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发布日期:2022年06月21日
新技术让文化遗产焕新彩
——记陕西科技大学硅酸盐质文化遗产研究院

2020年暑期,陕西科技大学学生在山西大同云冈石窟开展文物保护调研(资料照片)。

王莹老师在讲解修复白鹿原江村大墓附葬高级西汉墓出土的铜镜过程。目前,铜镜已完成大部分修复工作。本报记者 吕扬摄

本报记者 吕扬 通讯员 雷超

见到陕西科技大学硅酸盐质文化遗产研究院院长朱建锋时,他刚从学校模拟砖制、石质墓室实验室建设现场回来。“建设这个实验室,立足学校硅酸盐专业优势,仿真古墓可以真实还原地下墓室的环境,对仿制文物样本进行模拟劣化,这对地下出土文物鉴定、保护、修复和研究有重要作用。”朱建锋说。

近年来,陕西科技大学依托硅酸盐、人工智能等学科成立了硅酸盐质文化遗产研究院,致力于用科技力量开展文物的鉴识、保护、传承、创新研究。目前,学校地下文物保护研究已从硅酸盐质文物领域拓宽到陶瓷、漆木器、青铜器、玉器、夯土遗址等领域。

2021年,学校获批成立“陕西省地下文物保护利用协同创新中心”,聚集了国际陶瓷科学家菲利普、中国硅酸盐学会副理事长罗宏杰、敦煌研究院院长苏伯民、陕西省考古研究院禚振西等数名专家及40多名热爱文保科技的学者,组建“有机质地下文物团队”“无机质地下文物团队”“地下文物科学解析及应用技术研究团队”“地下文物保护利用测试分析中心”四个交叉创新团队,开展了古陶瓷研究、文物健康评估、文物病害防护、3D数字修复等一系列工作,致力于地下文物的认知、保护、利用等。

A 科学阐述古陶瓷之美

走进陕西科技大学逸夫楼的古陶瓷对比分析及修复仿制实验室,架子上琳琅满目的瓷器静美而立,带人穿越千年、感受历史。

“这件耀州窑缠枝西番莲纹梅瓶,是我们实验室的老师将上百片残损瓷片经过清洗、辨识、整理,再以精细到0.01毫米的精度拼接、补配、打磨后修复完成的,所有的花纹精准吻合;这件是我们团队成员人工拉坯、上釉、烧制成的仿汝窑斗笠盏,它胎型古朴、釉色青白淡雅、色泽温润,重现了汝瓷色如天、声如磬的特点;这件秘色瓷撇子壶器型古朴,是我校教师自主设计、烧制的,重现青瓷千峰翠色之美……”王莹和王甜两位老师介绍。

修复实验室还是一间名副其实的“多宝阁”,收藏着数以万计的古青瓷、白瓷、黑瓷、彩陶残片。几年来,王芬教授领衔的无机质地下文物团队的成员,在这里用科技手段研究着古瓷成瓷、呈色机理,取得了众多成果。

河南的汝窑、钧窑、新安窑、巩义窑,山西的临汾窑、浑源窑、河津窑,河北邢窑、定窑,福建建窑……多年来,年逾六旬的王芬教授的足迹遍布中国古窑址,带领王莹、王甜、施佩等团队成员四处“寻宝”,培养出团队成员古陶瓷断源断代的“火眼金睛”和拼合修复的“妙手”。

经过多年研究,团队开发出基于信息科学的古陶瓷多元分析识别软件,可以科学判定陶瓷样本,有效弥补了传统靠专家人为“掌眼”的不确定性。两年来,该软件先后为陕西省考古研究院、秦始皇帝陵博物院、北京科技大学等单位鉴定了数百件陶瓷样本。

团队用科学手段快速试色、准确烧造,发明了一套古陶瓷制备与快速寻优方法,使烧造成本与研发时间均下降50%多;还开发了“金属粉末微氧化及还原剂原位自还原技术”,可以在较低温度节能条件下烧制出月白釉、铜红釉等烧成温度高、工艺难度大的瓷器。

传统理论认为天青色是由釉料中的三氧化二铁还原后呈现。王芬教授多年研究发现,除了瓷釉中铁元素产生的化学色之外,釉质中的微纳米晶体等非均质微粒会产生结构色,化学色与结构色的耦合作用才是天青色的起源。基于该原理,团队开发了光子色釉料制备技术,相关论文被国内外多所著名大学学者引用并给予高度评价。

在王芬教授带领下,团队先后完成“中国古代白瓷发明创造科学价值与标本库建设”“耀州窑五代天青瓷的特质分析与类比研究”等国家级科研项目,取得业界瞩目的成就。

B 给文物做个“全身体检”

2021年10月,中央电视台报道了湖南常德澧县鸡叫城遗址考古发掘现场,陕西科技大学有机质地下文物团队成员庞凌燕现场检测考古样本的画面赫然在目,她正在使用学校自主研发的仪器检测一批发掘出的木材样本。

发掘中,朱建锋教授带领庞凌燕、王甜、施佩等青年博士现场提取木材硬度、吸水率及土质样本数据,很快形成了一份文物健康评估报告。报告中提出:“该批出土木材主要为楠木、香樟木,时间为公元前2700年左右,木质坚硬、保存情况较好,建议在湿度较高的密闭空间保存……”

近年来,团队成员还为全国各地出土的壁画、青铜器、丝织品等文物做过类似的文物健康评估报告。在不断实践中,他们总结出了“五个看”的文物快速检测方法:一是看文物完整度;二是测量看文物硬度,视情况做加固或者搬运处理;三是看含水率,尤其是针对木器,硬度高、含水率高就要充分补水;四是看表面彩绘,使用荧光光谱仪测量表面彩绘的元素组成;五是看出土环境因素,以便分析劣化成因。在对上述数据详细记录后,他们用直观的雷达图等形式作出检测评估报告并提出保护方案。

“从历史中走来,回到历史中去,作为新中国首个轻工类院校,我校与中国轻工业的发展一脉相承,在文物保护领域有着先天优势和义不容辞的责任。未来,为了实现利用现代技术促进文物保护、利用文物蕴含的科学技术促进现代科学技术发展的目标,我们跬步不息,此志不懈。”朱建锋说。

C 让艺术瑰宝远离病害

在被公认为世界佛教艺术宝库的敦煌莫高窟,壁画也在发生颜料变色、起甲等问题。敦煌研究院院长苏伯民、敦煌研究院保护研究所负责人于宗仁等多次来到陕西科技大学交流合作,讨论壁画保护研究课题。在罗宏杰、苏伯民牵头下,陕西科技大学地下文物保护利用协同创新中心与敦煌研究院合作,在敦煌壁画盐害防护方面开展科研合作。

借助“脆弱性硅酸盐质文物盐害形成与预防物理化学基础”课题,罗宏杰教授团队构建了一套关于壁画盐害形成机理及预防保护的方法。项目依托国内硅酸盐领域前沿技术,原位、无损测定壁画内盐溶液的浓度及变化速度,以科学技术形成壁画盐害预警,并通过研究含盐分的吸附水在文物内部的扩散规律,开发出“极脆弱性文物非接触法控制盐害”新技术。

石窟寺艺术也是珍贵的硅酸盐质文化遗产。历经千年的水磨风蚀,敦煌、云冈、龙门、麦积山四大石窟寺都面临不同程度的病害,尤其是以粗松砂岩为主的云冈石窟,病害尤为严重。

2020年暑期,带着研究保护的使命,朱建锋带领张彪、施佩等青年教师及数十名博士、硕士和本科生组成的“云冈石窟社会实践团队”奔赴山西大同。他们从一线文保工作者处调研到大量资料,收集石像病害数据,采集砂岩样本及析出盐分,使用研究院开发的水硬性石灰合成灌浆材料在裂隙试验区进行实验。

近年来,团队成员针对出土文物保护需求,研制出许多新型保护材料,部分成果已得到现场验证。目前,合成灌浆材料已经在麦积山石窟、大足石刻等进行小面积试用,初步实验结果良好,已经获批相关专利。

此外,基于调研结果,结合实验室研究,实践团研究生成员惠晶撰写的《聚羧酸减水剂对天然水硬性石灰流变和早期水化过程的影响》论文,被业内权威期刊收录。青年教师张彪申报的《水硬性石灰裂隙灌浆材料的改性合成及在石窟寺保护中的应用》项目成功获批省级大学生创新创业训练计划项目,吸引了一批真正对文物保护感兴趣的本科生走进实验室开展科研训练,有力促进文物保护人才培养。

D 数字化还原国宝风采

2019年9月,一堆黯淡残破的漆皮静静摆放在陕西省考古研究院库房角落里,这是一件发掘于西安南郊凤栖原西汉张安世家族墓葬群的彩绘漆箱残片,穿越两千多年光阴,它显得破旧支离、色彩斑驳。

回想起它刚出土时昙花一现的精美彩绘,陕西省考古研究院副院长赵西晨总是扼腕叹息。如何让这件汉代彩绘漆器精品重现在世人面前?陕西科技大学王秀峰教授团队亮出了数字科技的“法宝”。

团队成员之一王莹老师说:“我们受委托还原制作漆箱的3D模型,秉着精准、真实的原则,我们把所有的三维数字软件全部用了一遍,先是使用三维扫描技术对漆箱残件进行数码扫描,结合二维数码拍摄,再用相关软件完成建模及细节修复,2020年1月,终于制作出‘3D复原建模模型’。”

看到复原模型后,全国漆器专家、荆州文物保护中心的方北松表示:“模型精准、原真性还原了这件汉代漆绘艺术精品,精确复原了几何纹、水涡纹、水云纹、海水纹、瑞兽纹、凤鸟纹等汉代漆器经典纹样,还原度接近真实。”

根据模型,国家级漆艺工艺美术大师利用近一年多时间复仿制出漆箱实物,于2021年11月运回陕西省考古研究院,成为重要的复制文物。

2021年12月,白鹿原江村大墓附葬高级西汉墓出土了包括铜车马、铜镜、彩绘陶、玉片等一批精美的墓葬文物,受西安市文物保护考古研究院委托,陕西科技大学地下文物保护利用测试分析中心承担了这批文物的数字化修复工作。其中,有一面铜镜的碎片进入了王莹老师的实验室。

经过两千多年的劣化,铜镜已经破碎为上百块碎片,其中最小的碎片直径不足2毫米。为了让它“破镜重圆”,王莹首先使用超景深显微镜,在不同光源照射下,观察并得出每块碎片的凹凸纹理信息,以此来提取细微残片上的纹饰;其次利用计算机算法进行图像处理,显示出每个碎片的三维信息数据;最后利用掌握到的碎片边缘、厚度、纹饰等数据进行科学比对,以达到精准拼接的目的。目前,铜镜已完成大部分修复工作。

几年来,中心研究人员就像一棵“同心树”,虽然立足各自科研土壤,但有一个共同目标:运用最新技术分析我国古代遗存,逐步还原文明从涓涓细流到江河汇流的发展历程。

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