石質(zhì)文物科技保護(hù)研究進(jìn)展

葉 良，李強(qiáng)強(qiáng)，孫平平

(1.浙江科技學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院， 杭州 310023;2.浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，杭州 310018)

?

石質(zhì)文物科技保護(hù)研究進(jìn)展

葉 良1，李強(qiáng)強(qiáng)1，孫平平2

(1.浙江科技學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院， 杭州 310023;2.浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，杭州 310018)

總結(jié)了石質(zhì)文物病害機(jī)理研究及病害檢測(cè)技術(shù)、石質(zhì)文物清洗方法、石質(zhì)文物保護(hù)材料、石質(zhì)文物監(jiān)測(cè)方法、現(xiàn)代化信息技術(shù)，在石質(zhì)文物科技保護(hù)中的應(yīng)用等方面的研究現(xiàn)狀和取得的重要成就，并針對(duì)石質(zhì)文物科技保護(hù)在保護(hù)材料、儀器設(shè)備等方面現(xiàn)存的問(wèn)題提出了一些建議。

石質(zhì)文物；科技保護(hù)；現(xiàn)狀;研究進(jìn)展

石質(zhì)文物因?yàn)槠錃v史意義和藝術(shù)價(jià)值，一直受到社會(huì)各界的關(guān)注。然而，石質(zhì)文物在長(zhǎng)期的歷史變遷過(guò)程中，受自然環(huán)境及人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)等方面的影響正在遭受著不同程度的破壞。傳統(tǒng)方法雖能在一定程度上保護(hù)石質(zhì)文物，但是，隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，石質(zhì)文物病害呈現(xiàn)復(fù)雜化和多樣化的特點(diǎn),傳統(tǒng)方法由于其技術(shù)等條件的限制，存在對(duì)石質(zhì)文物病害診斷不當(dāng)而產(chǎn)生次生破壞的風(fēng)險(xiǎn)。科技保護(hù)方法則可以對(duì)石質(zhì)文物病害進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與診斷，采用新型科技材料及工藝對(duì)石質(zhì)文物進(jìn)行保護(hù)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，進(jìn)而延長(zhǎng)石質(zhì)文物的壽命。本文綜述了近年來(lái)石質(zhì)文物科技保護(hù)在病害機(jī)制診斷、清洗方法、新型材料、監(jiān)測(cè)技術(shù)及信息技術(shù)運(yùn)用等方面取得的重要成果。

1 石質(zhì)文物保護(hù)的相關(guān)研究

1.1 石質(zhì)文物病害及檢測(cè)技術(shù)研究

1.1.1 石質(zhì)文物病害產(chǎn)生原因及破壞機(jī)理

WW/T 0002—2007《石質(zhì)文物病害分類與圖示》[1]界定了文物表面生物病害、機(jī)械損傷、表面(層)風(fēng)化、裂隙與空鼓、表面污染與變色、彩繪石質(zhì)表面顏料病害、水泥修補(bǔ)7種石質(zhì)文物破壞的類型。近年來(lái)也有不少學(xué)者針對(duì)石質(zhì)文物病害產(chǎn)生的原因及其機(jī)理展開(kāi)了詳細(xì)而深入的研究。

謝振斌等[2]通過(guò)一系列模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為通過(guò)凍融、水解等作用形成的水的運(yùn)動(dòng)，是砂巖表層裂變、砂巖內(nèi)部化學(xué)成分遷移和鹽類物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要原因。此外，一些有害氣體、苔蘚等生物、可溶性鹽也是崖墓風(fēng)化破壞的關(guān)鍵因素。邵明申等[3]發(fā)現(xiàn)承德避暑山莊的一些砂巖文物上面也產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的風(fēng)化病害，進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)這種砂巖檢測(cè)所得的巖石學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等數(shù)據(jù)分析該種砂巖文物的風(fēng)化機(jī)理，發(fā)現(xiàn)巖體內(nèi)的鹽分膨脹及鈣質(zhì)膠結(jié)物的溶解是該種砂巖風(fēng)化剝落及粉化破壞的主要原因。除了WW/T 0002—2007《石質(zhì)文物病害分類與圖示》載明的病害種類外，其他產(chǎn)生石質(zhì)文物病害的原因也是不容忽視的，張克燮等[4]認(rèn)為水文、氣候、地質(zhì)構(gòu)造等因素在一定程度上也會(huì)產(chǎn)生石質(zhì)文物的環(huán)境地質(zhì)病害。金皓[5]通過(guò)對(duì)寧波地區(qū)氣候、降雨的分析，認(rèn)為溫濕度、凍融、酸雨、風(fēng)沙等外部環(huán)境因素綜合作用是石質(zhì)文物病害產(chǎn)生的重要原因。王翀等[6]從露天石質(zhì)文物風(fēng)化角度，分析了藻類、地衣、苔蘚等生物及復(fù)雜生物群落對(duì)石質(zhì)文物的破壞機(jī)理，提出了一些處理和預(yù)防石質(zhì)文物表面生物破壞的方法。

1.1.2 石質(zhì)文物病害檢測(cè)技術(shù)

采用一些無(wú)損或微損檢測(cè)技術(shù)對(duì)石質(zhì)文物的病害進(jìn)行科學(xué)診斷是合理制訂石質(zhì)文物保護(hù)方案的前提和基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在石質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域也運(yùn)用了很多先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)，這些設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用大大提高了對(duì)石質(zhì)文物病害診斷的準(zhǔn)確率。

對(duì)石質(zhì)文物的檢測(cè)工作主要有超聲波無(wú)損探傷、電法勘探檢測(cè)裂隙等，分析工作有成分分析、晶相分析和力學(xué)狀態(tài)分析等[7]。孫進(jìn)忠等[8]運(yùn)用瑞雷波和超聲透射波對(duì)義烏古月橋橋身?xiàng)l石、北京西黃寺抱鼓石和故宮漢白玉欄板進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)。張志國(guó)等[9]運(yùn)用超聲波法對(duì)北京出土的乾隆御碑的內(nèi)部損傷情況進(jìn)行了檢測(cè)，該種方法甚至可以通過(guò)定量探測(cè)碑體內(nèi)部裂縫的發(fā)育程度及其走勢(shì)來(lái)判斷其風(fēng)化程度。楊雋永等[10]用X射線衍射(XRD)對(duì)新昌大佛寺石塔礦物成分、密實(shí)度、孔隙率等理化性能進(jìn)行檢測(cè)，用超聲波測(cè)量?jī)x、回彈儀和劃痕儀進(jìn)行石塔風(fēng)化程度的檢測(cè)，采用便捷式熒光儀配合X衍射儀檢測(cè)石塔表面風(fēng)化成分；同時(shí)，通過(guò)測(cè)量基因序列后與全球基因數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)來(lái)分析微生物的種屬關(guān)系，進(jìn)而為合理設(shè)計(jì)石塔修復(fù)方案奠定了基礎(chǔ)。張新鵬等[11]在對(duì)花山巖畫勘察分析的同時(shí)進(jìn)行了聲波測(cè)試，對(duì)采集的巖體波速和開(kāi)裂厚度的數(shù)據(jù)進(jìn)行了建模、擬合，隨后定量計(jì)算出巖體風(fēng)化厚度，進(jìn)而找出該類巖體開(kāi)裂的主要原因。張中儉等[12]利用三維掃描結(jié)合超聲波技術(shù)對(duì)承德避暑山莊部分不規(guī)則形狀的石質(zhì)文物的裂隙發(fā)展深度進(jìn)行了無(wú)損定量檢測(cè)。此外，方云等[13]用探地雷達(dá)來(lái)檢測(cè)龍門奉先寺大佛的裂隙，該技術(shù)因其具有精度高、無(wú)損和快速的特點(diǎn)而極大程度地簡(jiǎn)化了對(duì)一些隱藏巖體裂隙和巖洞的調(diào)查工作，有利于對(duì)一些不易取樣的石質(zhì)文物開(kāi)展科學(xué)研究。孫亞麗等[14]在衢州古城墻采集多塊不同巖性的巖石，然后在同等風(fēng)化條件下進(jìn)行了風(fēng)化速度及風(fēng)化剝落深度的研究，進(jìn)而定量得出了砂巖、礫巖等7種巖石抗風(fēng)化能力大小的關(guān)系，為石質(zhì)文物風(fēng)化病害診斷提供了理論依據(jù)。黃志義等[15]在研究北魏宣武帝景陵地下墓室時(shí)，認(rèn)為雷達(dá)與紅外熱成像技術(shù)兩者相結(jié)合對(duì)墓室滲水病害的檢測(cè)與治理有良好效果。張慧慧[16]通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室模擬巖石滲水情形，驗(yàn)證了可以用紅外熱成像法對(duì)大型石質(zhì)文物病害等級(jí)進(jìn)行劃分的設(shè)想。周霄等[17]從溫度分布角度，對(duì)承德永佑寺避暑山莊后序碑進(jìn)行紅外探測(cè)，借助24 h內(nèi)溫度場(chǎng)的變化圖像分析其內(nèi)部裂隙及水分狀況，進(jìn)而測(cè)出碑體內(nèi)部裂隙走向，為后序碑的穩(wěn)定性保護(hù)提供了依據(jù)。

1.2 石質(zhì)文物的主要清洗方法

一般而言，石質(zhì)文物表層的污染物在一定程度上展現(xiàn)了其悠久的歷史，應(yīng)該將其保留下來(lái)。但是，在當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)和環(huán)境污染日益加劇的情形下，石質(zhì)文物和古建筑表面污垢的沉積病害對(duì)其本體石材的壽命造成了極大的威脅。在這種情況下，清洗便是石質(zhì)文物和古建筑保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。

石質(zhì)古建筑和文物具有特殊價(jià)值，在清洗前要做好充分的準(zhǔn)備工作，確保在不對(duì)其產(chǎn)生副作用的前提下達(dá)到一個(gè)科學(xué)合理的清洗效果。陸文寶[18]認(rèn)為，在對(duì)石質(zhì)文物清洗前應(yīng)做好石質(zhì)文物環(huán)境調(diào)研，對(duì)石質(zhì)文物劣化情況進(jìn)行分析，分析污垢類型并選取合適的清洗方法，然后進(jìn)行清洗試驗(yàn)等一系列工作。

目前，石質(zhì)文物清洗方法有手工、物理、化學(xué)清洗和吸附脫鹽技術(shù)等[19]。張秉堅(jiān)等[20]主要介紹了幾種常用的清洗方法，如水清洗、化學(xué)清洗、洗粒子噴射和激光清洗。水清洗法包括水浸泡、高低壓噴淋、噴射霧化蒸氣等?；瘜W(xué)清洗方法主要有螯合法、生物法、吸附材料和貼敷技術(shù)、表面活性劑法等，因?yàn)榉筚N法具有耗用藥試劑量少、易于在垂直面和頂面敷貼、時(shí)間可控等特點(diǎn)，所以它是大體量石質(zhì)文物化學(xué)清洗的一種重要方法[21]。粒子噴射清洗作為一種物理清洗方法，具有清洗效率高、可控度好及無(wú)化學(xué)殘留等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理主要是在微粒子沖擊作用下使污垢層直接從石材表面剝離或者微粒子沖擊運(yùn)動(dòng)將污垢磨損去除，因此，對(duì)表面簡(jiǎn)單的積塵、土銹及其鈣化結(jié)殼等無(wú)機(jī)形態(tài)的污染物，清洗效果比較好[22]。激光清洗污染物范圍廣泛，且具有無(wú)損、精度高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[23]，其清洗原理是激光照射在污垢表層，在污染微?；虮韺游漳芰亢螅a(chǎn)生汽化或光分解等作用，進(jìn)而達(dá)到清洗污垢的效果[24]。此外，葉亞云等[25]研究了在激光輻照下砂巖的損傷程度，先試驗(yàn)性地用激光清除砂巖表層墨跡污垢，得到了一些激光清洗的參數(shù)并且總結(jié)了能夠達(dá)到最佳激光清洗效果的方法，隨后在四川綿陽(yáng)碧水寺進(jìn)行了外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而證實(shí)激光能安全有效清洗煙熏污垢。齊揚(yáng)等[23]也在云岡石窟驗(yàn)證了激光清洗的效果。

1.3 石質(zhì)文物的相關(guān)保護(hù)材料

石質(zhì)文物具有特殊的歷史文化價(jià)值，且具有不可再生性，因此，在對(duì)石質(zhì)文物加固保護(hù)之前，應(yīng)結(jié)合所保護(hù)石材特征仔細(xì)了解保護(hù)材料的物理化學(xué)性質(zhì)，謹(jǐn)慎選取保護(hù)材料。

目前，應(yīng)用于石質(zhì)文物修復(fù)的無(wú)機(jī)材料有Ba(OH)2、石灰水等灌漿加固材料，以及油、蠟等表面封護(hù)劑，常用于石質(zhì)文物保護(hù)的有機(jī)材料主要有環(huán)氧、丙烯酸類樹(shù)脂和有機(jī)硅樹(shù)脂等。劉佳等[26]對(duì)各種無(wú)機(jī)、有機(jī)材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比。無(wú)機(jī)材料，如石灰水、氫氧化鋇、硅酸鹽加固材料，以及油、蠟表面封護(hù)劑，能在巖石表面形成保護(hù)層，但對(duì)巖石內(nèi)部的保護(hù)作用并不大，彈性、疏水性、黏結(jié)力等性能并不理想；環(huán)氧樹(shù)脂，能在常溫常壓下固化，黏結(jié)性強(qiáng)、收縮性小、耐霉菌，是較強(qiáng)的抗化學(xué)溶劑，但耐候性、疏水性及滲透性差，易堵塞水蒸氣的流通，紫外線照射后易變黃；丙烯酸樹(shù)脂，有良好的耐侯性、疏水性、成膜性，且附著力好，但形成的膜非常脆，耐堿性、耐候性差。有機(jī)材料，如有機(jī)硅樹(shù)脂，有良好的滲透性、憎水性、耐候性、呼吸透氣性，但附著力較差，固化溫度高，固化時(shí)間長(zhǎng)，保護(hù)膜易破裂；有機(jī)氟聚合物，有優(yōu)良的防水、抗氧性能，耐紫外線、耐酸堿、耐粘污，具有超耐候性，但附著力和耐低溫性、透氣性差，且價(jià)格昂貴。

近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)石質(zhì)文物的重視，不少機(jī)構(gòu)也研制出了一些用于石質(zhì)文物保護(hù)的復(fù)合材料和新型材料。洪坤等[27]認(rèn)為仿生無(wú)機(jī)材料因?yàn)榫哂辛己玫哪湍バ浴⑹杷笟庑?、環(huán)境友好性等特點(diǎn)，在石質(zhì)文物保護(hù)方面具有較好的研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用價(jià)值。劉玉榮等[28]介紹了介孔材料具有較高的比表面積和規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)，且介孔涂層材料應(yīng)用于石質(zhì)文物保護(hù)具有良好的透水性和疏水性，較強(qiáng)的抵抗酸雨的能力及無(wú)裂縫等優(yōu)點(diǎn)，但是，在目前的應(yīng)用過(guò)程中還存在著介孔涂層的有序度不是很高、孔徑分布范圍較寬等缺點(diǎn)。范敏等[29]認(rèn)為有機(jī)硅具有較好的黏結(jié)性、疏水透氣性，優(yōu)良的耐候性、保光性等特點(diǎn)，對(duì)石質(zhì)文物的加固和抗風(fēng)化都能起到較好的作用，但是，受巖石濕氣的影響，有機(jī)硅易產(chǎn)生輕微變色，其抗老化性能需進(jìn)一步改善。王麗琴等[30]研制了一種納米TiO2改性石質(zhì)文物防水材料,通過(guò)在重慶大足石刻上的試驗(yàn)，證明該種材料耐鹽性、透氣性及耐光性等比改性前有顯著改善，并且可以長(zhǎng)期保持它良好的憎水性。

1.4 石質(zhì)文物監(jiān)測(cè)技術(shù)

石質(zhì)文物的監(jiān)測(cè)主要用于了解現(xiàn)存石質(zhì)文物的保存狀況，石質(zhì)文物本體材料風(fēng)化速度，以及風(fēng)化到何種程度需要預(yù)警。同時(shí)，監(jiān)測(cè)石質(zhì)文物的各項(xiàng)理化數(shù)據(jù)，對(duì)其未來(lái)病害發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，并在監(jiān)測(cè)過(guò)程中采取措施及時(shí)干預(yù)以減少不利因素對(duì)石質(zhì)文物的破壞，對(duì)石質(zhì)文物實(shí)施動(dòng)態(tài)保護(hù)，從而大大降低破壞后修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。此外，對(duì)石質(zhì)文物定期進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)也可以對(duì)某些材料和技術(shù)的修復(fù)效果進(jìn)行跟蹤檢驗(yàn)，以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)石質(zhì)文物修復(fù)或其他石質(zhì)文物的修復(fù)提供技術(shù)支撐。

目前，對(duì)石質(zhì)文物的監(jiān)測(cè)主要側(cè)重于對(duì)石質(zhì)文物力學(xué)性能監(jiān)測(cè)、本體材料監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面。如呂恒柱[31]通過(guò)建立蘇州虎丘古塔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)及古塔變形的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果輸出古塔沉降觀測(cè)曲線、形變趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖、超警戒線異常點(diǎn)等數(shù)據(jù)圖表,科學(xué)直觀地對(duì)虎丘古塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。周偉等[32]對(duì)頤和園佛香閣進(jìn)行激光掃描，然后進(jìn)行整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接，并對(duì)通天柱用橢圓方程進(jìn)行擬合，進(jìn)而對(duì)其傾斜偏移等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為古建筑精細(xì)化保護(hù)奠定了基礎(chǔ)。葛琴雅等[33]采用一種優(yōu)化后的ATP生物發(fā)光法，在文物的現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行抑制菌效力測(cè)試；同時(shí)，該方法還可以監(jiān)測(cè)藥劑在文物上的殘留情況，進(jìn)而為石質(zhì)文物微生物病害的科學(xué)治理提供依據(jù)。孟誠(chéng)磊[34]利用表面粗糙度儀、紅外熱成像儀等一系列先進(jìn)設(shè)備對(duì)靈隱寺雙經(jīng)幢進(jìn)行了表面風(fēng)化和水遷移活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，得出該雙經(jīng)幢風(fēng)化和微生物污染嚴(yán)重的結(jié)論，進(jìn)而建議進(jìn)行清理修復(fù)；對(duì)麗水市延慶寺塔進(jìn)行砂漿強(qiáng)度監(jiān)測(cè)，得出砂漿強(qiáng)度和塔身傾斜具有相關(guān)性的結(jié)論；還對(duì)龍德寺塔修補(bǔ)前后砂漿強(qiáng)度和成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而證明其修補(bǔ)材料的合理有效性。方云等[35]采用位移傳感器及三芯應(yīng)變片、小型氣象站、MiniTrase等設(shè)備，采集位移、力學(xué)、溫濕度、土體濕陷性等數(shù)據(jù)，對(duì)唐順陵天祿石雕進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)，并通過(guò)對(duì)比分析不同因素與石雕形變的相關(guān)性來(lái)判斷天祿石雕裂隙的變形方式，確定影響石雕穩(wěn)定性的最不利因素，從而為搶救保護(hù)該石質(zhì)文物提供了科學(xué)依據(jù)。崔亞平[36]通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的傳感器采集溫濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、紫外線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，對(duì)廣州南越王墓進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)3年的環(huán)境監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析得知，與潮濕相比，濕差對(duì)于墓室?guī)r石造成的危害更大，溫差、紫外線、照度也對(duì)石質(zhì)墓室風(fēng)化起一定作用，進(jìn)而提出通風(fēng)、除濕、空調(diào)等控制手段綜合配合來(lái)維持氣候狀況的穩(wěn)定性，同時(shí)，對(duì)光棚進(jìn)行針對(duì)性的改造來(lái)減少光照、紫外線對(duì)墓室的破壞；但是，監(jiān)測(cè)過(guò)程中也存在不能實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)較少、缺少與監(jiān)測(cè)相匹配的數(shù)據(jù)系統(tǒng)等問(wèn)題。

1.5 現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用

隨著社會(huì)的進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)等逐漸與石質(zhì)文物保護(hù)緊密結(jié)合起來(lái)，這些信息技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用為石質(zhì)古建筑和石質(zhì)文物的科技保護(hù)起到了積極的推動(dòng)作用，有利于石質(zhì)文物的數(shù)字化保護(hù)，以及延長(zhǎng)石質(zhì)文物的壽命。

近年來(lái)，有不少專家學(xué)者將現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)用于石質(zhì)文物的搶救性保護(hù)，取得了顯著成效。如李樹(shù)坤等[37]對(duì)石質(zhì)文物三維掃描的方法和原理進(jìn)行了介紹，并結(jié)合具體工程提出了三維激光掃描技術(shù)在石質(zhì)文物精確三維量算、虛擬修復(fù)、變化檢測(cè)等方面的應(yīng)用。何勇[38]介紹了在云岡石窟的保護(hù)工程中，運(yùn)用GIS、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、三維掃描等技術(shù)對(duì)石質(zhì)文物本體進(jìn)行永久化的數(shù)字保護(hù)。陶濤[39]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了重慶大足石刻千手觀音造像三維展示系統(tǒng)，隨后實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸控等常用的幾種三維模型的交互技術(shù)。馬文武等[40]通過(guò)對(duì)某工程土建施工中發(fā)現(xiàn)的石碑高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基于閾值的最小噪聲分離變換，提取了原始影像中模糊不可見(jiàn)人偶圖像，并對(duì)其顏料成分進(jìn)行了分析，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為后期石碑的修復(fù)和研究提供了依據(jù)。葛懷東等[41]引入自適應(yīng)三維重建系統(tǒng)與三維全景空間測(cè)量技術(shù)，構(gòu)建南朝陵墓石刻數(shù)字化保護(hù)方案，為以后石質(zhì)文物的保護(hù)與研究提供了依據(jù)。此外，意大利佛羅倫薩大學(xué)的Piero Baglioni等[42]提出了構(gòu)建一個(gè)關(guān)于文物保護(hù)的多媒體數(shù)字圖書館的設(shè)想，可以將所保護(hù)文物的各種信息，特別是對(duì)其修復(fù)保護(hù)的各種圖片、錄像等資料實(shí)時(shí)錄入到該數(shù)字平臺(tái)，為文物的后續(xù)保護(hù)提供可靠依據(jù)。

2 石質(zhì)文物科技保護(hù)存在的問(wèn)題及對(duì)策

綜上現(xiàn)狀分析，由于石質(zhì)文物科技保護(hù)開(kāi)展時(shí)間較短、研發(fā)投入相對(duì)較少等因素的限制，中國(guó)在石質(zhì)文物科技保護(hù)領(lǐng)域與國(guó)外先進(jìn)水平，特別是與歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，如石質(zhì)文物的修復(fù)材料、石質(zhì)文物的保護(hù)設(shè)備、石質(zhì)文物的保護(hù)施工與監(jiān)測(cè)等，需不斷改進(jìn)。

2.1 修復(fù)材料

目前，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)石質(zhì)文物保護(hù)的大多是有機(jī)材料，但隨著時(shí)間的推移，有機(jī)材料失效后則會(huì)對(duì)石質(zhì)文物保護(hù)帶來(lái)副作用及次生破壞，不利于石質(zhì)文物的長(zhǎng)期保存。因此，環(huán)境友好型的石質(zhì)文物仿生材料及傳統(tǒng)材料有待加強(qiáng)研發(fā)和應(yīng)用。

2.2 保護(hù)設(shè)備

專門針對(duì)石質(zhì)文物科技保護(hù)的高精度、友好型施工與監(jiān)測(cè)設(shè)備有待研發(fā)，如石質(zhì)文物風(fēng)化表層的微損取樣設(shè)備、便攜式現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備等。此外，激光清洗設(shè)備雖然可控度高、效果好，但由于使用成本較高，在國(guó)內(nèi)較少使用。因此，與激光清洗設(shè)備具有同等功能而成本較低的清洗設(shè)備有待研發(fā)。

2.3 保護(hù)施工與監(jiān)測(cè)

在石質(zhì)文物保護(hù)性施工中缺少規(guī)范的施工工法及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。此外，對(duì)石質(zhì)文物本體保存狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)較少，僅局限于粗糙度、色差、回彈強(qiáng)度等方面，還不能更為客觀、全面地評(píng)價(jià)其健康狀況。因此，應(yīng)該針對(duì)不同石質(zhì)文物結(jié)合其材質(zhì)等特點(diǎn)采用不同的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，制訂合理的監(jiān)測(cè)方案。

2.4 搶救性發(fā)掘與數(shù)字化保護(hù)

在國(guó)家文物局公布的7個(gè)批次的全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位中，石窟及石刻累計(jì)僅有244個(gè)，浙江省僅有15個(gè)石窟寺及石刻全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，31個(gè)石窟寺及石刻省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。目前，全國(guó)仍有大量的石質(zhì)文物未被發(fā)現(xiàn)或未受保護(hù)甚至面臨毀滅的風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)石質(zhì)文物進(jìn)行搶救性的發(fā)掘，并采用三維掃描等科技手段建立石質(zhì)文物數(shù)字博物館，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化的保護(hù)成為當(dāng)務(wù)之急。

2.5 人才培養(yǎng)

石質(zhì)文物保護(hù)涉及建筑結(jié)構(gòu)、建筑施工、建筑材料、生物學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科，國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)文物保護(hù)專業(yè)的高校較少，專門培養(yǎng)石質(zhì)文物保護(hù)技術(shù)專業(yè)人才的院校更少，因此，在石質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域，有待培養(yǎng)一批復(fù)合型石質(zhì)文物科技保護(hù)專業(yè)的高級(jí)應(yīng)用型人才。

3 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái),政府相關(guān)部門高度重視文物保護(hù)工作，也針對(duì)文物保護(hù)制定了一系列法律規(guī)范，專項(xiàng)支持了一批重大文物保護(hù)工程和相關(guān)科研項(xiàng)目。2012年底，國(guó)家科技支撐計(jì)劃“石質(zhì)文物保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收，這為中國(guó)的石質(zhì)文物全方位科技保護(hù)研究起到了很好的示范作用，石質(zhì)文物保護(hù)程序也得到了很好的完善。針對(duì)石質(zhì)文物保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)文物科技保護(hù)工作者特別是高校的科研人員可以充分利用高校的多學(xué)科優(yōu)勢(shì)和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備聯(lián)合攻關(guān)，應(yīng)用多種現(xiàn)代科技手段，開(kāi)展無(wú)損及微損探測(cè)技術(shù)應(yīng)用、巖體穩(wěn)定性評(píng)估、危巖體加固治理技術(shù)、防風(fēng)化加固材料等方面的技術(shù)研發(fā)，逐漸形成一批石質(zhì)文物檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估及保護(hù)新材料等方面的關(guān)鍵技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家文物局.石質(zhì)文物病害分類與圖示：WW/T 0002—2007[S].北京：文物出版社,2008.

[2] 謝振斌,郭建波,陳顯丹.外界因素對(duì)崖墓石刻風(fēng)化影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].四川文物,2014(1):54.

[3] 邵明申,張中儉,李黎.承德避暑山莊砂巖文物的基本性質(zhì)和風(fēng)化機(jī)理[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2015,23(107):533.

[4] 張克燮,李樹(shù)一,韋勝利,等.飛來(lái)峰摩崖造像地質(zhì)病害分析及保護(hù)對(duì)策研究[J].科技通報(bào),2015,31(199):136.

[5] 金皓.環(huán)境因素對(duì)石質(zhì)文物影響研究[J].文物世界,2015(4):78.

[6] 王翀,王明鵬,白崇斌,等.露天石質(zhì)文物生物風(fēng)化研究進(jìn)展[J].文博,2015(2):86.

[7] 《文物保護(hù)與鑒定執(zhí)法實(shí)務(wù)全書》編委會(huì).文物保護(hù)與鑒定執(zhí)法實(shí)務(wù)全書：第一卷[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2002:194.

[8] 孫進(jìn)忠,陳祥,袁加貝,等.石質(zhì)文物風(fēng)化程度超聲波檢測(cè)方法探討[J].科技導(dǎo)報(bào),2006(8):19.

[9] 張志國(guó),彭華,馬寅生,等.超聲波無(wú)損探傷檢測(cè)在現(xiàn)代出土石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2005(3):278.

[10] 楊雋永,范陶峰,楊毅,等.新昌大佛寺石塔病害的檢測(cè)與防護(hù)研究[J].石材,2014(1):23.

[11] 張新鵬,嚴(yán)紹軍,黃志義,等.花山巖畫開(kāi)裂巖體聲波測(cè)試與分析[J].物探與化探,2014,38(5):1085.

[12] 張中儉,張濤,邵明申,等.基于超聲波法的石質(zhì)文物表面裂隙深度測(cè)量[J].工程勘察,2014(7):81.

[13] 方云,翟國(guó)林,喬梁.探地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在奉先寺保護(hù)工程中的應(yīng)用[J].物探與化探,2014,38(4):815.

[14] 孫亞麗,曹冬梅,方建平,等.衢州古城墻通仙門不同巖性巖石砌塊相對(duì)風(fēng)化速度研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2014,22(6):1279.

[15] 黃志義,方云,張新鵬,等.基于探地雷達(dá)/紅外熱成像的地下墓室滲水機(jī)理及應(yīng)用研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014(10):140.

[16] 張慧慧.紅外熱成像法檢測(cè)巖石滲水病害的實(shí)驗(yàn)研究[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(1):71.

[17] 周霄,付永海,李黎.承德永佑寺避暑山莊后序碑紅外熱像[J].無(wú)損檢測(cè),2015,37(4):33.

[18] 陸文寶.石質(zhì)文物清冼前的準(zhǔn)備工作[J].石材,2010(4):20.

[19] 趙林娟.幾種常用清洗方法的清洗效果對(duì)比討論[J].中國(guó)文物科學(xué)研究,2014(3):85.

[20] 張秉堅(jiān),鐵景滬,劉嘉瑋.古建筑與石質(zhì)文物的清洗技術(shù)[J].清洗世界,2004(5):25.

[21] 石美風(fēng),陳剛,張秉堅(jiān).石質(zhì)文物保護(hù)中的化學(xué)清洗技術(shù)[J].文物保護(hù)與考古科學(xué),2011(1):91.

[22] 周偉強(qiáng).石質(zhì)文物表面污染物微粒子噴射清洗技術(shù)研究[D].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2015.

[23] 齊揚(yáng),周偉強(qiáng),周萍，等.激光清洗石質(zhì)文物工藝[J].江漢考古,2015(1):112.

[24] 宋峰，劉淑靜，顏博霞.激光清洗：富有前途的環(huán)保型清洗方法[J].清洗世界，2004(5)：44.

[25] 葉亞云,齊揚(yáng),秦朗,等.激光清除石質(zhì)文物表面污染物[J].中國(guó)激光,2013,40(9)：90.

[26] 劉佳,劉玉榮,涂銘旌.石質(zhì)文物保護(hù)材料的研究進(jìn)展[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2013,32(5):13.

[27] 洪坤,詹予忠,劉家永.仿生無(wú)機(jī)材料在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006(6):948.

[28] 劉玉榮,劉佳.介孔材料在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2014,28(增刊2):334.

[29] 范敏,陳粵,崔海濱,等.有機(jī)硅材料在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用[J].廣東化工,2013,40(21):107.

[30] 王麗琴,李迎,趙星.納米TiO2改性石質(zhì)文物防水材料WD-10[J].精細(xì)化工,2015,32(3):250.

[31] 呂恒柱.磚石古塔糾偏加固的分析方法與監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué),2005.

[32] 周偉,李奇,李暢.利用激光掃描技術(shù)監(jiān)測(cè)大型古建筑變形的研究[J].測(cè)繪通報(bào),2012(4):52.

[33] 葛琴雅,潘曉軒,李強(qiáng),等.ATP生物發(fā)光法在文物抑菌劑效力檢測(cè)中的應(yīng)用[J].文物保護(hù)與考古科學(xué),2014,26(4):39.

[34] 孟誠(chéng)磊.浙江古塔本體材料的風(fēng)化監(jiān)測(cè)研究[D].杭州：浙江大學(xué),2014.

[35] 方云,董慶賀.唐順陵天祿石雕變形監(jiān)測(cè)及分析[J].安全與環(huán)境工程,2014,21(5):174.

[36] 崔亞平.南越王墓的環(huán)境監(jiān)測(cè)[J].南方文物,2014(3):178.

[37] 李樹(shù)坤,侯妙樂(lè),吳育華,等.石質(zhì)文物三維信息留存與應(yīng)用[J].城市勘測(cè),2013(2):85.

[38] 何勇.大型高浮雕石質(zhì)文物的數(shù)字化探索：以云岡石窟為例[J].中國(guó)文化遺產(chǎn),2016(2):30.

[39] 陶濤.大足石刻千手觀音造像三維展示系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京建筑大學(xué),2014.

[40] 馬文武,侯妙樂(lè),胡云崗.基于地面高光譜遙感的石碑特征信息提取[J].北京建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2015,31(2):65.

[41] 葛懷東,鄧抒揚(yáng).南朝陵墓石刻三維數(shù)字化保護(hù)研究[J].城市勘測(cè),2014(6):14.

[42] BAGLIONI P, GIORGI R, CHEN C. Nanoparticle technology saves cultural relics: potential for a multimedia digital library[C]∥Online Proceedings of DELOS/NSF Workshop on Multimedia Contents in Digital Libraries.[S. l.]:[s. n.], 2003: 2.

Advances in research on protection of stone relics by science and technology methods

YE Liang1, LI Qiangqiang1, SUN Pingping2

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou 310023, China； 2.Schiool of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China)

This paper summarized research situation and great achievements obtained in stone cultural relics disease mechanism research and disease detection technology，stone cultural relics cleaning method，materials for stone cultural relics conservation，stone cultural relics monitoring method, the application of modern information technology in stone cultural relics protection. Based on that, some suggestions are put forward for the problems existed in protection of stone relics by science and technology methods in protective materials, equipment and other aspects.

stone cultural relics; science and technology protection; present situation; research advance

10.3969/j.issn.1671-8798.2016.05.011

2016-09-18

浙江省文物保護(hù)科技項(xiàng)目(2015017);浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目(2015C33058);浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LY13E080018)

葉 良(1973— )，男，浙江省嘉興人，副教授，碩士，主要從事古建筑施工技術(shù)與管理的研究。

G264.2; K876.2

A

1671-8798(2016)05-0394-07