文化遗产保护中的“黑科技”

文博会时间:2018-06-21 11:08:41编辑:黄丽来源:中国艺术报 陈思静 杨 阳

近日，由北京市文物局、北京市房山区人民政府、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所主办的2018年“文化自然遗产日”北京市主会场活动于周口店遗址举行。观众可以亲自走进猿人洞，看看猿人留下的灰烬和土层，也可以通过数字投放看到猿人洞的沧海桑田之变换等。除此之外， 2018年“文化和自然遗产日”北京市的系列主题活动在周口店遗址博物馆、慈悲庵、中国古动物博物馆、颐和园等多地同期举行。在系列活动中，观众既可以体验钻木取火、远古狩猎、考古挖掘等趣味项目，还可以看到皇家祭祀表演、明朝服饰表演等精彩演出。在此次系列活动中，“新技术护航文化遗产未来”成为新的主题，而在如今，新技术又是如何护航文化遗产的呢？

遗址披上“新衣”

周口店遗址猿人洞，原是一个天然石灰岩溶洞。从大约五六十万年前起，“北京人”在这里断断续续生活到约20万年前，“北京人”的遗骨、遗物、遗迹和洞顶塌的石块和洞外流入的泥沙等，在洞内一层又一层充填起来，形成巨厚的堆积层。“不要看它只是一些简单的石头、骨头，它是一部教科书，是一部历史书。 ”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员高星说。

然而长期以来，周口店遗址处于露天状态——风吹日晒、雨水冲刷、冰雪侵袭、植被根系生长、动物活动等各种自然力的破坏导致部分山体塌陷，遗址的岩壁迅速剥蚀，导致“北京人”的老房子险象环生。但该如何对其进行有效保护而又不影响其所处环境，成为了一大难题。

2012年，在历经3年的专家论证之后，周口店遗址管理处与清华大学建筑设计研究院合作的猿人洞遗址保护方案最终被联合国教科文组织和国家文物局批准。这是一座前所未有的史前遗址保护方案——采用大跨度的弧形壳体钢结构横跨猿人洞遗址之上，对整个遗址进行全方位覆盖。这样的设计既要实现对遗址的全面保护，又绝不能喧宾夺主，为实现这一目的，设计师进行了精密的计算，通过等高线还原出山体原貌，设计出和四周连绵起伏的山峦一致的建筑轮廓曲线。保护罩的设计亦是别出心裁，设计师根据现场的地质和气候数据，进行了大量数据模拟分析和计算将遗址的保护罩化整为零，将保护罩划分为825个叶片，进行相互搭建，并且叶片之间留有一定的空隙，既防止雨水进入，又让空气自然流通，保证了猿人洞内外温度、湿度相对一致。

825个叶片，每个叶片角度都不相同，为了保证施工时的精确性，设计师给每个叶片都编了号码。在搭建时，每个点都需要通过xyz三个坐标进行精确的空间定位，最后再对钢结构进行拼装，这对于现场施工是极大的挑战。正如周口店北京人遗址管理处主任董翠平所说：“在一个遗址上加盖保护棚，在世界上是为数不多的，其难度比在平地上做一个类似的保护棚要难得多。 ”

在世界文化遗产上大兴土木，如同在刀尖上跳舞，稍不留神可能就会造成无法估量的损失。在进行多次论证之后，遗址管理处决定对整个施工的重要参数进行实时监测，为此他们专门设计了一套特殊的工程检测预警系统，实现了边施工边检测。最终，施工方利用特殊的支架体系作为支撑，通过两台重型吊车对异形钢结构同时进行吊装及空中焊接，成功将由28根横向及15根纵向的钢梁组成的巨大的保护棚罩固定，高低错落地覆盖在整个猿人洞的上方。

经过7年论证， 3年施工，这个具有重要历史价值和极高科学地位的猿人洞终于披上了“新衣” ，得到了保护。

“慧眼”看透古迹“心脏”

除了猿人洞遗址的保护，在建城3000多年、建都800多年、拥有世界文化遗产7处，文物遗存3000余处的北京，科技早已悄然进入到文化遗产保护中。

北宋李诫有言：“凡构屋之制，皆以材为祖。 ”在中国传统古建筑中，木结构的使用随处可见，早在唐朝就已形成一套严整的木结构建筑制作方法。但是，木材在具有良好抗震性能的同时，亦存在容易受温度、湿度以及虫害的影响而产生腐烂、虫蛀等问题。如何准确检测、评价古建筑木结构和木构件的安全性能就成为保护古建筑必须要面对的问题，也是保护古建筑“长命百岁”的先决条件。

“在现在的古建筑保护中，有一种新型科学仪器——微钻阻力仪，靠着它，我们就像长了一双透视眼——可以‘看透’木心。 ”北京市古代建筑研究所科技保护研究室主任、副研究馆员张涛介绍，微钻阻力仪像一个长方形的铁盒子，里面装有一个45厘米长、直径只有1 . 5毫米的细长钻头，用它打进木头心，只在木头表面留下一个看不见的小孔，对古建筑的损伤极低。通过连接在钻头后面的传感器，可以显示出木头内部的情况。“仪器吐出的纸带上的曲线就像心电图的曲线，随着微型钻头不断钻进，曲线会出现高低不平的变化。当曲线突然从一个高峰跌落，经过一段低谷之后又开始上升，根据经验，我们就能判断这根木头出现了空心，连空心的大小都一目了然。 ”张涛说，一般在一根木头上打下2到3个孔，就能确定空心有多长，是整根木头都空了，还是空了几分之一或一半，之后就可以确定医治方案了：空心小的，可以想法修补，空心厉害的，就要及时换掉。

把新技术应用到古建筑修缮修复过程中，快速准确判定木构件的糟朽程度及病害类型，为修缮设计提供依据，为建立古建筑健康档案提供基础数据，推动前期木构件无损检测已成为科学系统保护木构件古建筑的基本前提和必备环节。

古迹中除了木材，石材也占有相当大的比例，如明十三陵石刻文物、神道石像生、颐和园耶律楚材墓、长城等，这些石材古迹亦会在大自然的风吹雨打中受到损伤。就长城而言，城墙看起来很厚，实际上是砖、石砌的外皮，里面都是夯土或者碎石。几百年风霜雨雪的渗透，长城城墙也会出现空心塌陷的毛病。对付城墙，不能用打孔钻探的方法，怎么办？

激光扫描技术在这里就能应用得上了——通过激光扫描测量的方法，大面积、大量采集空间点位信息，并建立三维影像模型。在激光的“慧眼”下，专家们可以看到石材古迹内部的情况，有问题的地方可以提前预警，需要维修时也能有的放矢。

而这些还只是科技文物保护中很小一部分。近年来，在文化遗产保护中的纳米技术与文物加固、颜色科学与文物虚拟修复、传感技术与文物预防性保护、文物信息数字化研究与应用、岩土工程技术与文物稳定性加固、地球物理探测与考古研究等方面均有大量新型科学技术得到应用，这足以让我们相信今后会有更多更好的技术为祖国文化遗产保驾护航。