科技賦能文物保護(hù)“創(chuàng)新有道”

作為人類智慧結(jié)晶和歷史進(jìn)步的標(biāo)志，每一件文物都承載著歷史、藝術(shù)、科學(xué)、社會、文化等多重價值。因此，對文物的保存與保護(hù)就顯得尤為重要。

2025年3月，新修訂的《中華人民共和國文物保護(hù)法》（以下簡稱“《文物保護(hù)法》”）開始施行，標(biāo)志著我國文物保護(hù)進(jìn)人依法治理的新階段。這部時隔20年后再次修訂的法規(guī)，不僅凸顯了與時俱進(jìn)推動文物數(shù)字化、有效利用等新理念、新措施，也為創(chuàng)新利用科技手段進(jìn)行文化保護(hù)提出了新課題。

近年來，各地文物保護(hù)單位利用技術(shù)創(chuàng)新，已從文物的保存、鑒別、展示、監(jiān)測預(yù)警等多個環(huán)節(jié)，對珍貴文物的預(yù)防性保護(hù)做了大量有益探索。

數(shù)字物紋精準(zhǔn)鑒別文物身份

隨著各地文物的流通、借調(diào)成為常態(tài)，文物身份的安全性也越來越受到重視。

為快速鑒別文物身份，天津大學(xué)智能與計算學(xué)部教授馮偉領(lǐng)銜的“館藏文物數(shù)字指紋提取鑒別與身份智能管理關(guān)鍵技術(shù)”，通過高精度數(shù)字化掃描和智能圖像處理，提取文物微觀表面形貌物理隨機(jī)性特征，構(gòu)建出一個可以代表文物身份的數(shù)字“指紋”，顯著提高了文物身份鑒別的準(zhǔn)確性和可靠性。

在機(jī)器臂操縱下，顯微探頭相機(jī)圍繞一件文物自動定位、精準(zhǔn)對焦及信息采集；電腦屏幕就會實(shí)時展示相機(jī)捕獲的細(xì)致畫面。畫面從文物全貌逐漸定位為微觀局域，一個發(fā)絲般大小的點(diǎn)位經(jīng)過上百倍放大，最終清晰地呈現(xiàn)在屏幕上。通過該技術(shù)，馮偉團(tuán)隊(duì)已為湖南博物院的400件文物建立了數(shù)字紋樣。

構(gòu)建“數(shù)字物紋”的技術(shù)難點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀連續(xù)尺度的自主原位比對。以青銅器為例，這一技術(shù)需要精準(zhǔn)采集特定點(diǎn)位作為“物紋”信息，且在后續(xù)進(jìn)行身份鑒別時，要能準(zhǔn)確找到當(dāng)初采集“物紋”的精確位置，并對“物紋”圖像信息進(jìn)行自動比對鑒別。

由于采集點(diǎn)位達(dá)到10微米級，環(huán)境光線的細(xì)微變化或點(diǎn)位定位的微小誤差，都可能對采集到的“物紋”圖像信息造成影響。為此，馮偉團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于立體視覺和人工智能的原位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對文物在三維空間內(nèi)從宏觀到微觀的六自由度自主定位和比對，并實(shí)現(xiàn)光照條件的自動還原，以及手眼物坐標(biāo)系的快速統(tǒng)一。“我們的原型系統(tǒng)能在幾分鐘內(nèi)自動判斷一件文物的真實(shí)身份，而且所提取的數(shù)字物紋在機(jī)理上保證了難以物理偽造的特性。”馮偉說。

馮偉認(rèn)為，保護(hù)文物如同保護(hù)人體健康，要防范文物“生病”、延緩文物“劣化”。因此，必須能夠精準(zhǔn)感知到文物病害的變化，從而對有病害但狀態(tài)穩(wěn)定的文物實(shí)施監(jiān)控、保存；對病害不斷演變劣化的文物采取措施進(jìn)行干預(yù)。

馮偉團(tuán)隊(duì)提出視覺原位比對思路：每次監(jiān)測，先想辦法把相機(jī)視角精準(zhǔn)地定位到文物同一局部區(qū)域，再對局部區(qū)域不同采集時刻的圖像進(jìn)行比對，從而發(fā)現(xiàn)文物的細(xì)微變化。

此外，以往文物進(jìn)出庫管理主要靠人工標(biāo)記，近年來被廣泛應(yīng)用的電子標(biāo)簽，也仍然存在高仿贗品“以假換真”的隱患。為確保“它就是它”，馮偉團(tuán)隊(duì)從總體設(shè)計、技術(shù)突破、裝備研發(fā)、示范驗(yàn)證四個維度進(jìn)行科研攻關(guān)，計劃將文物“數(shù)字物紋”技術(shù)打造成一個全場景、全周期、全安全級別的館藏文物身份保護(hù)與管理解決方案，并建立起相應(yīng)的裝備體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

目前，馮偉團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出長時間跨度下成像條件的復(fù)現(xiàn)技術(shù)、大空間跨度上多臺視覺設(shè)備的時空坐標(biāo)統(tǒng)一技術(shù)，以及基于上述兩項(xiàng)技術(shù)形成相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)和裝備，并對故宮博物院文華殿十余處彩畫文物進(jìn)行持續(xù)劣化監(jiān)測，為彩畫狀態(tài)評估、室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)評估提供了科學(xué)客觀的參考依據(jù)。

斷層掃描提供古建防震預(yù)警

作為文物大省，山西現(xiàn)有全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位531處，其中古建筑421處，重點(diǎn)文物保護(hù)單位及重點(diǎn)保護(hù)古建筑數(shù)量均居全國第一。

其中，藏有三尊明代貼金菩薩塑像的太原崇善寺大悲殿，是我國保存最完整的明代早期建筑之一。山西文物部門在勘察測繪中發(fā)現(xiàn)，大悲殿地基存在不均勻沉降。為一探究竟，研究人員在大悲殿及周邊區(qū)域布設(shè)了由52臺節(jié)點(diǎn)地震儀組成的短周期密集臺陣、5條地質(zhì)雷達(dá)測線和兩條多功能電法測線，通過探測穿過地下的電磁波、噪聲面波、電阻率等參數(shù)變化特征，查明下方地層是否存在空洞、裂縫等問題，從而分析出大悲殿不規(guī)則沉降的“病因”。

探測發(fā)現(xiàn)，相較于周圍現(xiàn)代設(shè)施，大悲殿地基防水性較為薄弱，地下水可能集中從崇善寺下面穿過。為避免大悲殿繼續(xù)下沉，山西省震災(zāi)風(fēng)險防治中心根據(jù)探測數(shù)據(jù)，開展了地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和損傷機(jī)制研究。2025年2月，隨著太原地鐵一號線的開通，山西省震災(zāi)風(fēng)險防治中心還計劃增設(shè)環(huán)境振動監(jiān)測設(shè)施，監(jiān)測分析地鐵運(yùn)行的振動對大悲殿結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的影響。

此外，為實(shí)時記錄云岡石窟周邊振動情況，山西省地震局在云岡石窟周邊布設(shè)了五套短周期地震計，用于給地下做計算機(jī)斷層掃描，一旦監(jiān)測發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)振動速度超標(biāo)，設(shè)備會自動發(fā)出警報。自2024年5月布設(shè)以來，共監(jiān)測到840多個ML0.1級到ML2.5級振動事件，全部位于石窟保護(hù)安全線之外。

并且，布設(shè)在云岡石窟周邊的地震計結(jié)合山西數(shù)字測震臺網(wǎng)，可以實(shí)時記錄石窟周邊振動情況，了解施工、爆破和超標(biāo)振動的時空分布特征，提升云岡石窟及周邊環(huán)境振動監(jiān)測預(yù)警能力，為科學(xué)圈定文物區(qū)易損范圍提供依據(jù)。此外，長期持續(xù)振動，可能導(dǎo)致壁畫和雕塑的振動疲勞損傷；通過地震預(yù)警信息，文物部門可以提前做預(yù)防性保護(hù)，減少文物受損風(fēng)險。

精確調(diào)控構(gòu)建文保生態(tài)系統(tǒng)

恒溫恒濕，是人們對文物保護(hù)的固有印象。實(shí)際上，從博物館綠色低碳技術(shù)的應(yīng)用到藏品庫房恒溫恒濕、空氣循環(huán)、安全消防綜合系統(tǒng)，乃至文物展柜的選擇，是一個從宏觀到微觀、由全局到個體，層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的生態(tài)系統(tǒng)。

為兼顧文物保護(hù)與參觀者舒適度，博物館會在開館閉館期間考慮到文物局部微環(huán)境控制、復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)不同組合運(yùn)行、空調(diào)機(jī)組變頻調(diào)節(jié)等多重因素。而不同質(zhì)地文物對于溫度、濕度以及光照條件有著不同的需求，博物館會根據(jù)其自身材質(zhì)，利用空氣循環(huán)和恒溫恒濕設(shè)備提供合適的保存環(huán)境。

以海南省博物館為例，該館藏品庫房配備有恒溫恒濕、空氣循環(huán)、安消防系統(tǒng)，根據(jù)文物質(zhì)地及來源，將藏品分類保存在金屬、陶瓷、石質(zhì)、紙質(zhì)、紡織、竹木藤、家具等不同庫房，并對有機(jī)質(zhì)藏品定期進(jìn)行熏蒸消毒和除霉殺蟲。

博物館會根據(jù)不同文物的保護(hù)要求實(shí)施環(huán)境監(jiān)測，隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)。從這個角度來說，庫房、文物展柜都是濃縮版的生態(tài)系統(tǒng)。例如，過大的空氣濕度會使金屬類文物生銹，存放海南省博物館開館初期“鎮(zhèn)館之寶”越王元北古錯金銘文青銅復(fù)合劍的金屬文物庫房，溫度需控制在20＼～24攝氏度，相對濕度控制在 40%～50% 0

展柜不僅能保護(hù)文物免受外界環(huán)境侵害，也能為觀眾提供良好的觀賞體驗(yàn)。文物展柜制造商信達(dá)展覽在考慮防潮防塵防蟲、溫度濕度控制的同時，還考慮了防紫外線、防盜報警等因素，通過配備智能濕溫度控制系統(tǒng)，根據(jù)需求自動調(diào)節(jié)，確保文物處于最佳保存狀態(tài)；通過采用高透光率、低紫外線輻射玻璃，保護(hù)文物免受紫外線侵害；通過配備防盜報警系統(tǒng)預(yù)防異常情況的發(fā)生。

“展柜制作需要對細(xì)節(jié)的極致追求和對技術(shù)的深刻理解。”信達(dá)展覽相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，對于易受潮的紙質(zhì)文物，他們會選擇具有良好防潮性能的木材或復(fù)合材料；對于需要展示光澤的金屬文物，會使用高透光率的玻璃。而展柜的密封性能直接影響到文物安全，為避免文物因環(huán)境變化而受損，信達(dá)展覽會采用真空密封、惰性氣體填充等技術(shù)，確保展柜內(nèi)的環(huán)境穩(wěn)定。

為精確調(diào)控微環(huán)境的相對濕度，成都金沙遺址博物館對溫度濕度要求較高的文物，在展柜內(nèi)安裝了“免補(bǔ)水凈化調(diào)濕機(jī)”，在不需要補(bǔ)水的情況下實(shí)現(xiàn)濕度升降，從而避免了因積水導(dǎo)致的電器短路、材料腐蝕、細(xì)菌滋生等情況。

為防范突發(fā)情況對文物造成損害，金沙遺址博物館還為國家一級文物太陽神鳥金箔等文物所用的展柜安裝了隔震臺。隔震臺按照防震要求，既有全系統(tǒng)防震，又有針對不同文物的個性化防震設(shè)計。防震裝置具有水平面內(nèi)各方向上的隔震能力，且無扭轉(zhuǎn)振動；配置的阻尼部件，則能保證地震期間文物各方向位移降到最小，從而最大程度保護(hù)文物安全。

脫酸技術(shù)讓古籍文獻(xiàn)煥發(fā)新生

對于紙質(zhì)文物來說，隨著時間的流逝，會不可避免地發(fā)黃、脆化、老化。酸，被認(rèn)為是紙張的“殺手”和“天敵”，也是紙質(zhì)文物保護(hù)的世界性難題。

紙張的主要成分和強(qiáng)度來源纖維素，在酸性條件下易發(fā)生水解，促使紙張老化。機(jī)器造紙出現(xiàn)后，紙張?jiān)诩庸さ倪^程中加入酸性物質(zhì)，更易產(chǎn)生酸化。大量紙質(zhì)檔案文獻(xiàn)因此破損，急需脫酸保護(hù)。目前，位于江蘇南京的中國第二歷史檔案館，館藏民國檔案達(dá)258萬卷，但由于民國檔案紙張質(zhì)量不佳、年代久遠(yuǎn)，紙張酸化比例較高；北京市檔案館館藏檔案達(dá)270萬余卷冊，通過測試部分發(fā)黃、發(fā)脆檔案的pH值發(fā)現(xiàn)，也已經(jīng)出現(xiàn)酸化問題。

中國人民大學(xué)信息資源管理學(xué)院教授張美芳介紹，目前，我國已經(jīng)有大量的科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)行動起來，利用脫酸技術(shù)，加入搶救古籍和歷史文獻(xiàn)的行列。脫酸技術(shù)，是利用酸堿中和反應(yīng)，使用堿性脫酸劑中和酸化紙張中的酸，常用的手段有浸泡、噴涂等。近年來，隨著新技術(shù)、新工藝迅速發(fā)展，獲得脫酸技術(shù)、設(shè)備、產(chǎn)品相關(guān)的專利已達(dá)110多項(xiàng)。

得益于對脫酸等技術(shù)的運(yùn)用，一些檔案館、博物館中的紙質(zhì)文獻(xiàn)資料得以保護(hù)和修復(fù)：2015年，中國第二歷史檔案館集中完成檔案紙張脫酸1.6萬張，六年后的跟蹤監(jiān)測顯示，pH值7以上紙張維持率超過 94% ，此后技術(shù)人員又嘗試將脫酸液稀釋在漿糊中，在修裱的同時完成脫酸；2022年，北京市檔案館脫酸檔案6萬頁，2023年脫酸10萬頁，并針對脫酸檔案開展持續(xù)性長效性脫酸效果評估，擴(kuò)大檔案破損情況調(diào)查范圍。同時，在脫酸實(shí)踐中嘗試降低脫酸成本，探索研究新型脫酸方法。

隨著文物保護(hù)手段的不斷進(jìn)步，從展館綠色低碳技術(shù)應(yīng)用，到藏品庫生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，乃至對數(shù)字技術(shù)、地震監(jiān)測、文獻(xiàn)脫酸等新技術(shù)的運(yùn)用，科技賦能不僅是文物保護(hù)的重要手段，也已成為文化傳承的重要一環(huán)。