現代科技守護古老敦煌

李韻　王笑妃

走進莫高窟351 窟，狹窄的洞窟里搭起了架子和采集設備，敦煌研究院數字化團隊正進行數字化采集。眼前古老的洞窟，將被定格在此刻，在數字世界中獲得“永生”。

現代科技，一邊幫助彩塑與壁畫“賽博永生”，一邊為古老敦煌“祛病延年”。近年來，敦煌研究院在科研方面的“硬實力”有目共睹：多項文物保護科技成果入選國家“十三五”科技創新成就展，聯合其他機構成立了我國首個也是目前唯一的國家古代壁畫保護工程技術研究中心，承接了多項國家重點文物保護項目，還走出國門，為吉爾吉斯斯坦、緬甸等“一帶一路”沿線國家的文化遺產保護提供技術支撐和中國方案。未來，敦煌研究院還有望組建國家重點實驗室。

科技織就“金鐘罩”

敦煌研究院石窟監測中心主任王小偉的身后，是一塊大屏幕，上面列滿實時更新的數據，科技感十足：石窟寺天氣實況、災害預警、實時游客量、文物保護工作現狀……監測范圍涵蓋莫高窟的大環境、微環境，以及崖體、洞窟本體，還包括展館、游客、工作等情況，可謂“一室之內，石窟動態盡在掌握”。

2022年，在莫高窟監測預警系統的基礎上，敦煌研究院啟動了甘肅省石窟寺監測預警系統（第一期）項目。

“我們監測了115個莫高窟的洞窟，還接入了敦煌研究院管理的甘肅省內的榆林窟、西千佛洞、麥積山、炳靈寺和北石窟寺等5處石窟寺的部分數據。幫助小石窟寺進行監測預警體系維護和數據分析，也是我們做省級平臺的意義之一。”王小偉介紹，該項目運用物聯網、無線傳感器等技術，將敦煌研究院所轄6處石窟寺的監測預警工作有機結合起來，并將氣象局、地震局等專業機構預警納入系統，為石窟寺的預防性保護、搶救性保護、旅游開放等工作提供數據支持。

除了常見的二氧化碳濃度和相對濕度，他們還對洞窟中的VOC（揮發性有機化合物，香水中多含）進行監測。雖然香水是否會對洞窟造成影響尚無定論，但提前積累數據，可以未雨綢繆。

除了人的行為、自然氣候可能對石窟造成影響，動植物及微生物也會影響到石窟安全。

走進敦煌研究院保護研究所生物實驗室，只見架子上碼著一排透明瓶子，瓶中泡著蛇、蜘蛛、蜥蜴等動物。為何要收集這些標本？它們與石窟又有何關系？仔細端詳后發現，瓶子上的標簽顯示著這些小動物采集于不同石窟。敦煌研究院館員賀東鵬解釋，鳥類、昆蟲、鼠類等動物進入洞窟做窩、排泄、抓撓，植物根系、枝條生長進入壁畫結構體內，微生物滋生、侵蝕等，都會對壁畫造成破壞，因此要進行防治。

實驗室的一角，一個盒子里密密麻麻的黑點在動，走近一看竟然是甲蟲。“這是我們為了研究專門養的當地的擬步甲科昆蟲。前幾年降雨增多，這種昆蟲大量繁殖，少量爬進了洞窟。目前，通過化學藥劑、布設陷阱等方式，盡量把它們的種群數量控制在合理范圍內。”賀東鵬解釋道。

來到敦煌研究院應急指揮中心，又是一塊碩大的屏幕，不同區塊分布不同的監控畫面，既有門前杳無人跡的非開放洞窟，也有熙熙攘攘、攜家帶口的游客，還有麥積山等石窟的值班室畫面。

敦煌積極開展“平安石窟”建設，2023年5月，莫高窟安防升級改造工程完成初驗，一院六地石窟安防系統的全面聯通，在石窟寺上方罩起越織越密的“金鐘罩”。

“莫高窟本地有780多個攝像頭，聯動榆林窟等其他5處石窟共有超1300路視頻圖像。”敦煌研究院保衛處副處長張帥介紹，保衛處嚴格執行24小時雙人雙崗值班，有人靠近禁區觸發警報后，保衛處將立刻派出無人機或車輛和人員，“窟區兩三分鐘就可以到現場，遠的地方五六分鐘”。張帥自豪地說：“保守地說，我們的安防系統應該可以在全國文物系統排前五。”未來，敦煌研究院還希望申請成為全省的文物安全培訓基地，向更多文保單位推廣先進的安防經驗。

安全保障體系，除了守護文物安全，同時還能守護游客和職工的安全。“我們將現有的安防、消防、電氣線路系統等都集成到數字孿生模型上，便于內部的隱患排查、風險分級管控。”

安防系統還接入了院內監測中心、游客預約系統等的數據，并且數據與酒泉市消防支隊、敦煌市公安局共享，“盡量不做信息孤島”。系統升級后，民警因游客走失、遺失物品來查監控的效率大大提升。“從原來的三四小時，到現在最快5分鐘就能解決問題。”張帥說。

實驗鍛造“護身符”

一臺電腦顯示屏上，數字化模擬復原的莫高窟254窟壁畫“薩埵太子本生”，如同剛剛繪制而成，色彩艷麗明亮，與斑駁黯淡、飽經滄桑的原始壁畫形成鮮明對比。敦煌研究院副研究館員柴勃隆介紹，這是莫高窟首幅用多光譜技術復原的壁畫。在紫外光、紅外光下，肉眼看不到的壁畫線條、有機顏料使用位置等細節都浮現出來，如同人民幣在紫外線下會呈現防偽標識一般。運用多光譜技術，最終可以對壁畫顏料層及繪畫技法進行科學而非主觀的復原，還原到壁畫最初創作時的模樣。而且這種方式是無損的、非接觸的，不會對壁畫造成損害。

柴勃隆指著屏幕上285窟中“五百強盜成佛姻緣故事”的圖像說：“其實古人當時畫了許多精彩的細節，比如紫外線下，噴射的血跡都依稀可辨。還能看到古人繪畫時的修改痕跡，比如254窟壁畫中，老虎尾巴的位置就被修改過。”他興致勃勃地分享。

此外，多光譜也可以幫助辨別壁畫中不同顏料的分布位置。“好多變色的壁畫我們看到都是黑色的，但變黑前它們到底是什么顏料？通過對比顏料多光譜圖像標準數據庫，就可以探明它們的真身，是鉛丹還是靛藍等。”

跟隨穿著白大褂的科研人員，穿行于敦煌研究院保護研究所的各實驗室之間，形形色色的儀器與設備叫人目不暇接。墻上的一幅幅海報，記錄著敦煌研究院在科研上的累累碩果。

敦煌石窟的壁畫用了哪些制作材料和工藝？如何防止壁畫發霉？如何將壁畫原位保護？……敦煌壁畫塵封千年的秘密，在掃描電子顯微鏡、拉曼光譜、X 射線熒光光譜等現代科技襄助下，逐漸浮現出真容。

走進高約兩層樓、占地3000多平方米的國內首座文物保護領域的多場耦合實驗室，能于一時一地目睹一年四季：冬季倉中，來自鎖陽城遺址的樣本上覆蓋著皚皚白雪；風雨倉中，來自慶陽北石窟寺的樣本經歷著“風吹雨打”；夏季倉中，取自秦東陵遺址的樣本最為“滄桑”，表面的裂縫已如溝壑縱橫。

“這個樣品已經經歷了一個完整年周期的加速模擬。最開始它的表面是比較平整光滑的，經歷了一個年周期的降雪、降雨和風化過程后，它已經有了一些比較明顯的病害發育。”敦煌研究院保護研究所副研究館員張博介紹，這些樣本并非取自遺址本體，而是使用遺址周邊原狀樣品，或是用傳統工藝制成的。

多場耦合實驗室具有時間可控、精度可調，可進行多場耦合模擬、足尺樣品模擬等優勢。這里可以在短時間內，模擬不可移動文物經歷多種不同自然條件“摧殘”后的模樣，為保護工藝和材料的使用、研發提供數據，揭示土遺址“生病”的原因。3個倉體配合使用，可以模擬從-30℃～60℃的溫度、從10%～90% 的相對濕度，以及風、雨、雪、日照等一年四季土遺址所在地域的各種氣候條件。

在多場耦合實驗室中，時間可以被“加速”。“像干旱環境，四五十天左右就能夠模擬完一個年周期。”張博表示，未來還有望進一步優化、壓縮這一模擬過程。

敦煌研究院副院長郭青林說：“我認為沒有不好的材料，只有不好的使用環境和方法。就像人治病，哪個處方有效，需要不斷通過模擬實驗來驗證。”多場耦合實驗室就是模擬各種“病癥”，試驗“藥方”的有效性。“我們可以在實驗室里驗證學者最新研究成果的可行性；材料研發出來后，我們還可以給保護工藝、材料開出一個詳細的使用說明書，比如它們適用哪些遺址？具體應該怎樣用？”張博介紹，像敦煌研究院自主研發的PS 材料，就是通過實驗研究出它針對哪些降雨強度加固效果較好。

數字開啟“永生路”

走進正在進行數字化采集的莫高窟351窟，頓覺溫度驟降，因此即使窟外超過30℃，但在陰冷洞窟一扎就是一整天的采集人員，也要裹著厚厚的外套。窟內，彩塑佛像垂眉，與鋼架上的采集設備面面相對。千年時光，于此刻凝固在“賽博”空間。

“針對狹窄空間，我們定制了可以任意組裝拆卸的采集設備；針對大型空間，我們研發了自動化采集設備。”敦煌數字化工作團隊工作人員路育成介紹。

“機器之用，物化之學，工之智也。”一代工匠有一代工匠的智慧。古代的工匠和畫師，開鑿洞窟，勾描壁畫，為我們留下寶貴的敦煌文化；今日敦煌研究院的數字化團隊，則以數字技術助力敦煌永生。從20世紀90年代起，敦煌研究院開始數字化探索，“數字敦煌”建設不斷攀登新的高峰。

路育成介紹，目前，“數字敦煌”已采集290個洞窟，采集面積2.6萬平方米，全景漫游節目制作洞窟172個，石窟空間結構掃描洞窟206個，彩塑三維重建44身，數字化掃描歷史檔案底片42 134張，并為新疆、西藏等9省區市近20處文物保護單位提供了數字化技術支撐。

2022年，“數字敦煌”入選世界互聯網大會“攜手構建網絡空間命運共同體精品案例”。“在全球200多個案例中，我們是唯一入選的文博單位。”敦煌研究院院長蘇伯民驕傲地說。

百尺高樓從地起，世上無一蹴而就之事。這樣的成績，背后是采集人員長年累月的默默耕耘。以351窟為例，窟中壁畫的表面積約為400多平方米，8位工作人員需花費100多個工作日采集數據，后期圖像拼接還需三四個月。

走進圖像處理加工辦公室，屋里十分靜謐，只有鼠標點擊的聲音。數字化團隊的成員，如窗外的銀白楊一般，安靜又堅定。在洞窟里完成數字化采集之后，要在這里進行圖像的拼接與定位糾正、彩塑和洞窟空間結構三維重建等處理。就是這些人在電腦前，日復一日、年復一年地拼接一張張圖片，如搭積木般，搭建起數字世界里絢麗的敦煌。

“一人一天只能拼接二三十張圖片，而一個壁面往往就有上千張圖片。并且我們要進行兩遍復查修改，確保壁畫的形變控制在毫米級。”路育成介紹，“不過我們正在研發自動拼接技術，未來有望大大提升拼接效率。”

路育成從事數字化工作10余年，他坦誠地說：“前兩年可能覺得枯燥，但是做了三四年，沉下心來了，自己也覺得是為后人留下歷史的檔案，很有意義。”

“數字敦煌”，不僅為了永久保存敦煌的文化遺產，而且為了讓全民、全世界共享敦煌寶庫內的資源。敦煌研究院一直積極推進數字化資源成果的轉化利用，讓全世界人都可以在云端欣賞敦煌文化。

2022年，全球首個基于區塊鏈的數字文化遺產開放共享平臺“數字敦煌·開放素材庫”上線，來自莫高窟等石窟遺址及藏經洞文獻的21類壁畫專題、首批6500余份高清數字資源檔案向全球開放。

“以前國際敦煌學界的國際敦煌項目數據庫，只是把照片原原本本放上去，我們的敦煌遺書數據庫則充分發揮了專家資源優勢，補充了遺書全文錄文。”蘇伯民表示，敦煌研究院還在和英國、俄羅斯等國家協作，達成數字資源共享，推動海外敦煌文物的數字化回歸。

敦煌研究院也在不斷探索以最新科技，為敦煌數字化資源找到更好玩、更有趣、更活潑的活化利用方式。從前幾年推出的“云游敦煌”微信小程序，到2023年發布的超時空參與式博物館“數字藏經洞”，都獲得了很高的點擊量。“未來，希望人們在手機上就能很輕松地觸及敦煌，比如利用VR（虛擬現實）等技術，也許將來人們坐在家中，就可以進入莫高窟每一個洞窟參觀游覽。”蘇伯民笑著說。

本文轉自光明網