現(xiàn)代科技守護古老敦煌

現(xiàn)代科技守護古老敦煌莫高窟220窟樂舞圖（復制）

李韻攝莫高窟148窟壁畫數(shù)字化采集現(xiàn)場。敦煌研究院供圖壁畫修復師正在修復莫高窟55窟壁畫。王笑妃攝2020年，我國首座文化遺產(chǎn)保護多場耦合實驗室正式投入使用。敦煌研究院供圖八月初，記者走進莫高窟351窟。狹窄的洞窟里搭起了架子和采集設備，敦煌研究院數(shù)字化團隊正進行數(shù)字化采集。眼前古老的洞窟，將被定格在此刻，在數(shù)字世界中獲得“永生”?，F(xiàn)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(chuàng)新成就展，聯(lián)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(chǎn)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?？萍伎椌汀敖痃娬帧倍鼗脱芯吭菏弑O(jiān)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(shù)據(jù)，科技感十足：石窟寺天氣實況、預警、實時游客量、文物保護工作現(xiàn)狀……監(jiān)測范圍涵蓋莫高窟的大環(huán)境、微環(huán)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(tài)盡在掌握。2022年，在莫高窟監(jiān)測預警系統(tǒng)的基礎上，敦煌研究院啟動了甘肅省石窟寺監(jiān)測預警系統(tǒng)（第一期）項目?！拔覀儽O(jiān)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(shù)據(jù)。幫助小石窟寺進行監(jiān)測預警體系維護和數(shù)據(jù)分析，也是我們做省級平臺的意義之一?！蓖跣ソ榻B，該項目運用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器等技術，將敦煌研究院所轄六處石窟寺的監(jiān)測預警工作有機結合起來，并將氣象局、地震局等專業(yè)機構預警納入系統(tǒng)，為石窟寺的預防性保護和搶救性保護、旅游開放等工作提供數(shù)據(jù)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進行監(jiān)測。（VOC指揮發(fā)性有機化合物，香水中多含。）雖然香水對洞窟是否會造成影響，尚未形成定論，但提前積累數(shù)據(jù)，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？記者仔細端詳，瓶子上的標簽顯示，這些小動物采集自各石窟。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，一個盒子里有許多密密麻麻的黑點在動，走近一看竟然是甲蟲。“這是我們?yōu)榱搜芯筐B(yǎng)的當?shù)財M步甲科的昆蟲。前幾年降雨增多，這種昆蟲大量繁殖，少量爬進了洞窟。目前，通過化學藥劑殺滅、布設陷阱，盡量把它們的種群數(shù)量控制在合理范圍內?！辟R東鵬向記者解釋道。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(qū)塊分布不同的監(jiān)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?guī)Э诘挠慰?，還有麥積山等石窟的值班室畫面，如同請來“千眼觀音”坐鎮(zhèn)。敦煌積極開展“平安石窟”建設，今年五月，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(tǒng)的全面聯(lián)通，在石窟寺上方罩起越織越密的“金鐘罩”?！澳呖弑镜赜?80多個攝像頭，聯(lián)動榆林窟等其他5處石窟共有超1300路視頻圖像?！倍鼗脱芯吭罕Ｐl(wèi)處副處長張帥介紹，保衛(wèi)處嚴格執(zhí)行24小時雙人雙崗值班，有人靠近禁區(qū)觸發(fā)警報后，將立刻派出無人機或車輛和人員，“窟區(qū)兩三分鐘就可以到現(xiàn)場，遠的地方五六分鐘?！睆垘涀院赖卣f，“保守地說，我們的安防系統(tǒng)應該可以在全國文物系統(tǒng)排前五?！蔽磥恚鼗脱芯吭哼€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(jīng)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(xiàn)有的安防、消防、電氣線路系統(tǒng)等都集成到數(shù)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(tǒng)還接入了院內監(jiān)測中心、游客預約系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)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(tǒng)升級后，民警因游客走失、遺失物品來查監(jiān)控的效率大大提升，“從原來的三四小時，到現(xiàn)在最快五分鐘就能解決問題?！睆垘浾f。實驗鍛造“護身符”一臺電腦顯示屏上，數(shù)字化模擬復原的莫高窟254窟壁畫“薩埵太子本生”，如同剛剛繪制成，艷麗明亮，與斑駁黯淡、飽經(jīng)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(jié)都浮現(xiàn)出來，如同人民幣在紫外線下會呈現(xiàn)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(chuàng)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(jié)，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?！彼d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?！昂枚嘧兩谋诋嬑覀兛吹蕉际呛谏?，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(shù)據(jù)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，記者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(fā)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(xiàn)代科技襄助下，逐漸找到答案。走進高約兩層樓、占地三千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(jīng)歷著“風吹雨打”；夏季倉中，取自秦東陵遺址的樣本最為“滄?！?，表面的裂縫已如溝壑縱橫?！斑@個樣品已經(jīng)經(jīng)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(jīng)歷了一個年周期的降雪、降雨、風化過程后，它已經(jīng)有了一些比較明顯的病害發(fā)育?！倍鼗脱芯吭罕Ｗo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，或用傳統(tǒng)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(yōu)勢。這里可以在短時間內，模擬不可移動文物經(jīng)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(fā)提供數(shù)據(jù)，揭示土遺址“生病”的原因。三個倉體配合使用，可以模擬從零下30℃到60℃的溫度，從10%至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”?！跋窀珊淡h(huán)境，四五十天左右就能夠模擬完一個年周期?！睆埐┍硎荆磥磉€有望進一步優(yōu)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(huán)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?！倍鄨鲴詈蠈嶒炇揖褪悄M各種“病癥”，試驗“藥方”的有效性?！拔覀兛梢栽趯嶒炇依矧炞C學者最新研究成果的可行性；材料研發(fā)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(fā)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(shù)字開啟“永生路”走進正在進行數(shù)字化采集的莫高窟351窟，頓覺溫度驟降，因此即使窟外三十多攝氏度，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?！搬槍ΚM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(fā)了自動化采集設備?！倍鼗蛿?shù)字化工作團隊工作人員路育成介紹?！皺C器之用，物化之學，工之智也?！币淮そ秤幸淮そ车闹腔?。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(shù)字化團隊，則以數(shù)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(shù)字化探索，“數(shù)字敦煌”建設不斷攀登新的高峰。路育成介紹，目前，“數(shù)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(jié)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(shù)字化掃描歷史檔案底片42134張，并為新疆、西藏等9省區(qū)市近20處文物保護單位提供了數(shù)字化技術支撐。2022年，“數(shù)字敦煌”入選世界互聯(lián)網(wǎng)大會“攜手構建網(wǎng)絡空間命運共同體精品案例”?！霸谌?00多個案例中，我們是唯一入選的文博單位?！倍鼗脱芯吭涸洪L蘇伯民驕傲地說。百尺高樓從地起，世上無一蹴即成之事。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(shù)據(jù)，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(shù)字化團隊的成員們，如窗外的銀白楊一般，安靜又堅定。在洞窟里完成數(shù)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(shù)字世界里絢麗的敦煌?！耙蝗艘惶熘荒芷唇佣畯垐D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?！甭酚山榻B，“不過我們正在研發(fā)自動拼接技術，未來有望大大提升拼接效率?！睌?shù)字化團隊成員年海霞，正對著電腦拼接圖片。記者在邊上旁觀一會兒，便感到了這一工作的重復與枯燥：“您會覺得工作乏味嗎？”她輕輕搖了搖頭，綻出一個靦腆的笑說：“壁畫本來色彩就比較豐富，我每天看到的壁畫又是不同的。雖然我是學計算機的，但自己也會去網(wǎng)上搜索了解壁畫背后的故事?！甭酚蓮氖聰?shù)字化工作十余年了，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(shù)字敦煌，不僅為了永久保存敦煌的文化遺產(chǎn)，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(shù)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(qū)塊鏈的數(shù)字文化遺產(chǎn)開放共享平臺“數(shù)字敦煌·開放素材庫”上線，來自莫高窟等石窟遺址及藏經(jīng)洞文獻的21類壁畫專題、首批6500余份高清數(shù)字資源檔案向全球開放?！耙郧皣H敦煌學界的國際敦煌項目數(shù)據(jù)庫，只是把照片原原本本放上去，我們的敦煌遺書數(shù)據(jù)庫則充分發(fā)揮了專家資源優(yōu)勢，補充了遺書全文錄文。”蘇