科技赋能 文物保护“创新有道”

　　文/本刊记者 冯昭

　　作为人类智慧结晶和历史进步的标志，每一件文物都承载着历史、艺术、科学、社会、文化等多重价值。因此，对文物的保存与保护就显得尤为重要。

　　2025年3月，新修订的《中华人民共和国文物保护法》（以下简称“《文物保护法》”）开始施行，标志着我国文物保护进入依法治理的新阶段。这部时隔20年后再次修订的法规，不仅凸显了与时俱进推动文物数字化、有效利用等新理念、新措施，也为创新利用科技手段进行文化保护提出了新课题。

　　近年来，各地文物保护单位利用技术创新，已从文物的保存、鉴别、展示、监测预警等多个环节，对珍贵文物的预防性保护做了大量有益探索。

　　数字物纹 精准鉴别文物身份

　　随着各地文物的流通、借调成为常态，文物身份的安全性也越来越受到重视。

　　为快速鉴别文物身份，天津大学智能与计算学部教授冯伟领衔的“馆藏文物数字指纹提取鉴别与身份智能管理关键技术”，通过高精度数字化扫描和智能图像处理，提取文物微观表面形貌物理随机性特征，构建出一个可以代表文物身份的数字“指纹”，显著提高了文物身份鉴别的准确性和可靠性。

　　在机器臂操纵下，显微探头相机围绕一件文物自动定位、精准对焦及信息采集；电脑屏幕就会实时展示相机捕获的细致画面。画面从文物全貌逐渐定位为微观局域，一个发丝般大小的点位经过上百倍放大，最终清晰地呈现在屏幕上。通过该技术，冯伟团队已为湖南博物院的400件文物建立了数字纹样。

　　构建“数字物纹”的技术难点，是实现从宏观到微观连续尺度的自主原位比对。以青铜器为例，这一技术需要精准采集特定点位作为“物纹”信息，且在后续进行身份鉴别时，要能准确找到当初采集“物纹”的精确位置，并对“物纹”图像信息进行自动比对鉴别。

　　由于采集点位达到10微米级，环境光线的细微变化或点位定位的微小误差，都可能对采集到的“物纹”图像信息造成影响。为此，冯伟团队研发了基于立体视觉和人工智能的原位技术，实现对文物在三维空间内从宏观到微观的六自由度自主定位和比对，并实现光照条件的自动还原，以及手眼物坐标系的快速统一。“我们的原型系统能在几分钟内自动判断一件文物的真实身份，而且所提取的数字物纹在机理上保证了难以物理伪造的特性。”冯伟说。

　　冯伟认为，保护文物如同保护人体健康，要防范文物“生病”、延缓文物“劣化”。因此，必须能够精准感知到文物病害的变化，从而对有病害但状态稳定的文物实施监控、保存；对病害不断演变劣化的文物采取措施进行干预。

　　冯伟团队提出视觉原位比对思路：每次监测，先想办法把相机视角精准地定位到文物同一局部区域，再对局部区域不同采集时刻的图像进行比对，从而发现文物的细微变化。

　　此外，以往文物进出库管理主要靠人工标记，近年来被广泛应用的电子标签，也仍然存在高仿赝品“以假换真”的隐患。为确保“它就是它”，冯伟团队从总体设计、技术突破、装备研发、示范验证四个维度进行科研攻关，计划将文物“数字物纹”技术打造成一个全场景、全周期、全安全级别的馆藏文物身份保护与管理解决方案，并建立起相应的装备体系和标准规范。

　　目前，冯伟团队已研发出长时间跨度下成像条件的复现技术、大空间跨度上多台视觉设备的时空坐标统一技术，以及基于上述两项技术形成相应的监测系统和装备，并对故宫博物院文华殿十余处彩画文物进行持续劣化监测，为彩画状态评估、室内空调系统评估提供了科学客观的参考依据。

　　断层扫描 提供古建防震预警

　　作为文物大省，山西现有全国重点文物保护单位531处，其中古建筑421处，重点文物保护单位及重点保护古建筑数量均居全国第一。

　　其中，藏有三尊明代贴金菩萨塑像的太原崇善寺大悲殿，是我国保存最完整的明代早期建筑之一。山西文物部门在勘察测绘中发现，大悲殿地基存在不均匀沉降。为一探究竟，研究人员在大悲殿及周边区域布设了由52台节点地震仪组成的短周期密集台阵、5条地质雷达测线和两条多功能电法测线，通过探测穿过地下的电磁波、噪声面波、电阻率等参数变化特征，查明下方地层是否存在空洞、裂缝等问题，从而分析出大悲殿不规则沉降的“病因”。

　　探测发现，相较于周围现代设施，大悲殿地基防水性较为薄弱，地下水可能集中从崇善寺下面穿过。为避免大悲殿继续下沉，山西省震灾风险防治中心根据探测数据，开展了地震作用下的结构响应和损伤机制研究。2025年2月，随着太原地铁一号线的开通，山西省震灾风险防治中心还计划增设环境振动监测设施，监测分析地铁运行的振动对大悲殿结构可能产生的影响。

　　此外，为实时记录云冈石窟周边振动情况，山西省地震局在云冈石窟周边布设了五套短周期地震计，用于给地下做计算机断层扫描，一旦监测发现保护区内振动速度超标，设备会自动发出警报。自2024年5月布设以来，共监测到840多个ML0.1级到ML2.5级振动事件，全部位于石窟保护安全线之外。

　　并且，布设在云冈石窟周边的地震计结合山西数字测震台网，可以实时记录石窟周边振动情况，了解施工、爆破和超标振动的时空分布特征，提升云冈石窟及周边环境振动监测预警能力，为科学圈定文物区易损范围提供依据。此外，长期持续振动，可能导致壁画和雕塑的振动疲劳损伤；通过地震预警信息，文物部门可以提前做预防性保护，减少文物受损风险。

　　精确调控 构建文保生态系统

　　恒温恒湿，是人们对文物保护的固有印象。实际上，从博物馆绿色低碳技术的应用到藏品库房恒温恒湿、空气循环、安全消防综合系统，乃至文物展柜的选择，是一个从宏观到微观、由全局到个体，层层递进、环环相扣的生态系统。

　　为兼顾文物保护与参观者舒适度，博物馆会在开馆闭馆期间考虑到文物局部微环境控制、复合空调系统不同组合运行、空调机组变频调节等多重因素。而不同质地文物对于温度、湿度以及光照条件有着不同的需求，博物馆会根据其自身材质，利用空气循环和恒温恒湿设备提供合适的保存环境。

　　以海南省博物馆为例，该馆藏品库房配备有恒温恒湿、空气循环、安消防系统，根据文物质地及来源，将藏品分类保存在金属、陶瓷、石质、纸质、纺织、竹木藤、家具等不同库房，并对有机质藏品定期进行熏蒸消毒和除霉杀虫。

　　博物馆会根据不同文物的保护要求实施环境监测，随时进行数据调节。从这个角度来说，库房、文物展柜都是浓缩版的生态系统。例如，过大的空气湿度会使金属类文物生锈，存放海南省博物馆开馆初期“镇馆之宝”越王亓北古错金铭文青铜复合剑的金属文物库房，温度需控制在20~24摄氏度，相对湿度控制在40%～50%。

　　展柜不仅能保护文物免受外界环境侵害，也能为观众提供良好的观赏体验。文物展柜制造商信达展览在考虑防潮防尘防虫、温度湿度控制的同时，还考虑了防紫外线、防盗报警等因素，通过配备智能湿温度控制系统，根据需求自动调节，确保文物处于最佳保存状态；通过采用高透光率、低紫外线辐射玻璃，保护文物免受紫外线侵害；通过配备防盗报警系统预防异常情况的发生。

　　“展柜制作需要对细节的极致追求和对技术的深刻理解。”信达展览相关负责人介绍，对于易受潮的纸质文物，他们会选择具有良好防潮性能的木材或复合材料；对于需要展示光泽的金属文物，会使用高透光率的玻璃。而展柜的密封性能直接影响到文物安全，为避免文物因环境变化而受损，信达展览会采用真空密封、惰性气体填充等技术，确保展柜内的环境稳定。

　　为精确调控微环境的相对湿度，成都金沙遗址博物馆对温度湿度要求较高的文物，在展柜内安装了“免补水净化调湿机”，在不需要补水的情况下实现湿度升降，从而避免了因积水导致的电器短路、材料腐蚀、细菌滋生等情况。

　　为防范突发情况对文物造成损害，金沙遗址博物馆还为国家一级文物太阳神鸟金箔等文物所用的展柜安装了隔震台。隔震台按照防震要求，既有全系统防震，又有针对不同文物的个性化防震设计。防震装置具有水平面内各方向上的隔震能力，且无扭转振动；配置的阻尼部件，则能保证地震期间文物各方向位移降到最小，从而最大程度保护文物安全。

　　脱酸技术 让古籍文献焕发新生

　　对于纸质文物来说，随着时间的流逝，会不可避免地发黄、脆化、老化。酸，被认为是纸张的“杀手”和“天敌”，也是纸质文物保护的世界性难题。

　　纸张的主要成分和强度来源纤维素，在酸性条件下易发生水解，促使纸张老化。机器造纸出现后，纸张在加工的过程中加入酸性物质，更易产生酸化。大量纸质档案文献因此破损，急需脱酸保护。目前，位于江苏南京的中国第二历史档案馆，馆藏民国档案达258万卷，但由于民国档案纸张质量不佳、年代久远，纸张酸化比例较高；北京市档案馆馆藏档案达270万余卷册，通过测试部分发黄、发脆档案的pH值发现，也已经出现酸化问题。

　　中国人民大学信息资源管理学院教授张美芳介绍，目前，我国已经有大量的科研机构、高校、企业行动起来，利用脱酸技术，加入抢救古籍和历史文献的行列。脱酸技术，是利用酸碱中和反应，使用碱性脱酸剂中和酸化纸张中的酸，常用的手段有浸泡、喷涂等。近年来，随着新技术、新工艺迅速发展，获得脱酸技术、设备、产品相关的专利已达110多项。

　　得益于对脱酸等技术的运用，一些档案馆、博物馆中的纸质文献资料得以保护和修复：2015年，中国第二历史档案馆集中完成档案纸张脱酸1.6万张，六年后的跟踪监测显示，pH值7以上纸张维持率超过94%，此后技术人员又尝试将脱酸液稀释在浆糊中，在修裱的同时完成脱酸；2022年，北京市档案馆脱酸档案6万页，2023年脱酸10万页，并针对脱酸档案开展持续性长效性脱酸效果评估，扩大档案破损情况调查范围。同时，在脱酸实践中尝试降低脱酸成本，探索研究新型脱酸方法。

　　随着文物保护手段的不断进步，从展馆绿色低碳技术应用，到藏品库生态系统的构建，乃至对数字技术、地震监测、文献脱酸等新技术的运用，科技赋能不仅是文物保护的重要手段，也已成为文化传承的重要一环。

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