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第一次是2001年9月至11月，福建省博物馆(即今福建博物院)等单位对国兴寺遗址进行了正式的发掘，揭露出房屋、天井、水沟、花台、甬道等宋代建筑遗迹，出土了一大批遗物，对遗址周围所发现的舍利塔基址和古墓葬也进行了清理，基本弄清了国兴寺的布局和年代。不过当时只发掘1300多平方米，区域只限于遗址中部和南部。2015年11月至2016年9月，福建博物院文物考古研究所进行了第二次考古调查与勘探。这次勘探面积约3000平方米，其中进行重点试掘面积约500平方米，区域比第一次大大拓展，进一步摸清了国兴寺遗址的分布范围和保存状况。

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结合两次考古揭露的早期遗迹初步分析，在平面布局上，整体而言，国兴寺遗址因地势，以现存的石柱大殿基址为中心，往南、往北构成一条中轴线，东西对称分布天井、花台、厢房等建筑，排列错落有致。两次发掘揭露的宋代遗迹群，构成了国兴寺遗址现存早期遗迹的核心内涵;同时遗址周边现存的其他附属建筑，如现存宋代“楞伽宝塔”、另一处石塔遗迹、舍利塔遗迹等史迹以及不同时期建筑的叠压打破关系和出土、采集的各类考古遗物，生动形象地呈现了国兴寺遗址至宋代以来“历经兴废，存续至今”的景观风貌。

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考古结果表明，寺院的各个遗迹单位，均为石构，尤其是须弥座台基、甬道、天井、寺塔等，制作考究、刻工精美，是近年来福建省发现的同期建筑中的精品，是福建宋代佛教建筑艺术的珍贵实物，也是宋代以来福建石构建筑艺术、石雕艺术风格变化的实物见证。大殿结构较为特殊，它建在高约0.9米的须弥座台基上，面阔仅一间(7.1米)、进深三间(长达10.5米以上)，周边环绕宽2米的回廊;东西两侧设有宽5～5.6米的过道，与东、西厢房相连;南侧设有踏步与甬道相连。这种面阔小于进深的佛教建筑在宋代较为少见。各个建筑单位之间均设有排水暗沟，沟口用石板雕凿成如意形状;天井、甬道均用平整的条石铺成;在天井外侧设有宽1.2～1.7米的环状花台。这些都表明，宋代国兴寺是一个经过精心设计制作、规格较高的寺院建筑。

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根据考古勘探和试掘的结果，初步确定，国兴寺的修建年代可以追溯到北宋中期，但没有明确的实物证据说明国兴寺的始建年代可以早到唐代。这是一个遗憾，但笔者以为也属正常，因为两次考古均属于有限度的考古。正如第二次考古《报告》中所指出的：“本次勘探、试掘揭露的遗迹集中分布于遗址北部和西部，多为现代建筑基础所覆盖，遗址原生堆积遭到严重破坏，且现代建筑基础填垫大量石条、石块和砖瓦。”“为保护宋代建筑遗存，发掘工作亦揭露到宋代建筑遗存层面即停止，部分区域未见宋代建筑遗存则一直清理至生土。”“发掘工作只揭露到宋代地层即停止，对于遗址北部的情况，尤其是遗址是否存在早于宋代的地层堆积和遗物不甚明了。”“不甚明了”不等同于“没有”;毕竟还有大量的史料明确说明国兴寺始建于唐代。另外，从事物发展的一般规律论，结合太姥山佛教兴于唐而盛于宋的发展轨迹，始建于唐代的国兴寺，其建筑肯定是比较简陋，甚或只是僧人的结茅而居，那些最初的建筑物件要么被雨打风吹去，要么被后来的建筑覆盖，所以目前有限度的考古发掘，没有发现唐代的遗物实属正常。国兴寺第一次考古发掘的《报告》中也指出：“我们认为国兴寺始建于唐代乾符四年(877年)是可信的，只不过那时寺院可能属于初建阶段，规模不会太大。”