesteuertes Modell wurde ausgeführt. Dieses Modell führte einen neuen Parameter ein, MCC (Maximum Coefficient of Change, der sich auf die zulässige maximale Anzahl von Änderungen für eine Position auf dem Dach bezieht), um der minimalen Änderung von Ziegeln Vorrang einzuräumen. Das Bemerkenswerte an den Ergebnissen dieses Modells ist, dass die RC-Werte in der Simulation immer noch eine Rolle spielen und dass eine Reserve in Höhe des 1,2-fachen der Ziegel für den Dacherfolg unerlässlich ist. Wenn die RC-Werte größer als 1,4 waren und der MCC-Wert 10 betrug, hatte die Simulation eine relative Erfolgsquote von 70 %. Wenn der MCC-Wert auf 15 erhöht wurde, stieg die Erfolgsquote auf 90 % (Abb. 6C). Das manuell gesteuerte Modell scheint daher am besten den Prozess widerzuspiegeln, der zum Bau von Ziegeldächern in Qiaocun verwendet worden wäre.

Basierend auf dieser Analyse wäre die manuelle Steuerung ein Schlüsselfaktor für den erfolgreichen Bau von Ziegeldächern gewesen, wenn es um einen geringen Standardisierungsgrad ging. Tatsächlich ist diese Methode im Yingzao Fashi (SI-Anhang, S2) aufgezeichnet.

Sowohl die CV*-Werte, die auf Messungen von Ziegelfragmenten basieren, die am Standort Qiaocun geborgen wurden, als auch auf computergestützten Simulationen deuten darauf hin, dass die Tonfliesen wahrscheinlich von Spezialisten hergestellt wurden. Im Vergleich zu vielen anderen Produkten der Longshan-Zeit wie Töpferwaren23,24, Jade25, Steinwerkzeugen26 und Knochenwerkzeugen27, die einen hohen Standardisierungsgrad aufweisen, wurden diese Dachziegel mit einem niedrigen Standardisierungsgrad hergestellt. Dies hätte dann bedeutet, dass während des Dacheindeckungsprozesses häufige manuelle Anpassungen erforderlich gewesen wären. Laut Yingzao Fashi erforderte die Herstellung von Ziegeln und der anschließende Bau von Ziegeldächern einen enormen Arbeitsaufwand (SI-Anhang, S2). Es ist offensichtlich, dass die Produktion eine gemeinschaftliche Aufgabe gewesen sein muss, die über die Haushaltsebene hinausgeht. Es ist daher notwendig, die ökologischen und soziokulturellen Kontexte des Longshan-Löss-Plateaus zu untersuchen, um zu verstehen, wie es zu dieser Zeit in diesem Gebiet zum Bau der Ziegeldächer mit ihren hohen Material- und Arbeitskosten kam.

Erstens sind die meisten Longshan-Strukturen Höhlenwohnungen, die in steile Hänge des Löss-Plateaus gehauen wurden28. Solche Höhlenwohnungen haben nur begrenzte Bedeutung und Sichtbarkeit. Solche Standorte waren als Veranstaltungsorte für den Aufbau wichtiger sozialer Kontakte nicht optimal (Abb. 7B, D). Deshalb wurden auf den Lösshochebenen aufwändige große Gebäudekomplexe mit Ziegeldächern errichtet, um unserer Meinung nach den Zusammenhalt der Bevölkerung zu fördern. Zu diesen Standorten gehören Yingpanliang in Lushanmao7, Xiaoyuliang in Bicun29,30 und der Hochlandteil von Qiaocun12,13. Der Standortwechsel von geschützten Schluchten hin zur Lösshochebene führte jedoch dazu, dass die Bauwerke dem Regen/Hagel stärker ausgesetzt waren (Abb. 7A,C). Dieser Umweltdruck könnte in dieser Zeit zur Erfindung von Tonziegeldächern geführt haben, um die freiliegenden Stampflehmwände der Gebäude zu schützen.

Standorte von Häusern mit Ziegeldach und Wohnhöhlen in Qiaocun. (A) Standorte von Häusern und Wohnhöhlen mit Ziegeldach auf der Karte des Windexpositionsindex; (B) Standorte von Häusern und Wohnhöhlen mit Ziegeldach auf der Karte des Positive Openness Index; (C) Dichtediagramm von Karte A und Karte B mit den Standorten von Häusern und Wohnhöhlen mit Ziegeldach; (D) Skizzenzeichnung der Landschaft der Qiaocun-Stätte mit Höhlenwohnungen und Häusern mit Ziegeldächern.

Der soziale Kontext ergibt sich aus der zunehmenden Vernetzung der Gesellschaften auf dem chinesischen Lössplateau. Die sozialen Übergänge zwischen der Jungsteinzeit und der Bronzezeit in der Longshan-Zeit wurden oft als integraler Bestandteil der Interaktionen zwischen Ost und West in prähistorischen Zeiten angeführt31,32. Frühere Studien zu Jade, Bronzen und anderen Luxusgegenständen deuten auf den Austausch oder Handel von Waren zwischen Standorten hin, was auf eine Verbesserung der sozialen Interaktion zwischen Siedlungen und Regionen hindeutet33,34. Große Zentren auf dem Lössplateau wie Qiaocun sowie Lushanmao (ca. 60 Hektar) und Shimao (mehr als 100 Hektar, ca. 460 km von Qiaocun entfernt, Abb. 1B) waren in ein aktives Netzwerk der sozialen Kommunikation eingebunden.

Bei der Ausgrabung von Huangchengtai in Shimao wurden in den Haufen rund um die ziegelgedeckten Gebäude verschiedene Artefakte freigelegt, darunter Maultrommeln und Nadeln aus Knochen sowie abgeschnittener Abfall. Es wurden auch Steinformen für den Bronzeguss, kleine Bronzen und die oben genannten Jaden gefunden. Dies kann als Beweis für rituelle Zeremonien, Feste, handwerkliche Produktionen vor Ort (Herstellung von Knochennadeln und Bronzeguss) und möglicherweise für den Austausch zwischen den Gemeinschaften gewertet werden34. Wir vermuten, dass die ziegelgedeckten Häuser als Mittelpunkt dieser Gemeinschaftsaktivitäten dienten.

Eine verstärkte Betonung öffentlicher sozialer Angelegenheiten auf dem Longshan-Löss-Plateau ging mit der Einführung von neuem Vieh und Bronze in die Region einher. Die Domestizierung von Rindern und Schafen sowie die Verbreitung der Bronzetechnologie scheinen komplexe soziale Übergänge und die Entwicklung bronzezeitlicher Zivilisationen beschleunigt zu haben, nicht nur im Westen, sondern auch im Osten35,36,37, einschließlich der Region des Gelben Flusses China32. Dachziegel sind nicht die einzigen architektonischen Elemente, die in dieser Zeit auftauchten. Auch Tonrohre (vgl. Laohuzui38, Taosi39, Pingliangtai40,41), die Teil der öffentlichen Entwässerungssysteme waren, wurden ausgegraben. Die Erfindung von Gebäuden mit Ziegeldächern und Rohren hing zweifellos mit den immer komplexeren sozialen/öffentlichen Angelegenheiten in den neuen Siedlungszentren zusammen, die schließlich das Wachstum des Sozialmanagements, der kollektiven Macht und der städtischen Revolution förderten, wie Gordon Childe42 feststellte. Es ist bekannt, dass Dächer aus Verbundziegeln seit den Ahnentempeln des westlichen Zhou kontinuierlich in der öffentlichen Architektur verwendet wurden43,44,45,46. Eine Tradition, die mittlerweile auf Qiaocun zurückgeht.

Basierend auf aktuellen archäologischen Funden sind die aus Qiaocun auf dem Löss-Plateau in China geborgenen Fliesen die frühesten Beispiele für zusammengesetzte Tonfliesen weltweit (SI-Anhang, Abb. S5). Obwohl kürzlich einige frühere „Fliesen“-Überreste, bei denen es sich vermutlich um Deckfliesen handelt, im Matengkong ausgegraben wurden47, sind die zusammengesetzten Tonfliesen aus Qiaocun immer noch die früheste Ansammlung, die sowohl Pfannen- als auch Deckfliesen enthielt (SI-Anhang, S5). Die an Standorten in Longshan ausgegrabenen Dachziegel weisen dieselbe Tradition der Dacheindeckungstechniken mit Verbundziegeln auf, weisen jedoch leichte technologische Unterschiede zwischen den Standorten auf. Beispielsweise sind die Verbundfliesen in Lushanmao (~ 2300–2100 v. Chr., SI-Anhang, S5, Abb. S1) hauptsächlich eine Kombination aus Deck- und Flachpfannenfliesen. Die Deckfliesen sind möglicherweise mit Schlammstreifen entlang der Kanten gefertigt Innovation, die eine bessere Kontrolle über Überlappung und Befestigung ermöglichen soll. Diese Streifen erfüllen die gleiche Funktion wie die Nägel auf Qiaocun-Fliesen. Das Vorhandensein dieser unterschiedlichen Techniken weist darauf hin, dass sich die Fliesentechnologie an diesen beiden Standorten unterschiedlich weiterentwickelt hat (SI-Anhang, Abb. S6). Lied et al. haben aus einer archäologischen Untersuchung eine andere Art von Flachpfannenfliesen in der Stätte Qiaocun veröffentlicht; Diese Fliesen sind speziell mit Einschnitten an den kleineren Enden und flachen Kanälen an den größeren Enden als Zapfen- und Zapfenverbindung gestaltet (SI-Anhang, Abb. S7). Die Breite dieser Flachpfannen lässt sich in zwei Gruppen einteilen (~ 15 cm und 5 cm), unter den über 5000 in G2 ausgegrabenen Fliesenfragmenten wurden jedoch keine derartigen Fliesen gefunden. Angesichts der Tatsache, dass die späteren Longshan-Fliesen am Standort Qiaocun noch vorherrschen, ist es wahrscheinlich, dass diese flachen Fliesen zu einem anderen, fortschrittlicheren Fliesensystem gehören. Zusammenfassend lassen diese Unterschiede darauf schließen, dass es bei den frühesten bekannten Ziegeln des Lössplateaus verschiedene Herstellungs- und Installationsmethoden gibt und die Dachziegel, die wir in Qiaocun ausgegraben haben, wahrscheinlich die früheste bisher ausgegrabene Form sind (SI-Anhang, Abb. S1, Tabelle S1).

Die Erfindung der Tonziegel war mit einer wichtigen Veränderung in der Bautechnik verbunden, nämlich der Einführung dicker Stampflehmwände. Stampflehm taucht als Bautechnik erstmals im spätneolithischen China um ca. 3000 v. Chr. auf (vgl. 48,49), hauptsächlich im oder in der Nähe des Lössplateaus und wurde ursprünglich zur Errichtung von Verteidigungsmauern um Dörfer oder frühe Städte verwendet. Stampflehmwände haben eine weitaus größere Tragfähigkeit als die Flechtwerkkonstruktionen mit Strohdächern, die die Bauwerke frühneolithischer Stätten charakterisieren (SI-Anhang, S6, Abb. S8). Daher kann die Erfindung von zusammengesetzten Tonziegeln und Ziegeldachtechniken, die offenbar mit dem Aufkommen von Stampflehmwänden zusammenfiel, als die früheste Tradition dieser Art in Ostasien angesehen werden. Diese Tradition scheint sich von den Bauwerken mit Stein- oder Lehmziegelwänden und Einzelziegeldächern im heutigen Griechenland zu unterscheiden (SI-Anhang, S7).

Von 1800 bis 1046 v. Chr. (Erlitou bis Shang) gibt es einen bemerkenswerten Mangel an Fliesen aus archäologischen Funden. Allerdings wurden einige von Standorten auf dem Löss-Plateau oder an den Rändern des Löss-Plateaus geborgen, wie zum Beispiel der Standort Zaoshugounao, der zur Proto-Zhou-Zeit im Guanzhong-Becken gehört50, und der Standort Sanxingdui im Sichuan-Becken51. Es gibt jedoch keine Hinweise auf Gebäude mit Ziegeldach an den Standorten Erlitou oder Shang. Beide Kulturen haben ihren Ursprung im Unterlauf des Gelben Flusses und seinen Deltaregionen52,53 im Osten Chinas. Dies deutet weiter darauf hin, dass frühe Ziegeldachtechniken auf große Standorte auf dem Lössplateau und den damit eng verbundenen Regionen beschränkt waren54.

Während der westlichen Zhou-Zeit (1046–771 v. Chr.) nimmt die Zahl der aus archäologischen Funden geborgenen Dachziegel zu. Der Großteil wurde an Standorten im Guanzhong-Becken gefunden. Die Deck-, Pfannen- und Flachpfannenziegel sind immer noch vorhanden, es gibt jedoch zwei neue Formen: Halbziegelenden, die zum Schutz und zur Verzierung von Traufen verwendet wurden, und große Deckziegel, die als Firstziegel verwendet wurden45,46. Diese Spezialziegel weisen darauf hin, dass nach und nach ein formelleres Dachziegelsystem etabliert wurde. Sie hatten eine einheitlichere Form, insbesondere die Pfannenfliesen, die jetzt zu Drittel- oder Viertelkreisen gebogen sind. Die kleineren Enden der Deckziegel haben eine Lippe, damit sie leichter in die größeren Enden des nächsten Deckziegels in der Säule eingepasst werden können, wobei in einigen Fällen auch die Dicke der Ziegelenden absichtlich verringert wurde43,44. Ein solcher Einsteck- und Zapfenstil gewährleistete das Ineinandergreifen von Pfanne-Pfanne- oder Deckel-Deckel-Fliesenanordnungen. Im Allgemeinen scheinen bis zum Ende des westlichen Zhou die Technologie der zusammengesetzten Tonziegel und die aus dicken Stampflehmwänden errichteten Strukturen weitgehend auf das Lössplateau beschränkt gewesen zu sein. Diese konsequente Verwendung und Weiterentwicklung der Ziegeldachtechniken bildet die „Longshan-West-Zhou-Tradition“, die mit der „griechisch-etruskischen Tradition“ im Westen verglichen werden kann (SI-Anhang, S7).

Zur Zeit des Östlichen Zhou (771–221 v. Chr.) waren Verbundfliesen weit verbreitet und werden häufig in archäologischen Stätten in ganz China gefunden. Die Entwicklung von Holzrahmengebäuden und der Dougong-Methode (SI-Anhang, S8) während der Zeit der Streitenden Reiche (475–221 v. Chr.) und der Qin-Han-Dynastie (221 v. Chr.–220 n. Chr.) führte zu einer größeren Flexibilität in der Form Gebäude mit Ziegeldächern55,56 (SI-Anhang, Tabelle S5). In dieser Zeit tauchen erstmals geformte Fliesen in den archäologischen Aufzeichnungen auf und ersetzen die handgeformten Fliesen früherer Perioden57 (SI-Anhang, S3). Dies zeigt, inwieweit sich Form, Design und Herstellungstechniken für Dachziegel am Ende der östlichen Zhou-Zeit weiterentwickelt hatten.

In ganz Ostasien gibt es eine gemeinsame Tradition der Dachtechnologie aus Verbundziegeln58,59. Archäologische Funde zeigen, dass die Dachziegel und die dazugehörigen Dachtechniken ab dem 3. Jahrhundert n. Chr. auf der koreanischen Halbinsel60, Japan61,62, dem (heute) russischen Fernen Osten63 und Südostasien64,65 verbreitet wurden (Abb. 1A, SI-Anhang, Tabelle). S4).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die frühesten Verbundziegel und Ziegeldachtechniken in Ostasien auf dem chinesischen Lössplateau entstanden und dort entwickelt wurden. Ursprünglich wurden die Dachziegel für die Bedachung kommunaler Gebäude mit dicken Stampflehmwänden auf den großen Standorten (mehr als 100 ha) verwendet, die regionale Zentren bildeten. Dies bildete nach und nach eine Longshan-West-Zhou-Tradition für Gebäude mit Ziegeldach. Die Tradition der Verbundziegel verbreitete sich vom Lössplateau in ganz China im östlichen Zhou und wurde zur einflussreichsten Dachtechnik in ganz Ostasien.

Aus dem Graben G2 wurden insgesamt 5219 Tonziegelfragmente durch Siebung mit 10 mm Maschenweite gesammelt. Das Gesamtgewicht der gesammelten Fragmente betrug 382,7 kg. Alle Fragmente wurden zusammengesetzt, um möglichst intakte Fliesenmuster zu rekonstruieren. Die Fragmente mit morphologischen Merkmalen wurden auf Breite, Länge, Höhe, Dicke und den erweiterten Winkel gemessen, der die leichte Verjüngung zwischen dem größeren und kleineren Ende zeigte (Datensatz S1).

CV* wurde dann gemäß der an die Stichprobengröße angepassten Gleichung von Topi et al.21 berechnet.

Wir fanden Muster, die aus Scherben zusammengesetzt und zu fast vollständigen Fliesen rekonstruiert werden konnten. Basierend auf diesen Rekonstruktionen kann die Länge der Fliesen auf ~ 40 cm geschätzt werden, was in etwa den in Lushanmao gefundenen Fliesen entspricht (vgl.7 37,2–47 cm). Auch die Fliesen haben eine ähnliche Höhe und Breite. Die am besten erhaltenen Fliesen jedes Typs aus der Qiaocun-Ausgrabung wurden durch hochauflösende 3D-Scans mit einem Hexagon AtlaScan Max 3D-Scanner gescannt. Die 3D-Modelle dieser Kacheln wurden dann virtuell repariert, um vollständige und intakte Kacheln zu bilden, und konnten mit Geomagic Freeform und SolidWorks dupliziert und zu virtuellen Verbundwerkstoffen kombiniert werden.

Die Größe der Häuser und Dächer war wahrscheinlich unterschiedlich, allerdings wären dicke Wände erforderlich gewesen, um eine halbe Tonne Verbundwerkstoff zu tragen, um das schwere Ziegeldach zu tragen, die Stampflehmwände mussten dick genug sein (SI-Anhang, S5, Abb. S8). Tabelle S6 listet das sinnvollste Verhältnis von Dach- und Pfannenziegeln in Zahlen entsprechend den verschiedenen möglichen Dachgrößen auf. Da der Pfannenziegel eine größere Oberfläche hat als der Dachziegel (2,08-mal größer, wenn die Oberfläche anhand des 3D-Modells berechnet wird), ist der Anteil der Pfannenziegelscherben im Vergleich zu dem der Dachziegelscherben relativ groß. Unter Berücksichtigung der Bruchrate der Dach- und Pfannenziegel können alle möglichen Verhältnisse von Dach- und Pfannenziegeln in Scherben gleichzeitig berechnet werden.

Zunächst werden in der Simulation zwei Koeffizienten vordefiniert: eine Toleranz und eine Reserve. Die Toleranz bezieht sich auf das Ausmaß, in dem zwei benachbarte Fliesen verbunden werden können. Schon eine kleine numerische Abweichung (z. B. einige mm) in der Simulation kann zum Scheitern des Dacheindeckungsprozesses führen. In der Realität lässt sich dies jedoch leicht von Hand korrigieren. In der Simulation haben wir künstlich eine Toleranz von einem Standardfehler der Dicke festgelegt. In der Studie lockern wir den Bereich des RC-Werts von 1 bis 1,5 um 0,1, was der Anzahl der Ziegel in den Beispielbecken vor der Überdachung entspricht.

Für die Simulationen werden die Fliesengrößen zufällig aus einer Normalverteilung der Fliesenmusterabmessungen, einschließlich Breite und Dicke, gezogen. Für die größeren und kleineren Enden gibt es separate Datensätze zur Bemusterung von Deckplatten. Im Gegensatz dazu sind Pfannenfliesen schwer zu unterscheiden, da die Probengröße und die Scherben der Enden keine eindeutigen diagnostischen Merkmale aufweisen. Daher verwenden wir in dieser Studie eine Bootstrap-Methode, um die größeren und kleineren Enden aus einem Datensatz zur Breite und Dicke von Pfannenziegeln zu identifizieren (SI-Anhang, S9, Tabelle S7).

Die Grundregeln für die Verbindung von Fliesen beziehen sich sowohl auf die Längs- als auch auf die Querrichtung. In Spalten muss die Breite des Außenmaßes des kleineren Endes kürzer sein als das Innenmaß des größeren Endes der vorherigen oder nächsten Kachel. In Reihen sollte die Deckplatte aufgrund des Unterschieds zwischen den größeren und kleineren Enden in der Lage sein, die Lücke zwischen zwei parallelen Pfannenplatten abzudecken (SI-Anhang, Abb. S9).

Hier sind P_W und C_W die Breite der Pfannen- und Deckziegel und n (1 < = n < 20) ist die Anzahl der n-ten Stellen auf jeder Dachsäule. l und s sind die größeren bzw. kleineren Enden, während i und e die Innen- bzw. Außenabmessungen der Enden sind.

Das Zufallsmodell wählte bei jeder Iteration zufällig Kacheln aus den Stichprobenpools aus. Alle Ziegel, die nicht auf dem Dach platziert werden konnten, wurden erneut in den Probenpool aufgenommen. An dem Punkt, an dem die Simulation alle möglichen verbleibenden Ziegel im Probenahmebecken aufgebraucht hatte, wurde die Dachsimulation als fehlgeschlagen betrachtet.

Das gruppierte Modell basiert auf der Klassifizierung der Variablenbreite nach einem Standardfehler (σ), wobei Daten, die zwei Standardfehler (2σ) überschreiten, eliminiert werden. Daher gibt es für jedes Ende der Kachel vier Datengruppen (− 2σ bis − σ, − σ bis 0, 0 bis σ, σ bis 2σ) und insgesamt 16 Gruppen, was jeweils acht für die Pan- und die Pan-Kachel ergibt die Abdeckplatten im Probenahmebecken. Bei der Überdachung benachbarter Ziegel wird dann der neue angrenzende Ziegel aus derselben Gruppe mit einer höheren Priorität gezogen (Datensatz S2).

Das manuell gesteuerte Modell basiert auf dem gruppierten Modell, führt jedoch einen Parameter ein, MCC. Wenn die Änderung der Kachelgröße an einem Standort den MCC-Wert überschreitet, wird der Änderungsprozess vorübergehend gestoppt und die vorherige Kachel, die den negativen Einfluss auf den Standort verursacht hat, wird entfernt. Dieser Rückrufmechanismus kann sowohl in Längs- als auch in Querrichtung angewendet werden und kann als praktische Anpassung betrachtet werden, die von den Dachdeckern in Echtzeit vorgenommen wird. Bei zweimaligem Rückruf wurde die gesamte Dachsimulation als Fehlschlag eingestuft.

Alle Daten dieser Studie sind in den ergänzenden Materialien verfügbar. Die Codes für die Simulationen von Ziegeldächern finden Sie auf GitHub (https://github.com/haizhang0921/Qiaocun-Tiles).

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Wir danken Herrn Pengcheng Zhang für seine Hilfe bei der Codierungssimulation, Herrn Baoping Li für das Sammeln von Referenzen und Bildern und Herrn Ruiqi Cong für die Skizzenzeichnung der Qiaocun-Landschaft. Wir danken auch den beiden anonymen Gutachtern für ihre wertvollen Hinweise zu Überarbeitungen. Diese Forschung wurde mit Unterstützung des China National Key R&D Program (2020YFC1521900) und der National Science Foundation of China (T2192953, 41971251) durchgeführt.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Yijing Xu und Jing Zhou.

Schule für Archäologie und Museologie, Universität Peking, 5 Summer Palace Road, Peking, 100871, China

Yijing Xu, Shengyu Liu, Minghao Peng und Hai Zhang

Gansu Provincial Institute of Cultural Heritage and Archaeology, 165 Heping Road, Lanzhou, 730000, China

Jing Zhou, Jianlong Zhao, Guoke Chen und Wen Li

Shaanxi Academy of Archaeology, 31 Leyou Road, Xi'an, 710054, China

Mingzhi Ma

School of Cultural Heritage, Northwest University, 1 Xuefu Street, Xi'an, 710127, China

Francesca Monteith

Institut für Archäologie, University College London, 31–34 Gordon Square, London, WC1H 0PY, Großbritannien

Andrew Bevan

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HZ, JZ und YX haben die Forschung entworfen; JZ, JLZ, GC, WL, MM und FM führten die Forschung durch; YX, AB und HZ analysierten die Daten; SL führte eine 3D-Modellierung durch; MP entwarf die Restaurierung; HZ entwarf die Computersimulation; HZ, YX, AB und FM haben den Artikel geschrieben.

Korrespondenz mit Shengyu Liu, Minghao Peng, Andrew Bevan oder Hai Zhang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

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Eingegangen: 27. Dezember 2022

Angenommen: 16. Mai 2023

Veröffentlicht: 19. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35299-x

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