◎ 采寫丨科技日報記者 矯陽
◎ 策劃丨劉恕 李坤
第三次全國文物普查顯示，中國有不可移動文物逾76.67萬處，其中全國重點文物保護單位5058處。
不可移動文物是指古文化遺址、古墓葬、古建築、石窟寺、石刻、壁畫、近現代重要史跡和代表性建築等。
莫高窟北窟。
由於歷史跨度時間長、材質多樣、保存環境復雜等特殊性，不可移動文物保護一直是文物保護界的難題。
這些歷經滄桑的遺址，如何抵抗歲月侵蝕？
6月8日，中國文化和自然遺產日。科技日報記者現場走訪了部份石窟、古城遺址和磚石古塔，了解這些遺存目前的狀況及保護背後的科技密碼。
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銀杏葉探查樂山大佛滲水點
大渡河、青衣江和岷江三江交匯處，坐落著有1300年歷史的樂山大佛像。它通高71公尺，依山鑿成，臨江危坐，神勢肅穆，大氣磅礴。
樂山大佛。
蜀道蜿蜒、石窟密布。
2020年國家文物局組織的全國石窟寺專項調查顯示， 全國共有5986處石窟造像文物。其中，川渝兩地共有石窟造像文物2800余處，約占全國的一半； 兩處世界遺產樂山大佛和大足石刻更是遠近聞名。
著名石窟考古專家丁明夷在【四川石窟雜識】一文中這樣評價川渝石窟：「就造像題材內容而言，不僅有彌足珍貴的各種密宗造像，而且有隋唐時期的佛、道造像並作，兩宋時期的三教合一造像問世，還有唐宋雕刻的佛經，這些均為國內翹楚，極富特色。」
川渝石窟及摩崖造像相對集中在嘉陵江、岷江、涪江和長江流域沿江河岸坡崖壁，大多利用四川盆地侏羅系和白堊系砂巖雕鑿而成。
已故著名文物保護專家、故宮博物院文保科技部原主任陸壽麟在【摩崖石刻石窟保護理論基礎的思考】中，將樂山大佛這類石窟歸為「仍依附於原來的山體，經過人工開鑿和雕刻的洞窟和摩崖石刻，完全處於自然環境中的不可移動文物」。
「相比北方幹旱、多風沙的氣候，川渝地區石窟保護面臨的最大難題是高溫、潮濕、多雨等導致的淺表部劣化、滲水及生物病害等。」 6月7日，在樂山大佛石窟研究院內，中國中鐵科研院文化遺產保護研究院（以下簡稱中鐵文保）院長、國家文物局石窟寺文物保護技術重點科研基地主任王逢睿告訴記者， 對這些裸露在大自然中的石窟進行保護修復，最大的難題是既要保護修復，又要保持原貌。 迄今，對這類涉及地質、氣象、材料、生物以及水文等多學科的石窟保護，文物部門正持續進行綜合研究，並有了一定理論基礎研究。
對樂山大佛的保護，最大的難點是體內滲水問題。
其實，很多石窟在鑿刻時，都會考慮通風排水等因素。具體到樂山大佛，古人在建造大佛之初就設計出一套科學完善的排水系統，使之盡量免遭雨水侵蝕。
「在大佛的耳部、肩部和胸部建造了一套設計精巧、隱而不見的相互貫通的排水排濕通風廊道，有效阻隔了山體滲水對大佛的影響。」樂山大佛石窟研究院院長範元元說，清代詩人王士禎有關樂山大佛的詩句「泉從古佛髻中流」，講的正是這套排水系統。
然而，因長久裸露在戶外，特別是受自然環境的影響，樂山大佛這類石窟隨時間的推移，結構失穩、材質劣化、滲水侵蝕和生物汙染等多重病害日益嚴重。
資料記載，自樂山大佛建成後，歷代均對其進行過修繕。早期修繕主要針對大佛本體，近年來對於其賦存的巖體環境也予以關註。
範元元告訴記者， 目前對不可移動文物的保護修復，文物界有一個共識，即「最小幹預，強度匹配，外觀協調」，而要達到這個目標非常困難。
「在長期自然環境因素作用下，佛像臉上長了很多苔蘚和雜草，維修保護工作稍有不慎，很容易導致過猶不及的‘保護性破壞’。」王逢睿說。
王逢睿正在檢視石窟病害問題。
針對樂山大佛體內滲漏，中鐵文保團隊首創一種熒光碳點示蹤技術，以銀杏葉為前驅體，現場制備碳量子點作為示蹤劑。 透過合理布置示蹤劑投放點和取樣點，精細探測石窟寺滲流路徑及來源。
熒光碳點示蹤技術成本低、效率高，填補了石窟寺滲流探測領域技術空白，突破了示蹤劑在此領域套用的技術瓶頸。 技術成果在樂山大佛的水害治理工作中得到了成功套用。
與此同時，計畫團隊采用地質聚合物改性傳統捶灰材料，對潮濕環境下石質文物實施精細化修復，形成了文物病害資訊采集分析、無失真探查與微損檢測、文物賦存環境監測預警、石窟淺表層巖體劣化修復等成套關鍵技術。
「樂山大佛修復計畫被國家文物局列為川渝石窟保護性示範計畫。」 王逢睿說。
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數位技術守護樓蘭古城
中國科學院西北生態環境資源研究院（以下簡稱西北研究院）研發了一套數位樓蘭綜合資訊系統。
點選系統，可查詢許多關於樓蘭古城遺址的內容，包括遺址周邊地貌環境變化的高精度大尺度遠端監測、多參數氣象狀況的即時自動監測、遺址景觀三維精細展示、遺址區720度全景虛擬漫遊、樓蘭古城歷史行政區域演變與相關文化資料。
這套資訊系統由中鐵文保聯合西北研究院開發。
國家文物局有關專家認為， 這套系統為樓蘭古城遺址的保護、管理、監控提供了科技支撐，可在萬裏之外守望千年樓蘭，是極端環境下遺址預防性保護監控、相關歷史資源挖掘和文化遺產要素多元化展示的一種有益探索。
樓蘭古城佛塔遺址。
中國目前發現的76.7萬處遺址中，土遺址占1/3。
樓蘭古城遺址，便是中國數量龐大的土遺址之一。
100多年前，瑞典人斯文·赫定在羅布泊探險時，首次發現樓蘭遺址並將其公之於眾，由此掀起長達一個多世紀的樓蘭考古熱。近幾十年來，中國科學家深入羅布泊考察、研究，讓淹沒在歷史浮塵下的輝煌文明重現於世。
「土遺址是文物保護行業中一個世界級難題。」 敦煌研究院副院長郭青林認為，土遺址是土做的，本身比較脆弱，大多數都在露天保存，坍塌、風化等因素容易導致其快速消失，而一旦消失將無法證明過去的歷史。同時，按照文物保護最小幹預的原則，許多巖土工程新方法無法直接采用。
王逢睿告訴記者， 巖土工程領域比較成熟的錨固及灌漿技術，於20世紀末被引入到土遺址保護中，透過與化學防風化相結合，初步形成了土遺址保護加固的成套技術。
2006年，中國第一批文化遺產領域國家科技支撐計劃計畫啟動，使中國在土遺址的建造技法、制作材料、病害分類、加固材料、遺址穩定性、加固效果評價、監測及預防性保護等方面取得了豐富成果，成功搶救了一大批瀕危遺址。
「如今，中國對土遺址的保護已由搶救性保護逐步向預防性保護過渡。」
中鐵文保西北片區負責人周鵬說。
以近期搶救修復樓蘭為例，新時代背景下，中鐵文保團隊結合全新的勘測理念及技術，探索出一條將數位化技術與傳統文物保護充分結合的路徑。
中鐵文保技術員在對樓蘭古城佛塔遺址進行數據采集。
樓蘭古城遺址所處環境極為惡劣，位於羅布泊沙漠溝壑相間的雅丹地貌中，周圍上百公裏渺無人煙。常年吹刮的東北風不斷風蝕，而年均8級大風天數則高達80天，浮塵天氣115—193天，七八月期間，地表溫度可達65攝氏度。
這樣的環境，令樓蘭古城遺址的保護工作十分艱難。幾年前，樓蘭古城主要遺址區「三間房和佛塔」所賦存的台地發生危及本體安全的坍塌。
自2020年6月13日開始，周鵬帶領計畫團隊對樓蘭古城三間房和佛塔遺址進行勘測並進行搶救性修復。透過實地勘測分析，團隊成員認為， 在極端氣候環境下，最好的保護是進行預防性保護監控監測，為將來保護修復提供科學數據支撐。
計畫團隊透過對遺址區環境影響因素開展不間斷監測，對風沙侵蝕與遺址損毀模式開展研究，對遺址本體結構殘損與表層劣化實施了精細修復，並首次借助「天—空—地」一體化監測和三維全景數據采集建立仿真模型，將技術成果整合在客製研發的數位樓蘭綜合資訊系統之中，「數位樓蘭」在科技保護與文化展示中發揮了重要作用。
2022年6月1日，樓蘭古城遺址搶險計畫透過竣工驗收。
驗收會上，對中鐵文保計畫團隊進行的多項新技術探索研究，國家文物局專家給予了高度評價。
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「精確糾偏加固手術」扶正奎光塔
西安大雁塔、杭州六和塔、登封嵩嶽寺塔、蘇州虎丘塔……
這些耳熟能詳的古磚塔，是中國乃至世界的重要文化遺產，也是中國古代高層建築的典範。據不完全統計，中國現存古塔有3000余座，其中磚結構的塔存世數量最大，具有極高歷史價值和文化價值。
對這些古塔的保護，存在哪些主要難題？
東南大學教授淳慶在其所著【典型建築遺產保護技術】中指出， 對磚石古塔的保護，重點是傾斜糾偏和地震引起的災害。
6月8日，在四川省都江堰市城南處，記者看到了一座國家一級文物——奎光塔。其通高52.67公尺、總共17層，四面被青城、靈巖、玉壘諸山環繞，又有岷江水繞，雄秀萬狀。「奎光塔是國內層數最多的古磚塔，重達3460噸，始建於明代，初為石塔，明末毀於洪水，清道光年間重修。」王逢睿告訴記者。
「水走山飛去未休，插天一塔鎖江流。」清代文人郭維藩曾這樣贊美它。據都江堰市文旅局工作人員介紹，奎光塔為振興文風而建，古時「奎」通「魁」，取名「奎光塔」有魁星點鬥、文運光大之寓意。
奎光塔。
奎光塔是近年來中國古磚塔保護在傾斜糾偏方面的典型案例。奎光塔因采用磚砌、地理位置屬於岷江河灘及層數高等原因，經歷百余年後，塔基開始傾斜。上世紀80年代初，傾斜更加明顯。 「看當時資料，塔底東側、西側被拉伸開裂，塔身達到26‰的傾斜率，大大超過了國家規範允許的4‰。」 王逢睿說。
雖然中國在古磚塔維修方面已積累一些經驗和技術，但面對這座國內最高密檐磚塔，文物修復專家普遍感覺沒有十足把握。
遍尋業內專家，都江堰文物管理部門找到了有幾十年巖土力學技術積累的中鐵文保。
1999年，中鐵文保專家團隊趕到都江堰，對奎光塔所處地質環境、病害情況展開調查，並首次提出迫降、頂升組合協調的方法，給奎光塔做了一次「精確糾偏加固」手術。
迫降，就是將地基再挖深，擴大填充原基礎，再用頂升方法扶正奎光塔。
修復後的奎光塔，成功抵禦住了2008年汶川特大地震，晃而不倒，僅結構受損。
震後，中鐵文保再次承接了奎光塔震後搶救性保護的勘察設計。經技術論證，確定對古塔進行豎向貫穿鋼筋、塔體外部鋼帶圍箍等多種工程措施綜合修復。
奎光塔的成功修復，被譽為傳統工藝和現代科技有效結合的典範。 「透過奎光塔計畫，我們形成了古塔健康診斷、可靠性鑒定及修繕加固的成套技術，通常涉及測量測繪、無失真檢測、結構效能評價、地基基礎加固與塔體扶正、塔身加固及構件修繕等多學科。」王逢睿說。
2023年11月，第四次全國文物普查啟動，不可移動文物版圖又將擴大，文物保護工作任重道遠。
好風憑借力。 針對不可移動文物保護難題，國家層面已形成科技保護的頂層架構。 2023年底，中央宣傳部、文化和旅遊部、國家文物局等13個部門聯合印發【關於加強文物科技創新的意見】，圍繞文物保護利用重大需求，對文物領域的基礎研究和套用基礎研究、關鍵技術攻關、文物專用裝備升級、深化考古重大課題研究、科技成果轉化套用，以及文物領域標準化建設等方面進行了任務部署。
王逢睿表示：「作為中國文物保護隊伍中的一員，我們將不斷引入相關科學領域理論，充分發揮中國中鐵技術與創新優勢，進一步探索文物保護新技術。」
人物有約
王逢睿：讓歷史遺存容顏永駐
科技日報記者 矯陽
站在敦煌北窟前面，王逢睿向記者講述著他與文保結緣的往事。
烈日下，一身書卷氣的他沒帶任何防曬裝備，白晰的臉被曬得黑裏透紅。學鐵路勘察設計的他，竟在文物保護領域幹了26年。
1998年，21歲的王逢睿從西南交通大學畢業進入中鐵西北科學研究院後，跟隨院裏的老專家行走在河西走廊沿線，跨界做起了石窟保護的勘察設計。
21年前的春天，王逢睿初遇莫高窟第57窟裏的菩薩像，那一刻的震撼，至今深刻在他腦海裏。57窟，被譽為敦煌莫高窟的「美人」窟，菩薩手托蓮花、瓔珞覆體、瀝粉堆金。
自此，他下決心要竭盡所能保護好這些國寶。
不久後，王逢睿參與了敦煌莫高窟北區的保護計畫，見證了前輩專家們創立的一座石窟保護史上的裏程碑——在最大限度不改變歷史風貌的基礎上，運用精細化和柔性化創新技術，解決敦煌莫高窟北區巖體不穩定、風化和風沙侵蝕等病害，填補了相關保護技術的空白。
學習和實踐中，王逢睿深深地體會到，歷史文化遺產是不可再生、不可替代的寶貴資源，文物的稀缺性與脆弱性相疊加，大大增加了保護工作的技術難度。
如何將文化遺產保護工作特殊要求和現代科學技術協調匹配，成為王逢睿不斷思考的問題。
2004年，王逢睿第一次擔任計畫經理，負責甘肅慶陽北石窟寺巖體加固和滲水治理計畫。面對軟巖大跨度薄頂洞窟，王逢睿帶領團隊大膽創新，用新結構材料給洞窟做了一個剛性吊頂，並在窟外設定了兩根斜梁。斜梁一直延伸到後部山坡上，把洞窟窟頂「提」了起來，防止洞頂的分層塌落。
2008年，王逢睿擔任中鐵西北科學院工程公司副經理，分管文保業務。除石窟，還要關註土遺址、古磚塔……文物保護範圍更寬了。
一邊研讀古文物保護專業博士，一邊研究更廣泛的文物保護技術。
這期間，他帶領團隊完成了敦煌榆林窟、樂山大佛、樓蘭古城遺址、烏茲別克希瓦古城等諸多古遺址的修復，探索適合中國西北地方生土文物建築的加固保護技術、首創熒光碳點示蹤技術對潮濕環境下石質文物實施精細化修復、研發出一套深水環境下松散巖土體文物保護關鍵技術……
擔任中國中鐵科研院文化遺產保護研究院（簡稱中鐵文保）院長後，王逢睿更忙了。目前，中鐵文保擁有文保行業最高層次、最具權威性和影響力的國家文物局石窟寺文物保護技術重點科研基地，還建立了中鐵科研院巖土文物保護工程重點實驗室、甘肅省巖土文物保護工程技術中心等科技平台。
王逢睿說，文物是文化傳承發展的重要依托，亦是滋養文化傳承發展、建設中華民族現代文明的深厚根基。他的使命就是不斷探索用新技術協調適配文物保護難題，讓歷史遺存容顏永駐。
文中圖片由中鐵文保提供
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