文物的賦存環境及其預防性保護問題

汪怡珂，羅昔聯，陳思宇，夏 寅，馬 濤，顧兆林

(1. 西安交通大學人居環境與建筑工程學院，陜西西安 710049； 2. 陜西省能源環境與建筑節能工程技術研究中心，陜西西安 710049；3. 秦始皇帝陵博物院，陜西西安 710611； 4. 陜西省文物保護研究院，陜西西安 710075)

0 引 言

我國正處于經濟和社會事業的快速發展進程中，對于保護歷史文化遺產、發揮文物資源作用和弘揚中華優秀傳統文化等文化遺產保護重要性的認識已達到一個新高度。文物是人類歷史上不同時期的人們創造的或與創造活動有關的物質文化遺存，集中體現了一個民族、一個國家政治、經濟、文化和社會發展的歷程，是歷史發展的見證[1]。我國是世界上歷史最悠久的古國之一，擁有為數眾多的具有歷史、科學、社會及經濟價值的文物。

在長期不適宜的溫度、濕度、空氣中的有害物質、光、灰塵、蟲、霉等環境因素的影響下，文物的原本形態和組分產生漸變，發生文物病害。尤其是在多種環境要素復合作用于文物時，相較于單一因素對于文物的影響效果增強，危害性更強[2]。突發的自然災害，如地震，洪水等也會危及文物本體，造成重大損失[3]。穩定、適宜的文物賦存環境能夠有效地保護文物，保持文物原貌，這也是展開文物預防性保護的基礎工作。

由于文物種類和數量眾多，需要從文物的質地、用途、器形、級別、國別、民族、來源、通稱等方面做全面的分析和考慮，要認真、細致、科學、合理地進行排列組合，制定出一個統一的分類標準。目前主要的文物分類體系主要包括：根據文物年代的劃分方式[4-5]；根據文物材料類型的劃分方式[6]；根據文物地域分布的劃分方式[7]。現有的分類體系忽視了文物與其賦存環境的關系，本研究針對目前我國文物保護和開發利用中存在的問題，嘗試從文物與其賦存環境關系的角度，探討文物賦存環境和狀態特征及其對文物本體的影響關系，提出不同環境條件下文物的預防性保護問題。

1 文物賦存環境及其影響

1.1 文物賦存環境的分類及其影響

文物與其周圍環境密不可分，營造穩定、適宜的環境條件，能夠有效地保護文物，保持文物原貌，這也是展開文物預防性保護的基礎工作。根據文物的賦存環境是完全自然環境(自然大氣、土壤或水環境)、人工營造環境以及人工營造與自然環境共存的環境，文物可分為：1)全曝露自然環境賦存的文物；2)半曝露自然環境賦存的文物；3)人工營造環境保存的文物。

1) 全曝露自然環境賦存的文物與環境影響。

全曝露自然環境賦存的文物完全曝露于自然環境中，受到自然界環境的劇烈影響。包括曝露于大氣環境的大型遺址或大型不可移動文物、地下埋藏的遺址或文物、水下埋藏的遺址或文物等。

對于遠離城市影響的文物而言，南方氣候濕潤區溫度和濕度是重要環境要素，南方大部分文物處于高含水狀態，并始終處于干濕交替狀態，賦存環境非常惡劣，由此產生霉菌、真菌及低等植物滋生，木構件等文物變質腐爛等諸多病害[8]。干旱環境中地表風沙及集中降雨是遺址文物發生劣化及受損的主要環境要素，如甘肅鎖陽城遺址、新疆高昌故城遺址等。由于植被較少，風攜帶大量沙塵打擊吹打墻體，墻面出現蜂窩狀風蝕窩和風洞。另外，大風攜帶的沙土在遺址內大量堆積，造成遺址風貌損害。再者，西北干旱環境的降雨集中在6～8月份，以強降雨、暴雨為主，在遺址頂部迅速形成匯水，然后沿著板筑縫及城墻表面流下，在遺址表面形成很多沖溝，造成遺址破壞[9]。

對接近或地處城市的自然大氣環境曝露的文物，主要受到降塵、氣態污染物的影響。大氣中的降塵主要由煙垢和其他固體微粒組成，煙垢含有碳和柏油質的成分，會粘附在文物表面，很難清除[10]；固體微粒多成棱角狀，可對文物產生磨蝕破壞作用，且易積累在文物裂縫處，形成適宜于細菌、霉菌等微生物生長的基質，加速文物的侵蝕過程，并使裂縫變寬[11]。造成文物損壞的氣體污染物主要包括腐蝕性氣體(硫化物、氮氧化物、二氧化碳等)、氧化氣體(O3)等[12-14]。酸性氣體具有強烈的腐蝕作用，對石質、纖維質文物、玻璃質文物等皆可造成破壞。空氣中氯氣、氯化氫、氨氣在潮濕氣體的作用下生成酸性或堿性物質，對金屬質文物危害極大。臭氧是一種光氧化劑，對大部分有機材料均有侵蝕作用，會造成藝術品的褪色現象[15]。

水下環境埋藏的文物主要為海洋沉船及承載的文物，受到環境溫度、海水運動、生物及化學因素等的影響[16]。環境溫度影響腐敗過程，較低的環境溫度下，沉船及承載文物的腐蝕速度大大減緩，最后船體及文物與周圍環境逐漸達到平衡。反之，較高的環境溫度會使文物在腐敗的初始階段便損毀。海水運動,泥沙沖刷船體及散落文物表面，若沉船遺址逐漸被海底沉積物掩埋，海水運動引起的剝蝕作用才會減弱；若處于海流較為頻繁的水域時，泥沙不僅不能掩埋船體，還會使船體及承載文物反復曝露在海水環境中，加速腐蝕[17]。水下文物在一定程度上已經與水下環境融合，生活在該區域的生物群落以文物為營養來源及居所，構成文物生態圈[18]。海洋生物活體扎根在文物上，產生分泌物并將文物作為營養源，破壞文物結構，造成文物殘損破壞。海水是多組分、多相的復雜體系，其中含有的大量電解質造成鐵質文物腐蝕，對陶瓷器釉面、木質船體及其他有機質文物同樣造成侵蝕[19]。

對于地下埋藏的文物，除了氣候、地質和地形外，其環境影響要素主要來自農業及人類活動所產生的全球性、區域性污染，以及鄰近周邊環境的影響[20]。污染物進入土壤改變土壤性質，酸雨滲入地下會改變土壤的酸堿度。酸堿度影響著土壤的性質，從而改變地下存放文物的環境，對地下埋藏的青銅器、鐵器、骨器造成影響。地下水質被污染后，水體中含有很多污染物質，如酸、堿、有機污染物等，隨污水排放過程滲入地下，地下水水位的升高，對文物的侵蝕作用加大，水位降低，地表塌陷對文物破壞加劇。

2) 半曝露自然環境賦存的文物與環境影響。

半曝露自然環境賦存的文物，包括已發掘的洞窟文物及遺址博物館展示的文物或遺址等。其賦存環境基本克服風吹、雨淋、日曬的危害，引起文物劣化及損壞的環境要素主要是洞窟或遺址博物館局部空間環境溫濕度、光照、鹽分局部富集及地理因素[21]。

局部空間環境溫度的變化對文物的影響，主要體現在文物的熱脹冷縮特性，晝夜溫度差和濕度差的循環交替使文物表面剝起、內部開裂、質地酥碎。較高的環境溫度容易加速紙張的老化、金屬的腐蝕、纖維素的分解等；合適的溫度范圍內，溫度越低對文物保存越有利[22]。適宜文物保存的溫度參數與游客區的人體舒適性溫度參數往往不一致，可以將文物區與游客區實施分區調控，文物區溫度調控至適宜文物保存的溫度范圍，保障文物安全；游客區溫度維持24～28 ℃，確保游客的熱舒適性[23]。

半曝露自然環境賦存的文物依然受到大氣污染物的影響。光照與污染物的復合作用會造成文物的嚴重損害[26]。例如，處于交通繁忙區域的遺址博物館，機動車尾氣中高濃度的一氧化氮和碳氫化合物由于濃度擴散進入室內環境，同時有陽光直射時，光線中較強的紫外光、紫光、藍光均可能誘導一氧化氮發生光化學反應，產生少量極具腐蝕性的有機醛類污染物，日積月累就會對文物產生破壞。

3) 人工營造環境保存的文物及環境影響。

人工營造環境保存的文物環境狀態原則上可以完全人為控制，包括陳列式博物館中館藏文物、庫房文物、收藏文物等[27]。通過將文物置于穩定的人工環境中，隔絕外界環境的直接影響，調控溫度和濕度，過濾有害氣體及顆粒，甚至控制光照。如果保存過程的環境參數控制在適宜范圍內，文物基本不會受到損害，但環境調控系統運行成本高，只能應用于珍貴文物的保存。

人工營造環境保存的文物病害，主要有移動過程中由于賦存環境變化產生的病害和不可控的人為損害或自然災害(如火山噴發、地震、洪水等)產生的破壞。隨著文化大繁榮和博物館免費開放政策的實施，博物館展際交流漸成為展覽工作的常態。文物的利用率和流動性大大增強，由于展存環境的頻繁轉換，文物損壞的幾率隨之增高。一些博物館將不同質地的文物藏品在同一展柜中不加區分展出，淡化或忽視了不同種類文物對溫濕度變化的敏感性差異；展廳和展柜缺乏恒溫恒濕裝置導致展柜內的藏品時刻遭受到不同溫濕度變化帶來的不良影響[28]。自然災害常常致使不可移動文物大規模毀壞、傾倒或消失。“5.12”汶川大地震，不僅給人民生命財產造成巨大損失，也使許多珍貴文化遺產受到嚴重損毀，文物保護單位近千處遭受空前的破壞，范圍波及重慶、甘肅、陜西等地。據統計，僅四川就有83處全國重點，174處省級，803處市、縣文物保護單位受損，其中涉及世界遺產兩處。自然災害對文物造成的破壞可見一斑[29]。

1.3 文物不同賦存環境之間的相互轉化

1964年發布的《威尼斯憲章》闡述了文物保護與環境的關系，保護一座文物建筑，意味著要適當地保護一個環境[30]。根據文物與其賦存環境的關系，將文物賦存環境分為全曝露自然環境、半曝露自然環境、人工營造環境。實際上，根據考古挖掘、建館保護、文物修復及展示等需要，文物賦存環境的三種狀態之間存在相互轉化的可能。文物賦存環境的變化過程中，文物本體的狀態也在不斷發生改變，這是一個文物與其賦存環境不斷打破平衡與達到平衡的過程。文物及其賦存環境的相互轉化過程，如圖1所示。

圖1 文物及其賦存環境狀態的相互轉Fig.1 Transformation of different cultural relic preservation conditions under manual intervention or natural environment change

建造遺址博物館，是目前遺址類文物的主流保護方式。雖然解決了風吹、雨淋、日曬的危害，但遺址文物出土后與遺址博物館復雜環境的“適應平衡”過程是遺址文物風化“產生-發展”的過程。遺址博物館建筑內“水-土-氣多環境耦合”的特點造成原來埋在地下，保持穩定狀態的遺址文物在出土曝露或半曝露于大氣氧化環境后，明顯受溫濕度周期變化、空氣污染物、降塵、微生物，甚至游客等的影響。遺址文物材質種類繁多，且比較脆弱(尤其土遺址、有機質文物、彩繪等類文物)。其表面大多都逐漸發生了不同程度的物理化學變化，造成了大量遺址文物的風化，有的問題甚至已經比較嚴重，乃至消失殆盡。目前，僅僅依靠現有的遺址博物館建筑的設計理念和保護方法來進行保護遺址博物館出土文物，已經不能解決遺址博物館條件下對遺址文物的有效保護問題。一方面由于遺址博物館建筑存在重建筑設計、輕環境功能，重陳列展示、輕文物保護的問題；另一方面，遺址博物館大空間、多種環境耦合的特點，使得影響遺址文物風化的因素非常復雜。目前遺址博物館越來越重視對游客區的環境調控，卻對遺址區域的環境監測、調控極少考慮，加上相關研究不多，遺址博物館缺少基于監測評估與風險管理基礎上的預防性保護技術。

半曝露自然環境賦存的文物與人工營造環境保存的文物也可以通過回填保護的方式成為全曝露自然環境的文物。當文物被放置在臨時性保護棚中，未能及時修筑永久性遺址保護大廳時，需要重新填埋以防止造成文物的損害；當原有大廳不能再有效保護文物，需要重新修建保護大廳，要暫時將文物回填，減少施工期間可能對于文物產生的影響，待新館修建完成后重新開挖；當文物經過長時間展覽后，產生一系列病害，不得不重新填埋，待保護技術完善后再重新挖掘[31]。在重新填埋后，文物賦存環境由全曝露大氣環境重新恢復到全曝露地下環境，溫濕度趨于恒定，訪客及大氣污染對文物的影響消減，同時建立地下平衡環境的過程中，文物保存狀態也在變化調整。

全曝露自然環境以及半曝露自然環境賦存的可移動文物，可以完全置入人工營造環境保存，文物長時間處于適宜的人工調控環境中，延緩文物老化，主要用來放置價值較高的文物。人工營造的環境主要為庫房環境和展柜環境[32]。考慮到庫房與展柜中恒溫、恒濕微環境的構建與調控[33]。在文物保存庫房選址時，北方可選擇地下室作為庫房，地下室冬暖夏涼，兼有防盜功能；南方雨水多、土地潮濕，文物保存庫房設計在3或4樓的樓房內較為理想。除選址外，還需要注意文物保存庫房的氣密性，北方氣候比較干燥，塵土飛沙較多，周邊地區可以搞綠化，窗戶一定要嚴密；南方比較潮濕，窗戶的密封性能要求更高，一定要加密封條，預防潮氣侵入，并定期消毒，除霉，做好相應的防霉、防水、防塵、防干、防污染空氣等工作[34]。展柜微環境與庫房文物微環境不同，所需要控制空間更小，受人群影響更加嚴重，展柜文物環境的調控精度更加嚴格[35]。

2 不同賦存環境下文物的預防性保護問題

2.1 文物保護原則與方法

文物保護工作的目的是最大程度地保存和延續遺產的信息與價值。隨著對“文物”概念的更加深入認知，需要保護的對象越來越多樣化，而造成保護對象缺陷的各種因素多種多樣，影響因素之于缺陷的作用機理更是復雜，對于文物保護工作逐漸由單一學科向多學科綜合發展[36]。文物保護主要包括：1)搶救性修復；2)規劃保護；3)預防性保護。

1) 搶救性修復。早期的文物保護方式主要限于修復。文物的修復原則主要概括為：在修復后的較長時間內，仍然可以使器物恢復到修復前的狀態；忠實于文物，盡可能保護而不替代原物的敗壞之處；文物材質老化的情形不應該被遮掩或者除去[37]。

隨著保護內容的不斷豐富，對于文物的修復原則逐漸精簡為“真實性”[38]、“可逆性”[39]等。“可逆性”原則是在無法保證當前所采用的措施是最為正確和準確的情況下，施加的干預必須能夠清除、并且不會對歷史建筑造成損傷，在發現了更恰當的保護方案或者保護材料、保護技術有了新突破的時候能夠予以替代和更換[40]。“真實性”原則在保護文物時，把單個的文物放入整個歷史文物區中去考慮，個體應與整個文物區的歷史風貌、歷史環境相協調，所有文物應在場所、設計、周邊環境、材料、工藝技術、情感、關聯性等方面具有完整性。

2) 規劃保護。保護與修復不同。保護的目的是保管并闡述存在之物，而不是替換損失的或者失去的部分(通常稱為修復)[41]。隨著對于單個文物和整體關系認知的加深，文物保護的視角逐漸轉向規劃保護[42]。通常的文物規劃保護，以文物的區域和歷史環境保護風貌為基礎，文物本體保護為核心，完善基礎設施、日常保護及管理制度建設，將文物與其周邊整體環境保護建設為集文物保護、科學研究、旅游觀光為一體的文物保護區[43]。

規劃過程應考慮核心保護區和環境協調區的具體界線的劃定、道路交通規劃、社會生活規劃等宏觀問題；建筑物、構筑物的保護與更新模式、建筑高度控制、空間環境整治等中觀方面；針對核心保護區的重點地段整治規劃等微觀方面[44]。

3) 預防性保護。文物的收藏以及保護中采用預防性保護，主要目的是將未來可能存在的文物風險降低到最小，在這一過程中強調主動性的保護處理，做到未雨綢繆。在預防性保護中，最常見的引起文物和藝術品老化的因素，包括光照、相對濕度、污染、蟲害等環境因素是著重關注的，通過預防性保護的手段，為文物創造出一個非常合適的保存環境，避免文物由于被侵蝕而遭受損害，達到長期保護的目的。

2.2 不同賦存環境下文物的預防性保護

不同賦存環境對文物的影響不同，不同材質文物的主要環境影響因素也不同。

1) 全曝露自然環境賦存文物的預防性保護。

對于全曝露自然環境賦存文物的預防性保護，首先，要做好調查。調查是對可能存在文物的地區進行調查，了解文物可能埋藏的方向、位置及其保存程度的好壞等方面，為制定預防性方案做好前提準備。其次，要做好預防性保護監測。預防性保護監測主要通過建立各種監測系統，進行動態性監測，以判斷遺跡的環境標準實施的情況和改善環境取得的進展，累積監測數據，據此確定遺跡的控制狀況及其保護辦法。最后，控制是指通過預研，按照監測給定的條件和目標，對遺址整體或單體遺跡施加影響的過程和行為[45]。

2) 半曝露自然環境賦存文物的預防性保護。

半曝露自然環境賦存文物的預防性保護，要加強對博物館建筑外大環境的定期監測，通過傳感器采集各環境因素參數，將參數無線傳輸對監測的環境溫濕度分析、管理，實時地、精確地監控管理文物賦存環境[46]。遺址博物館溫濕度的控制主要依靠中央空調系統控制，但由于中央空調受到展廳環境、參觀人流量以及外界大氣環境地影響，往往很難精確控制。可適當控制參觀游客人數，減少觀眾呼出的CO2和自身的熱量原因導致的濕度升高[47]。也可以建立空氣幕，通過空氣幕將文物環境與游客環境分隔開，在不影響文物及游客參觀的前提下保護文物[48]。對于文物光環境，應盡量減少不必要的照射時間，定期及時替換對光敏感的館藏文物，盡可能地使用冷光燈或光纖燈，降低光輻射影響。

3) 人工營造環境的文物預防性保護。人工營造環境的文物預防性保護，首先要做好環境監測，在監測前提下，做好微環境控制，加強展柜與庫房的密封性，一些特殊的展柜可以用抗氧化、抗腐蝕的自封帶進行密封，重要的文物增加調濕劑、安裝恒濕系統、安裝抽濕機或者加濕器來控制濕度；庫房與展柜材料、儲藏柜等要選用安全環保材料，確保密封性良好，防止有害氣體的進入；對展柜、庫房空調通風口安裝過濾凈化介質，過濾掉有害氣體；控制控制其照度，同時要加強對展出時間的控制[49]。

在災害多發地帶文物，首先考慮能夠遷地保護，如果不能，則應先做好基礎抗災即提高建筑物整體抗災能力；第二是做好特定樓層、場所的抗災性能；三是做好結構抗災，包含展柜、展臺和藏品架，可以用于展廳、庫房中易碎或珍貴文物[50]。

3 預防性保護技術問題

目前，國際上針對文物的預防性保護實際上仍處于探索的階段，文物所面臨的復雜環境決定了即便是同一地點出土的同類同質文物，在保存現狀、損壞程度方面也會存在區別，因此不可能用一種標準解決所有的文物問題；“預防性保護”的根本用意在于當影響因素達到對文物造成損傷的程度前，能及時提醒管理者采取行動清除或緩解該影響因素，但“預警值”很難確定。所以目前應該做好文物保護科學技術的基礎研究工作，利用現代自然科學和技術對文物材質進行整體的和微觀的結構分析，調查文物自然損壞的原因和全部具體過程，確定文物損害的“預警值”[51]。

其次，文物的廣泛性分布決定了其保護的分散性。然而，遺產的特征、保護的共性又決定了分散的保護實踐活動有必要，也必須共享。自20世紀90年代，我國文物信息已開始通過互聯網向公眾展示。目前，考古學文獻情報檢索系統，博物館藏品管理系統，各種文物的考古學資料數據庫和文物管理信息系統等已先后開放[52]，但文物的保護信息仍然分散，各個博物館及預防性保護開展單位都有自己的文物保護信息收錄，但整體交流少，致使保護工作無法開展，或盲目開展，造成重復性收錄、總結，平白耗費大量人力物力。需要將處于分散狀態的保護信息有效地整合起來，微觀上，針對藏品單體(件或組)建立保護信息系統；宏觀上，將不同組織、地區間的保護信息整合起來，形成跨組織的系統，高效地收集、整合文物保護信息。

無論是環境控制還是日常養護，都離不開基于各種技術手段的監測。但目前監測對象不明，監測點，監測技術，監測方法和監測人員等也無明確規定，在目前缺乏統一標準和技術規范的情況下，在保護信息共享的基礎上，借鑒成功的預防性保護案例，根據現場調研，做好對文物所處的物理環境因素(如空氣質量、溫濕度)、文物本體的所有病害及其變化規律和其他風險災害(如防火，防震)的監測工作，明確監測點、監測方法、監測技術、監測頻率、監測數據處理和人員分工等方面促進建立以預防性保護為主的保護模式。

4 結 論

文物與其所處環境息息相關。本研究根據環境對文物本體的影響，將文物賦存環境分為全曝露自然環境、半曝露自然環境、人工營造環境，并根據考古挖掘、建館保護、文物修復及展示等需要，分析了文物賦存環境的三種狀態之間的相互轉化過程，文物賦存環境的變化過程，是文物與其賦存環境不斷打破平衡與達到平衡的過程。要深入研究文物及其賦存環境的相互轉化過程，更好地掌握文物賦存環境及其主要環境影響因素，需要進一步開展典型遺址或文物賦存環境與保存現狀調查工作，建立各種類型文物賦存環境數據庫，深入解析賦存環境要素對文物本體保存狀況的影響規律，制定文物保護規劃原則及不同層次的保護方案，增強我國文物預防性保護科技水平。