從文物保護角度探討博物館照明問題

張 歡

(廣東省博物館，廣東廣州 510623)

在博物館，照明對于文物的研究和展示是必不可少的，但光學輻射作為一種能量對文物存在潛在危害。博物館照明設計在考慮文物研究和展示需要的同時，須考慮文物保護的要求，使光照對文物的損害減少到最低程度。光源的光學輻射實質是一系列波長不同的電磁波，不同波段的光輻射對文物的破壞機理和程度有所不同，而不同材質的文物對光輻射也呈現(xiàn)不同的敏感度。那么，通過哪些指標確定光源是否合適，防護措施是否得當，這是博物館文物保護工作中必須考慮的問題。

1 光照對文物的影響

博物館照明主要采取自然光和人工光源兩類。自然光及各種人工光源的光輻射主要集中在可見光(波長約在380～780nm)部分，有的含有少量紫外線 (波長小于400nm)和紅外線 (波長大于760nm)。由于不同文物材質對光輻射的敏感程度不同，為了方便，一般將文物分為對光特別敏感、敏感、不敏感三類。對光特別敏感的文物，主要是紡織品 (絲、毛、棉、麻)、古籍書畫、紙質文物、壁畫、彩繪陶器、彩繪泥塑、染色皮革、動植物標本等;對光敏感的文物，主要是油畫、竹木漆器、牙骨角制品、不染色的皮革等;對光不敏感的文物，主要是金屬類 (金、銀、青銅、鐵)、石材類、硅酸鹽類 (陶瓷、玻璃)、礦物標本類等。

光輻射作為一種能量物質，主要以光化學反應和光的熱效應，引發(fā)或加速文物的老化損壞。

與可見光相比，紫外線波長較短，能量較高，穿透能力較弱，易被物體吸收而轉化為內能。很多研究都表明紫外線是引起光化學反應最主要的光學輻射。光化學反應的實質是光輻射提供了化學反應的活化能。當有機質文物受到光輻射，尤其是紫外輻射時，其分子鏈被打斷，在潮濕環(huán)境中紫外線還可分解空氣中的氧，使其成為游離態(tài)，引起一些系列光氧化反應。其結果是造成文物材料分子結構的變化，例如分子間構型的變化并產(chǎn)生交聯(lián)、分子量變小等。同時，還有表現(xiàn)在物理方面的變化:一是外觀上的變化，如失去光澤、變色 (泛黃)、褪色、出現(xiàn)斑點、龜裂、形變等;二是機械性能的改變，主要是強度下降，比如脆化;三是物理性質的變化，例如吸濕性、透光性等可能發(fā)生程度不同的改變。

與可見光相比，紅外線波長較長，能量較低，一般不能誘導光化學反應，但其熱效應更為明顯，除了可能造成熱老化，最經(jīng)常的影響是引起相對濕度的變化，從而間接對文物造成影響。因此，紅外線也應謹慎限制。如果在密閉的展柜內，有機質文物展品被紅外光照射，熱量無法及時散發(fā)，會導致被照文物表面及內部溫度急劇上升，引起相對濕度變化，可能造成文物展品出現(xiàn)翹曲、龜裂等現(xiàn)象。

雖然可見光在光化學反應方面不如紫外線，在熱效應方面不如紅外線，但也并非沒有。值得注意的是:第一，某些波段的可見光也可能通過敏化作用和積累效應使有機材質文物發(fā)生光化學反應而損壞;第二，光熱老化的破壞作用也存在累積效用，曝光時間越長危害就越大;第三，可見光是光源中的主要部分。因此，可見光對文物的破壞同樣值得重視。

2 影響文物保存的照明指標及其測量計算

通過上述討論可知，文物保存和利用過程中照明是不可避免的，光輻射對于文物的危害是不言而喻的，而危害的程度會因光輻射種類和文物材質的不同而不同。因此，文物保護人員可通過一些技術指標來確定光源是否合適、文物表面受到的輻射是否可以接受。

2.1 照度和年曝光量

可見光的控制主要依據(jù)照度和年曝光量兩個指標。照度是指物體表面單位面積上接收到的光通量，單位為勒克斯 (lx)。曝光量是用來描述物體累計接受的光照度，用照度與曝光時間乘積表示。以一年為周期計算，照度和年累計小時的乘積就是年曝光量，單位為lx·h/年。

光輻射對文物來說是一種破壞能量，照度越大，文物受到的危害就越大。目前國際國內博物館行業(yè)大多推薦的照度標準是:對光線特別敏感的文物小于50lx;對光敏感的文物小于150lx;對光不敏感的文物小于300lx。博物館文物保護人員可以使用照度計直接測量文物表面的照度值，以確定是否符合推薦標準。

考慮光輻射對文物的破壞存在累積效應，輻照時間累計越長，文物受到的危害就越大。博物館行業(yè)對于特別敏感和敏感的文物從年曝光量上也給出推薦限值。由于年曝光量能同時反映光照度和時間累積兩方面的影響，有些國家將年曝光量作為文物展品保護的主控指標。在照度確定的情況下，減少曝光時間，可以有效降低年曝光量。在博物館日常管理中應注意，文物藏品庫房只在工作需要時照明，展廳只在開放時間照明，在觀眾數(shù)量較少的展廳開放時，文物展品附近的局部照明宜采用感應開關，當觀眾靠近時自動打開，觀眾離開時自動關閉。

2.2 紫外線相對含量和紫外線強度

由于紫外線對文物的破壞作用十分明顯，對紫外線進行測量計算對文物保護具有現(xiàn)實的指導意義?？刂谱贤饩€主要依據(jù)紫外線相對含量和紫外線強度兩個指標。

紫外線相對含量，也稱紫外線相對強度或紫外線比例，是紫外輻射與總輻射的比值，常用單位為μW/lm。它可以作為描述光源或光線的紫外輻射相對強弱的參數(shù)。實踐中發(fā)現(xiàn)紫外線相對含量會隨照明距離加大而增加，這是因為可見光隨照明距離加大，其衰減程度大于紫外線。因此，紫外線相對含量作為衡量光源的紫外線指標時，應在靠近光源的統(tǒng)一限定距離測算。實踐中，如果直接在文物表面測算紫外線相對含量，那么此值僅代表到達文物表面的光線的紫外線相對含量，這個值可能比光源的理論參數(shù)稍大。

紫外線強度，也稱紫外線絕對強度或紫外線密度，是單位面積所受的紫外輻射量，常用單位為μW/cm2。它可以用來衡量到達文物的紫外輻射絕對劑量。如果說紫外線相對含量作為光源或光線的參數(shù)，那么紫外線強度可作為文物的感受。文物表面的紫外線強度與光源的紫外線相對含量、文物上的照度、光源到文物的距離、以及采取的防護措施都有關。

2000年國家文物局“文物辦發(fā) ［2000］064號”文件中《博物館照明設計規(guī)范》推薦光源的紫外線相對含量值小于75μW/lm，2009年《GB/T 23863—2009博物館照明設計規(guī)范》推薦光源的紫外線相對含量小于20μW/lm。兩個規(guī)范中都沒有提到紫外線相對含量的定義和測量計算方法，我們通過紫外線強度與紫外線相對含量的物理意義及量綱推導，可以確定兩者的換算關系:

物理意義:紫外線相對含量=紫外線強度/照度

量綱換算: μW/lm=μW/(lx·m2) =(μW/m2) /lx=10－4(μW/cm2) /lx

換算舉例:見表1。

由于紫外線強度可以用來衡量到達文物的紫外輻射絕對劑量，方便直接測量，有人建議將紫外線強度作為限值標準。但問題在于，將紫外線強度作為限值標準，在不同的照度下，紫外線相對含量將隨之成為變量，造成對光源的選擇將失去統(tǒng)一標準。(見表2)

表2 紫外線強度作為限值時不同照度對應的紫外線相對含量

因此，紫外線相對含量作為限值更合適，一方面使光源選擇有了統(tǒng)一標準，另一方面，結合不同的照度限值，實際上間接限定了不同文物表面的紫外線強度值。

實際工作中，在不清楚光源的紫外線相對含量的情況下，通過照度和紫外線強度的測定值，換算成紫外線相對含量就知道光源是否超標。比如測得光照度為100lx，如果按照紫外線相對含量小于75μW/lm的要求，計算出紫外線強度理論限值為0.75μW/cm2，此時使用紫外輻照計測定紫外線強度，若超過0.75μW/cm2，就說明光源的紫外線相對含量超出75μW/lm的推薦值，此時應該考慮更換光源或采取其他調節(jié)和防護措施。

此外，在選擇紫外輻照計時，首選要選擇合適的波段范圍。室內自然光的紫外輻射主要集中在UV-A波段 (波長320～400nm)，且相對其他波段的紫外輻射穿透力更強，可穿透普通透明玻璃和有機玻璃。而熒光燈的紫外輻射波長比自然光要小，穿透力較弱，部分會被透明玻璃吸收。其次，要注意選擇合適的量程和精度，至少要精確到0.1μW/cm2，最好是 0.01μW/cm2，如果僅精確到 1μW/cm2，就不適合博物館照明測量。

3 光源的選擇及防護措施

3.1 光源的選擇

博物館照明主要采取自然光和人工光源兩類。自然光包括直接的日光照散射光和周圍物體的反射光。自然光由于其不易控制，且紫外線相對含量較高，一般不宜直接用于文物照明。博物館文物照明宜采用人工光源，考慮文物保護需要，原則上應選擇低紫外線、低發(fā)熱的光源，從而避免照明過程中產(chǎn)生紫外線和熱輻射的危害。

目前，我國博物館照明中，采用的人工光源有熒光燈、無紫熒光燈、白熾燈 (鎢絲燈)、鹵鎢燈、LED燈。熒光燈使用最為普遍，發(fā)熱低是其優(yōu)點，但問題是紫外線相對含量較高，一般在40～250μW/lm，因此，選擇熒光燈照明時應符合關于紫外線相對含量的相關要求。此外，無紫外熒光燈是一種經(jīng)過防紫外線處理的熒光燈，比普通熒光燈更適合于博物館照明。

白熾燈與熒光燈相反，其紫外線雖少，但發(fā)熱量高。鹵鎢燈是在白熾燈的充填惰性氣體中加入微量鹵素或鹵化物而制成的光源，克服了白熾燈發(fā)熱的缺點，屬于冷光源，普通低壓鹵鎢燈紫外線相對含量小于75μW/lm，新型低壓鹵鎢燈可低至15μW/lm。因此，低紫外冷光束的鹵鎢燈在博物館照明中得到推廣使用。

LED燈是近年發(fā)展起來的新型光源，其發(fā)光角度小、方向性強，適用于展廳文物的局部重點照明。它克服了白熾燈光線較暗、熒光燈含汞且紫外線釋放量較高的缺點，并且它的使用壽命比傳統(tǒng)光源要長很多，可達數(shù)萬小時以上。

此外，近年來，光纖照明作為一種新的照明方式開始在博物館照明中應用，主要適用于文物展品局部重點照明。在光纖照明系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光在玻璃或丙烯酸纖維光線中傳輸，光源燈泡本身的熱量和紅外線不能通過它到達被照射面。應注意，避免使用含汞、紫外線含量高的光源。

3.2 防護措施

如果受條件限制，光源無法直接滿足文物保護的要求，可采取一些防護措施，減少光輻射的危害。

一種方法是在燈具外加裝防紫外特種玻璃。光通過介質時會部分地被介質所吸收，吸收量與光輻射的波長和介質的材料組成有關。采用普通玻璃作為介質，可以濾過某些波段一定數(shù)量的紫外光，如果使用特種玻璃，比如含鉛、氧化鈰和氧化鈷的玻璃，可提高阻隔紫外線某些波段輻射的能力。

另一種方法是使用有機材料的紫外線吸收劑。紫外線吸收劑是一類能夠強烈地吸收紫外線的物質，其作用相當于紫外濾光片，既能把大部分紫外線吸收，又可以完全透過可見光。常用紫外線吸收劑主要有:水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類和受阻胺類。紫外線吸收劑的使用方法有三種方式，一是制成含有紫外線吸收劑的薄膜材料，貼于燈管或者防護玻璃表面;二是將紫外線吸收劑制成溶液，噴涂或涂刷于燈管或者防護玻璃表面;三是制成含有紫外線吸收劑的有機玻璃，加設在光源和文物之間。

4 結語

隨著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，各級政府對博物館事業(yè)的投入不斷加大，為博物館文物保存和展示環(huán)境的改善提供了機遇。提高博物館照明設計中的文物保護意識，重視照明環(huán)境監(jiān)測，完善防護措施，對于改善文物保存環(huán)境，提升博物館藏品管理和展示水平都具有重要意義。

［1］中國人民共和國國家標準.GB/T 23863—2009博物館照明設計規(guī)范 ［S］.2009.

［2］趙建平，肖輝乾，王書曉等.博物館照明設計標準的研究［C］.城市化進程中的建筑與城市物理環(huán)境——第十屆全國建筑物理學會議論文集，2008.