文物保護學的理論探討

孫滿利，張景科

(1.西北大學 文化遺產學院，陜西 西安 710127;2.蘭州大學 土木工程與力學學院，甘肅 蘭州 730000)

文物保護是一門應用性學科,用現代科學技術的一切有利技術,最大可能真實、完整地保存文物所蘊含的價值信息,延長文物的壽命,減緩文物的劣變速度,它涉及社會科學、自然科學等多學科的理論與方法,文物保護經過多年發展,逐步在理念、技術方面取得了喜人的成就。文物保護已經成為一門顯性科學,但是,由于文物種類繁多,文物保存環境多樣,文物病害也表現不同形式,文物保護的技術與方法也各不相同。長期以來,文物保護的研究多集中在理念和技術方面,文物保護的理論一直借鑒相關學科的理論與方法體系,文物保護學由于缺乏基礎理論體系,難以形成文物保護學科。文物保護理論的缺乏,也制約著文物保護技術的發展,文物保護技術的研發仍處于將相關學科成熟技術與文物特殊需求結合,通過植入、借鑒、集成相關學科的成熟技術推動文物保護技術發展與進步。

文物病害的治理是對文物存在的風險評估,通過管理和技術措施控制風險發生的一種人類活動。控制論是關于控制的理論, 自諾伯特·維納提出控制論以來[1], 控制論的思想和方法已經滲透到了幾乎所有的自然科學和社會科學領域, 20世紀60年代,國內就已經開展了控制論在哲學領域的探討,改革開放后,逐步在自動化領域開始應用,金觀濤等系統闡述了控制論理論與方法[2]，學者們也在地震[3]、水利[4]、油田[5]、環境[6]等地學領域展開應用研究,并提出了地質控制論[7-10]?？刂普撛谖奈锉Ｗo領域還沒有專門探討,但是文物保護領域在風險理論應用研究中已經采用了控制論的基本方法和思路。風險管理理論起源于20世紀50年代,逐步應用于地質災害評估[11]，20世紀70年代意大利將風險管理理論應用于文物保護領域[12]。在國內,風險管理最早應用于企業管理,逐步在金融領域展開較多應用與研究,也開始探討在地質災害評估中的應用[13],在文物保護領域，風險控制已經在博物館管理[14]、火災[15]、地震[16-17]、洪水[18]、遺址監測[19]、風險預警體系構建[20]、文物保護與修復[21]、壁畫風險評估[22]、不可移動文物風險管理[23]等開始研究和應用。當前,文物保護技術發展已進入瓶頸階段,建立文物保護學科自身的理論體系,將極大推動文物保護技術的進步與發展。

1 文物病害及文物保護

文物是人類在社會活動中遺留下來的具有歷史、藝術、科學價值的遺物和遺跡,是物質遺存,文物的病害就是環境與文物相互作用、相互制約引起的影響文物的安全、功能和價值信息繼續保存的問題,文物的病害是文物與環境相互作用的結果。影響文物病害有2方面因素:文物的材質和結構、文物的賦存環境。文物材質種類多,分無機質和有機質,文物的結構包含了結構組成與形制特點等內容;文物的賦存環境有多種形式,有室外與室內之分,也有地上、地下和水下之分,文物所賦存的自然環境、氣象條件、人為環境也千差萬別。文物保護就是采取管理與技術措施減緩文物的劣化,保存文物所蘊含的價值信息,文物保護技術的實質有2方面內容:①提高文物本身抵抗環境破壞的能力；②控制環境條件,降低環境對文物的劣化。文物保護技術可分為2類：①保護修復與加固,通過技術手段修復文物功能或對文物劣化部分進行補強加固提高文物安全程度、達到保存文物價值信息,減緩文物劣化速度的目的,實現延長文物壽命;②預防性保護,通過控制不良環境影響因素,改善文物的賦存環境,將影響文物劣化的環境因素控制在恰當的范圍,從而降低環境因素對文物的破壞,進而達到減緩文物劣化速度的目的。這2類技術實質就是控制文物病害發生的2方面影響因素:內因(文物本身)和外因(賦存環境),控制的前提都是需要對影響因素的作用進行風險評估。

2 控制論和風險管理理論與文物保護

2.1 文物的控制論

控制論是關于控制的理論,文物保護就是對文物風險實施控制的技術,控制論是研究動態系統在變的環境條件下如何保持平衡狀態或穩定狀態的科學。文物的控制論有2個基本特征：①被控制的對象必須存在多種發展的可能性,文物有發生病害的可能性,也有沒有病害的可能性,病害有繼續發展的可能性,也有穩定的可能性;②人可以通過一定手段對可能性進行選擇,文物保護技術就是通過控制影響文物病害發生的內外因條件選擇文物發展趨勢的可能性。

2.2 控制過程與控制能力

文物的控制過程有3個基本環節：①分析文物發展的可能性空間是什么,文物可能會產生病害、病害可能繼續發展、病害的發展速度可能快也可能慢、文物消失等;②在可能性空間中選擇某一些可能性,如文物不產生病害、病害不繼續發展、病害發展速度減低;③控制條件,通過改變影響因素使文物向選擇的可能性發展。文物的可能性空間往往有比較復雜展開方式,如保護修復過的文物,有時會出現新的病害,也就是出現新的可能性空間。因此,控制不是一成不變的,往往還需要根據文物的發展，在不同階段采取不同的控制條件。

控制能力也是需要探討的問題,控制能力實質上是縮小可能性空間的程度,文物保護往往很難做到將可能性空間縮小到某種唯一狀態,更多的是縮小到一定范圍。將控制目標設定為某唯一狀態往往會增加控制成本,導致控制失靈;而設定一定范圍的控制難度會減低很多,控制容易成功。如有些館藏文物環境控制中恒溫恒濕是理想狀態,但這是做不到的,我們只能將溫濕度控制在目標值附近的小區間,這樣才有利于實現控制。同樣的問題,讓文物永遠保存下去是理想目標,也是不可能實現的。因此,目前的文物保護理念是盡量延長文物的壽命,這個目標實現的難度就會降低。文物保護效果評估一直是文物保護技術發展的短板,由于現階段評估手段的不足,往往評估時缺乏量化手段,可以從控制能力著手,評價可能性空間是否縮小,進而對保護效果做出定量評估,也為未來技術發展提供思路,不斷減小可能性空間。

2.3 控制方法

控制的方法有隨機控制、記憶控制、共軛控制、負反饋控制等。隨機控制是可能性空間縮小的過程,在文物病害調查時就需要涉及隨機控制的問題,要達到控制有效,隨機控制要求目標必須在探索范圍之內,也就是說文物調查時需要全面,所有可能影響文物病害的因素都調查清楚。如大足石刻寶頂山治水工作,開始由于沒有注意到巖體中的軟弱夾層產生構造層間錯動現象,一直對大佛頭部等處出現少量、點狀滲水不能有效控制?；谶@樣的原理,現在實行的文物監測工作,也應該對所有可能影響文物的因素全面監測,雖然有些因素目前可能對文物沒有造成明顯破壞,但也應該予以關注。有記憶控制可以提高隨機控制的速度,從現有的研究可以看出,在保護材料篩選試驗中,有較多的重復工作。許多研究工作沒有充分借鑒前人取得的結論性成果,從有記憶控制的角度,可以制定文物保護技術的負面清單,提高控制效率。文物由于特殊性,分析測試往往需要無損技術,尤其在探測內部狀況時往往缺乏必要手段,可以采用共軛控制方法。如常用的超聲波探測內部缺陷,將內部缺陷轉化成波速、測量波速、用波速解釋內部缺陷,這就是一種共軛控制的辦法,這種方法可以有效解決文物保護研究中方法不足的問題。實踐中,文物保護的難度極大,很多情況使文物保護技術難以達到理性狀態,只能不斷逼近理想目標,這也是為什么文物保護是減緩文物劣化速度而不是防止文物劣化。文物保護的可再處理性原則也是基于這個現實,這實質上就是控制能力達不到需求的問題,負反饋控制擴大了控制能力,是一種不斷趨向目標狀態的過程,可以通過反饋、調整等多次控制,最終逼近目標。

從控制過程的第一個環節可以知道,要實現控制,首先需要了解可能性空間,這是一個信息收集的過程。在文物保護時,我們發現某個遺址基礎掏蝕,這個掏蝕可能造成遺址坍塌,也可能不造成遺址坍塌,這種信息是不確定的。因此無法實現控制,控制需要一定的信息量,需要通過分析,確定造成遺址變形坍塌的概率,縮小可能性空間,才可能實現控制。實踐中對遺址掏蝕不經過分析計算,都采取技術措施予以加固,既違背了最低限度干預原則,也不符合控制論的要求。

2.4 信息的傳遞

信息具有可傳遞性,沒有可傳遞性不能稱之為信息。傳遞需要通道,例如在石窟寺砂巖風化過程研究中,由于缺乏必要的監測設備等傳遞通道,遺址風化過程的微觀機制就不能傳遞到人的認知,造成對風化機理研究滯后,對砂巖風化的控制技術研究一直比較薄弱。信息是客觀存在的,但信息的傳遞具有主觀性,這是信息的主觀性。如遺址的含水率是客觀的,但是,采用不同測試手段傳遞給人的結果可能不一樣,這是由信息主觀性決定的。為了保證信息的正確,就需要多種信息傳遞通道,控制論需要信息的重復性,在文物監測時,常常需要將人工檢測和儀器自動檢測結合起來,才能實現有效控制。傳遞通道的容量太小,信息難以及時傳遞,通道容量太大,信息受到的干擾增大。文物的病害程度往往是漸變的系列過程,實踐中就需要對病害進行分類、分級,才能達到較好的控制效果。信息是可以儲存的,但是,儲存的信息往往只是文物的某一個側面。文物是物質遺存,物質遺存是很難保存的,我們可以用文字、照片保存文物的信息,也可以用數字化技術保存文物的立體信息,但是,它肯定不是最全面的,信息量是有限的。因此,應該最大可能保存文物的實體,才可能保存無窮大的信息。

2.5 系統的研究方法

控制研究的對象是文物和賦存環境整體系統,文物保護控制的是文物病害的發生、發展,這就需要研究系統內影響因素和病害之間的因果關系。以往的研究試圖采用因果長鏈法分析影響因素與病害的關系,由于文物的病害是多因素耦合形成的,因果長鏈研究應該有一個合適的限度,因此,采用該方法研究進展比較緩慢。概率因果法和網絡因果法在未來遺址博物館預防性保護研究中會有較大的應用前景。文物的某一環境因素發生改變,不一定某種病害一定會出現,只是病害有出現的概率。文物病害是多因素耦合形成,如霉菌的生長,既需要合適的濕度、也需要合適的溫度。我們可以通過研究文物環境與病害出現概率,研究整個系統的因果網絡來探究影響因素之間的因果關系。文物病害發生存在互為因果和自為因果的情況,病害的發展往往是一個加速的過程,如裂隙造成遺址變形,而遺址變形又會引起裂隙的進一步擴大,進而又造成遺址變形增大與加速。

在文物的病害發育過程中,大部分互為因果關系,分析這種關系,就需要考慮系統的穩態結構。遺址博物館的遺址地面,因為溫度的影響,地面土體結構風化疏松,隨著疏松厚度增大,溫度對遺址影響逐漸減弱,直至形成一個穩定狀態。如果穩態結構的一方被改變,穩態結構就遭到破壞,遺址的病害就會重新發育。因此,對于已經形成穩定狀態的遺址,不宜對遺址表面進行清理。選擇可能性時我們期望文物與賦存環境整個系統趨于一個穩態結構,穩定態不是唯一的,可以通過提高文物性能達到穩定態,也可以通過改變環境達到穩定態。研究時,需要將所有穩定態找出來,選擇合適的控制措施,建立對文物最為有利的穩定態。穩定和均勻是密切聯系的,遺址內部存在裂隙,遺址體的結構產生不均勻,遺址內部應力分布就不均勻,可以通過灌漿措施,使遺址結構趨向均勻；同時,在材料選擇上也要求盡量選擇和遺址性能兼容的材料,這也是為了均勻。埋藏地下的封閉墓室是均勻的,墓室文物的病害是穩定的,當文物置于開放的環境,開放系統和外界有交換,是不均勻的,文物的病害會從穩定變為不穩定,控制的措施之一就是使文物重新處于穩定環境。

系統的穩態結構是不斷變化的,系統常常會從一個穩定態到另一個穩定態,最終產生質變。文物的病害發生質變可以通過飛躍和漸變2種方式實現。如遺址的崩塌,更多是突然發生,是質變,而滑坡通常是先緩慢滑動,當滑動變形積累到一定程度,突然發生快速滑動,這個過程是連續的,是一個質變通過漸變實現的例子。文物保護時大家都比較關注飛躍引起的質變,對漸變引起的質變關注不夠,如遺址的風化,遺址風化會緩慢減少遺址體量,直至遺址消失。對一些遺址體量已經因風化殘留不多且有重要價值的遺址,這個問題應該予以高度關注。文物的質變是有條件的,文物保護就是針對文物病害的穩定態,不僅是文物環境的穩定態,研究影響穩定態的因素,控制引起飛躍和漸變的條件,從而達到保護文物的目的。

文物的預防性保護是一個控制過程,而控制可以采用黑箱理論認識文物本體和環境對病害的影響。當前,有2種研究思路：①研究單一因素和病害或多因素耦合和病害之間作用過程的機制,這方面進展比較緩慢,難以支撐控制的需求,這是一種打開黑箱的辦法；②不打開黑箱的辦法,通過統計學、概率學研究影響因素和病害的結果之間關系,不考慮中間的作用機制,這應該是未來研究的一個主要思路。

2.6 文物的風險理論

風險管理是研究風險發生規律和風險控制技術的一門新興管理科學,通過風險識別、風險評估、風險決策、風險控制等方式,對風險實施有效控制和妥善處理損失的過程。

文物保護就是對文物存在的破壞風險進行控制的人類活動,也就是對文物的病害或潛在病害進行人為干預,消除文物消失的風險。運用控制論來保護文物,就需要對文物發展的可能性空間進行判斷,控制目標選擇也需要對文物存在的風險進行評估、決策,風險監控也是控制的一種。文物保護主要控制的是文物的風險,這是由文物的獨特性決定。利用風險理論可以有效補充控制論中分析文物風險可能性空間的方法,也可以通過風險評估提高可能性空間目標選擇的科學性,通過風險決策來選擇適合的可能性空間目標。

文物風險控制論就是通過風險管理理論對文物的風險進行識別、評估、決策,采用控制論研究文物風險系統,進而控制文物病害的發生、發展,實現保護文物的目的。風險控制理論有2方面內容:①文物病害的發生、發育受到構造、結構、環境的控制,調查、研究、分析文物的病害需要運用控制論的原理和方法；②文物保護與修復需要采用風險控制來研究適合的文物保護技術。文物風險控制論是由一系列理論組成的理論體系,它包括了地質構造控制論、文物結構與材質控制論、文物環境控制論等,也包含了文物病害評估理論、文物風險預測理論、文物風險管理理論、文物病害控制技術等應用理論。

3 文物風險控制論在文物保護中的應用

3.1 在遺址類文物調查中的應用

土遺址、石窟寺、巖畫類文物一般體量大,多存在于野外,是一類特殊的地質體,其病害的發育、發展受地質環境影響。在地質工程中有構造控制論、結構控制論、地質環境控制論等理論。這些理論可以分析研究遺址類文物病害,如新疆吐魯番交河故城的崖體加固工程。交河故城在一柳葉形臺地上,崖岸周長約3 600 m,高達30 m,崖面陡直,坡度80°～90°,部分崖面中部內凹,沿崖岸部分地段尚殘留有高1.4～1.6 m,厚0.5～1.5 m的女兒墻,故城東崖岸受河流沖刷塌毀15～20 m,部分地段殘留有大量建筑。土遺址病害可分為3大類型:穩定問題、水的問題和淺表層風化,采用構造控制論和環境控制論可以準確地分析崖體穩定問題。按照控制論要求,對可能影響崖體穩定的構造、結構和環境因素全面調查,經過分析發現交河故城崖體發育3組節理:NE向組,走向15°～35°,均值25°,傾角近直立;NNW向組,走向310°～330°,均值325°,傾角近直立;NWW向組,走向275°～295°,均值285°,傾角近直立。其中以走向25°和走向325°兩組發育,走向285°組次之。發育一組卸荷裂隙,其優勢破壞產狀:走向NW,均值328°,傾角近直立,平行崖體走向,崖體結構體主要受4組裂隙控制。崖體地層微向南東傾,坡度3%,環境因素中地震和短時間強降水影響較大。經過分析,這些因素可能造成崖體存在錯斷式崩塌、拉裂式和傾倒式3種破壞風險,與崖體東側比西側病害嚴重的現象相符。

3.2 在遺博物館預防性保護中的應用

漢陽陵遺址外藏坑的預防性保護是另外一種案例。漢陽陵位于今陜西省西安市北郊的渭河之畔,2006年,在已發掘的帝陵外藏坑上建設了全封閉式的遺址博物館,將遺址與參觀環境分離,并對遺址和環境進行全面監測。研究發現,由于建筑效能降低,未能做到全封閉,遺址環境和外界仍有交換,處于不穩定態?；诳刂评碚?提出了采用人工干預控制遺址內部環境以及對性能降低的玻璃隔離帷幕維修的觀點。在研究時,基于遺址病害是多因素耦合形成,采用黑箱理論,研究了環境控制標準問題,雖然遺址環境仍處于不穩定態,但其變化波動明顯減少,遺址的病害發育速度明顯降低,說明了控制措施有一定效果。基于這個認識,提出以現有環境條件為基礎,減少波動閾值的控制標準。

3.3 在壁畫修復中的應用

文物是不可再生資源,文物修復過程中的風險往往對文物價值造成不可挽回的損失,如壁畫的修復,可能存在方案缺陷、技術適應性缺陷、修復技術人員缺乏、修復環境缺陷等風險問題,這就需要對文物修復過程的風險進行全面識別與評估。例如修復技術人員缺陷的可能性因素有:修復人員業務水平不足、對修復特殊工藝不熟悉、對設計思想不理解、身體健康有隱患、精神狀態不佳等等,這些因素造成修復效果有優、合格、不合格、文物破壞等多種可能性空間,這就需要按照文物風險控制論的要求進行質量控制,通過調查、分析全面掌握修復人員狀況,對存在的風險進行評估,根據評估結果，可通過選擇有經驗修復人員、對人員進行針對性培訓包括操作培訓、制定操作規程、設計人員技術交底，隨時了解技術、身體、精神等狀況,并對出現問題及時反饋,根據反饋調整控制措施。對于修復技術應用,也是一個控制過程,一般通過試驗、檢驗、反饋、調整、再試驗、再檢測的反復過程,這樣也是控制文物風險的有效手段。

4 結語

文物的病害是文物與環境相互作用的結果,文物保護就是采取管理與技術措施控制文物病害,減緩文物的劣化,保存文物所蘊含的價值信息。文物風險控制論是建立在風險管理理論和控制論基礎上的一種新理論,是針對文物存在的風險進行評估、控制的理論。在文物保護實踐中,首先需要對文物的病害進行評估,評估文物面臨的價值信息減少或喪失的風險,采用控制論研究文物病害的發生、發展及形成原因,分析文物可能存在的風險,采用控制論研究控制文物病害的技術與措施,對文物實行控制,使文物實體延年益壽。