現(xiàn)代科技守護(hù)古老敦煌

李韻　王笑妃

走進(jìn)莫高窟351 窟，狹窄的洞窟里搭起了架子和采集設(shè)備，敦煌研究院數(shù)字化團(tuán)隊(duì)正進(jìn)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”。

現(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(shí)力”有目共睹：多項(xiàng)文物保護(hù)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(jī)構(gòu)成立了我國首個(gè)也是目前唯一的國家古代壁畫保護(hù)工程技術(shù)研究中心，承接了多項(xiàng)國家重點(diǎn)文物保護(hù)項(xiàng)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(hù)提供技術(shù)支撐和中國方案。未來，敦煌研究院還有望組建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

科技織就“金鐘罩”

敦煌研究院石窟監(jiān)測中心主任王小偉的身后，是一塊大屏幕，上面列滿實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)，科技感十足：石窟寺天氣實(shí)況、災(zāi)害預(yù)警、實(shí)時(shí)游客量、文物保護(hù)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(nèi)，石窟動(dòng)態(tài)盡在掌握”。

2022年，在莫高窟監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，敦煌研究院啟動(dòng)了甘肅省石窟寺監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)（第一期）項(xiàng)目。

“我們監(jiān)測了115個(gè)莫高窟的洞窟，還接入了敦煌研究院管理的甘肅省內(nèi)的榆林窟、西千佛洞、麥積山、炳靈寺和北石窟寺等5處石窟寺的部分?jǐn)?shù)據(jù)。幫助小石窟寺進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警體系維護(hù)和數(shù)據(jù)分析，也是我們做省級(jí)平臺(tái)的意義之一?！蓖跣ソ榻B，該項(xiàng)目運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器等技術(shù)，將敦煌研究院所轄6處石窟寺的監(jiān)測預(yù)警工作有機(jī)結(jié)合起來，并將氣象局、地震局等專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)警納入系統(tǒng)，為石窟寺的預(yù)防性保護(hù)、搶救性保護(hù)、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(duì)濕度，他們還對(duì)洞窟中的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物，香水中多含）進(jìn)行監(jiān)測。雖然香水是否會(huì)對(duì)洞窟造成影響尚無定論，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(duì)石窟造成影響，動(dòng)植物及微生物也會(huì)影響到石窟安全。

走進(jìn)敦煌研究院保護(hù)研究所生物實(shí)驗(yàn)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(dòng)物。為何要收集這些標(biāo)本？它們與石窟又有何關(guān)系？仔細(xì)端詳后發(fā)現(xiàn)，瓶子上的標(biāo)簽顯示著這些小動(dòng)物采集于不同石窟。敦煌研究院館員賀東鵬解釋，鳥類、昆蟲、鼠類等動(dòng)物進(jìn)入洞窟做窩、排泄、抓撓，植物根系、枝條生長進(jìn)入壁畫結(jié)構(gòu)體內(nèi)，微生物滋生、侵蝕等，都會(huì)對(duì)壁畫造成破壞，因此要進(jìn)行防治。

實(shí)驗(yàn)室的一角，一個(gè)盒子里密密麻麻的黑點(diǎn)在動(dòng)，走近一看竟然是甲蟲?！斑@是我們?yōu)榱搜芯繉ｉT養(yǎng)的當(dāng)?shù)氐臄M步甲科昆蟲。前幾年降雨增多，這種昆蟲大量繁殖，少量爬進(jìn)了洞窟。目前，通過化學(xué)藥劑、布設(shè)陷阱等方式，盡量把它們的種群數(shù)量控制在合理范圍內(nèi)?！辟R東鵬解釋道。

來到敦煌研究院應(yīng)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诘挠慰停€有麥積山等石窟的值班室畫面。

敦煌積極開展“平安石窟”建設(shè)，2023年5月，莫高窟安防升級(jí)改造工程完成初驗(yàn)，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”。

“莫高窟本地有780多個(gè)攝像頭，聯(lián)動(dòng)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(yán)格執(zhí)行24小時(shí)雙人雙崗值班，有人靠近禁區(qū)觸發(fā)警報(bào)后，保衛(wèi)處將立刻派出無人機(jī)或車輛和人員，“窟區(qū)兩三分鐘就可以到現(xiàn)場，遠(yuǎn)的地方五六分鐘”。張帥自豪地說：“保守地說，我們的安防系統(tǒng)應(yīng)該可以在全國文物系統(tǒng)排前五。”未來，敦煌研究院還希望申請(qǐng)成為全省的文物安全培訓(xùn)基地，向更多文保單位推廣先進(jìn)的安防經(jīng)驗(yàn)。

安全保障體系，除了守護(hù)文物安全，同時(shí)還能守護(hù)游客和職工的安全?！拔覀儗F(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(nèi)部的隱患排查、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控?！?/p>

安防系統(tǒng)還接入了院內(nèi)監(jiān)測中心、游客預(yù)約系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)與酒泉市消防支隊(duì)、敦煌市公安局共享，“盡量不做信息孤島”。系統(tǒng)升級(jí)后，民警因游客走失、遺失物品來查監(jiān)控的效率大大提升?！皬脑瓉淼娜男r(shí)，到現(xiàn)在最快5分鐘就能解決問題。”張帥說。

實(shí)驗(yàn)鍛造“護(hù)身符”

一臺(tái)電腦顯示屏上，數(shù)字化模擬復(fù)原的莫高窟254窟壁畫“薩埵太子本生”，如同剛剛繪制而成，色彩艷麗明亮，與斑駁黯淡、飽經(jīng)滄桑的原始壁畫形成鮮明對(duì)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(shù)復(fù)原的壁畫。在紫外光、紅外光下，肉眼看不到的壁畫線條、有機(jī)顏料使用位置等細(xì)節(jié)都浮現(xiàn)出來，如同人民幣在紫外線下會(huì)呈現(xiàn)防偽標(biāo)識(shí)一般。運(yùn)用多光譜技術(shù)，最終可以對(duì)壁畫顏料層及繪畫技法進(jìn)行科學(xué)而非主觀的復(fù)原，還原到壁畫最初創(chuàng)作時(shí)的模樣。而且這種方式是無損的、非接觸的，不會(huì)對(duì)壁畫造成損害。

柴勃隆指著屏幕上285窟中“五百強(qiáng)盜成佛姻緣故事”的圖像說：“其實(shí)古人當(dāng)時(shí)畫了許多精彩的細(xì)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(shí)的修改痕跡，比如254窟壁畫中，老虎尾巴的位置就被修改過。”他興致勃勃地分享。

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(duì)比顏料多光譜圖像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，就可以探明它們的真身，是鉛丹還是靛藍(lán)等?！?/p>

跟隨穿著白大褂的科研人員，穿行于敦煌研究院保護(hù)研究所的各實(shí)驗(yàn)室之間，形形色色的儀器與設(shè)備叫人目不暇接。墻上的一幅幅海報(bào)，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(hù)？……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，逐漸浮現(xiàn)出真容。

走進(jìn)高約兩層樓、占地3000多平方米的國內(nèi)首座文物保護(hù)領(lǐng)域的多場耦合實(shí)驗(yàn)室，能于一時(shí)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(fēng)雨倉中，來自慶陽北石窟寺的樣本經(jīng)歷著“風(fēng)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。

“這個(gè)樣品已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)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(gè)年周期的降雪、降雨和風(fēng)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(hù)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，或是用傳統(tǒng)工藝制成的。

多場耦合實(shí)驗(yàn)室具有時(shí)間可控、精度可調(diào)，可進(jìn)行多場耦合模擬、足尺樣品模擬等優(yōu)勢。這里可以在短時(shí)間內(nèi)，模擬不可移動(dòng)文物經(jīng)歷多種不同自然條件“摧殘”后的模樣，為保護(hù)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。3個(gè)倉體配合使用，可以模擬從-30℃～60℃的溫度、從10%～90% 的相對(duì)濕度，以及風(fēng)、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(shí)驗(yàn)室中，時(shí)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(gè)年周期?！睆埐┍硎?，未來還有望進(jìn)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(rèn)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(gè)處方有效，需要不斷通過模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證?！倍鄨鲴詈蠈?shí)驗(yàn)室就是模擬各種“病癥”，試驗(yàn)“藥方”的有效性?！拔覀兛梢栽趯?shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證學(xué)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(hù)工藝、材料開出一個(gè)詳細(xì)的使用說明書，比如它們適用哪些遺址？具體應(yīng)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(shí)驗(yàn)研究出它針對(duì)哪些降雨強(qiáng)度加固效果較好。

數(shù)字開啟“永生路”

走進(jìn)正在進(jìn)行數(shù)字化采集的莫高窟351窟，頓覺溫度驟降，因此即使窟外超過30℃，但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?？邇?nèi)，彩塑佛像垂眉，與鋼架上的采集設(shè)備面面相對(duì)。千年時(shí)光，于此刻凝固在“賽博”空間。

“針對(duì)狹窄空間，我們定制了可以任意組裝拆卸的采集設(shè)備；針對(duì)大型空間，我們研發(fā)了自動(dòng)化采集設(shè)備。”敦煌數(shù)字化工作團(tuán)隊(duì)工作人員路育成介紹。

“機(jī)器之用，物化之學(xué)，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(tuán)隊(duì)，則以數(shù)字技術(shù)助力敦煌永生。從20世紀(jì)90年代起，敦煌研究院開始數(shù)字化探索，“數(shù)字敦煌”建設(shè)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(gè)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(gè)，石窟空間結(jié)構(gòu)掃描洞窟206個(gè)，彩塑三維重建44身，數(shù)字化掃描歷史檔案底片42 134張，并為新疆、西藏等9省區(qū)市近20處文物保護(hù)單位提供了數(shù)字化技術(shù)支撐。

2022年，“數(shù)字敦煌”入選世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)“攜手構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體精品案例”?！霸谌?00多個(gè)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，世上無一蹴而就之事。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(fèi)100多個(gè)工作日采集數(shù)據(jù)，后期圖像拼接還需三四個(gè)月。

走進(jìn)圖像處理加工辦公室，屋里十分靜謐，只有鼠標(biāo)點(diǎn)擊的聲音。數(shù)字化團(tuán)隊(duì)的成員，如窗外的銀白楊一般，安靜又堅(jiān)定。在洞窟里完成數(shù)字化采集之后，要在這里進(jìn)行圖像的拼接與定位糾正、彩塑和洞窟空間結(jié)構(gòu)三維重建等處理。就是這些人在電腦前，日復(fù)一日、年復(fù)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。

“一人一天只能拼接二三十張圖片，而一個(gè)壁面往往就有上千張圖片。并且我們要進(jìn)行兩遍復(fù)查修改，確保壁畫的形變控制在毫米級(jí)?！甭酚山榻B，“不過我們正在研發(fā)自動(dòng)拼接技術(shù)，未來有望大大提升拼接效率?！?/p>

路育成從事數(shù)字化工作10余年，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(nèi)的資源。敦煌研究院一直積極推進(jìn)數(shù)字化資源成果的轉(zhuǎn)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(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字文化遺產(chǎn)開放共享平臺(tái)“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(xiàn)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。

“以前國際敦煌學(xué)界的國際敦煌項(xiàng)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(bǔ)充了遺書全文錄文。”蘇伯民表示，敦煌研究院還在和英國、俄羅斯等國家協(xié)作，達(dá)成數(shù)字資源共享，推動(dòng)海外敦煌文物的數(shù)字化回歸。

敦煌研究院也在不斷探索以最新科技，為敦煌數(shù)字化資源找到更好玩、更有趣、更活潑的活化利用方式。從前幾年推出的“云游敦煌”微信小程序，到2023年發(fā)布的超時(shí)空參與式博物館“數(shù)字藏經(jīng)洞”，都獲得了很高的點(diǎn)擊量?！拔磥恚Ｍ藗?cè)谑謾C(jī)上就能很輕松地觸及敦煌，比如利用VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）等技術(shù)，也許將來人們坐在家中，就可以進(jìn)入莫高窟每一個(gè)洞窟參觀游覽?！碧K伯民笑著說。

本文轉(zhuǎn)自光明網(wǎng)