白鹤梁题刻水下保护与展示提升概述

邓佳 蒋锐 黄麒瑾

（重庆中国三峡博物馆，重庆 400015）

0 引言

水下文化遗产就地保护虽然并非唯一的保护方法，但已成为水下文化遗产管理的重要组成部分。将水下遗址留在水底以取代发掘和搬迁，带参观者到遗址是展示水下文化遗产的重要方式之一。而将参观者带往水下遗址，往往会设计潜水运动。尤其随着世界范围内积极参与潜水运动爱好者的人数不断增加，自然资源与文化资源保护对国家旅游业的影响逐步深入，发展水下文化遗产参观，创设前往单个遗产的通道是一件可能会创造更大价值的益事。但是潜水运动并不适用所有想亲身体验水下文化遗产的人们。对于大多数人来讲，进入博物馆是一个更容易接触和选择的方式，所以建立水下博物馆，实现水下遗产的保护和展示利用，对于公众参与了解和保护水下文化遗产确实很有必要。埃及一直在计划修建的亚历山大港水下博物馆，虽然联合国教科文组织在2013年也派专人推荐这个项目，但迟迟没有进展，虽然不确定最后是否能真正向公众开放，但“水下宝藏”对很多人来说都很有吸引力。

白鹤梁水下博物馆的修建，就是为了让这段记载了自唐广德元年起1200余年间的72个枯水年份水文资料的题刻，让这座保存完好的世界“第一水文站”和世界罕见的“水下碑林”能够继续展示在世人的面前。根据联合国教科文组织的定义，白鹤梁水下博物馆为世界上第一座游客可通过非潜水方式参观的水下博物馆。游客可直接通过乘坐90m的电梯到达长江水下38m深处，步入参观廊道，进入白鹤梁题刻核心区进行参观①。白鹤梁自开放以来每年公众接待量达20余万人，使公众对水下文化遗产保护与利用的价值有了更深入的认识。

白鹤梁水下博物馆开放至今已达10余年，从最初的建成开放仅3天就因水质不清等原因导致无法观赏题刻，博物馆只能停止对外开放，到如今白鹤梁水下博物馆全年再无因任何运行问题而闭馆，这期间曾出现的如保护体内水质恶劣、藻类滋生、题刻表面生物膜附着、灯光照明效果不佳、钢构件腐蚀严重、参观玻璃出现“银纹”等大大小小的问题，通过白鹤梁水下博物馆一次一次的努力改进而得以解决。水下照明系统、水下参观窗、保护体水环境作为实现白鹤梁题刻就地保护及展示利用三大决定性因素，为了让这一优秀的传统文化能继续展示在世人面前，为了白鹤梁水下博物馆的可持续发展，笔者将白鹤梁水下博物馆10余年在这三个方面的改进优化做详细介绍。

1 白鹤梁题刻保护及展示利用三大决定性因素

1.1 水下照明系统的优化改进

如何让世人在水下依然能观赏到白鹤梁千年石刻，不断探索改造保护体内水下灯光系统是实现这一愿望的必经之路。白鹤梁自开放以来前后共改进了三次水下灯光照明系统，从最初的满足基本照明需求到现在的丰富照明效果，每一次改进都是新技术的尝试、新产品的运用。

1.1.1 第一代照明系统

白鹤梁题刻早期的水下灯光系统安装是与水下保护工程建设同步进行的。2006年4月，首先完成了LED灯具、照明电缆、电缆穿舱件等题刻保护体内设备的安装，保护体每组灯由9盏灯具组成，每盏灯具有8颗灯珠，每组功率达216W，整个保护体共安装150组（图1）。直到2009年5月，白鹤梁水下保护工作整体完工后，对水下灯光系统整体进行运行调试，当时的照明基本满足水下题刻的观赏需求。

图1 保护体内第一代照明系统

但在白鹤梁水下博物馆试运行几个月后，随着水循环系统等设备的启用，保护体内的水环境发生了较大变化，照明造成水温上升，致使大量的藻类植物生长，尤其在灯具周围，适宜的温度和光照，藻类繁殖近1米长，同时也造成150组灯具的壳体、安装支架等铝合金材质出现了较为严重的腐蚀现象。大量的腐蚀物或漂浮在水中形成了白色的絮状物，或沉积在题刻表面，影响了水的透明度，加快水质恶化，使得白鹤梁题刻展示受到严重影响。

1.1.2 第二代照明系统

为尽快解决第一代灯光照明出现的问题，2009年底白鹤梁水下博物馆启动了水下灯光系统的整改工程。采用了当时先进的LED照明技术，使用发光效率更高的LED芯片，优化后的LED灯具结构紧凑小巧，便于水下更换（图2、图3）。每盏不锈钢LED灯具直径仅150mm，由20颗灯珠组成，功率为60W，单灯能耗下降40%，保护体整体能耗下降50%，节能效果非常显著。灯具壳体采用不锈钢和非金属材料，提高防腐能力，消除了灯具腐蚀及腐蚀物对水体的污染。根据保护体题刻位置合理调整灯光布局，整改工程于2010年3月底完成，整改后水下灯光系统的灯具数量由150盏减少到108盏，题刻保护体内的平均照度仍然保持在350lx以上。

图2 二代LED灯具

图3 潜水员在水下更换一代灯具

1.1.3 第三代照明系统

白鹤梁水下照明系统经过初次整改，虽然解决了灯具的腐蚀问题，提高了灯具的可维护性，使水下灯光系统的能效也大大提高，但水下灯光系统的设计仍存在以下几点问题：一是108盏二代灯具均匀地分布在保护罩体内部，保护体内虽照度均匀，题刻可见，但游客在观赏过程中视觉效果平淡，无法突出保护体内的重点题刻；二是一代、二代水下照明系统都不能对灯具的照度进行调节，无法独立地操作每一盏灯具，仅能实现简单的分组开关操作；三是第二代照明系统光源单一且投射光线的直线性差，同时较大的光束角使得题刻字迹上无明显的光影对比效果，题刻的展示效果平淡，无法满足公众对题刻观赏的需求；四是根据重庆大学近几年对白鹤梁题刻水环境现状的分析，发现光照引起的水温上升是导致白鹤梁保护体内题刻表面生物膜、藻类生长的重要因素之一，而简单的开关型照明控制方式，导致过多无为的光照，不利于对抑制保护体内藻类的生长和水环境的净化水质。

2015年白鹤梁水下博物馆再次进行水下灯光系统改造，建立了水下灯光系统的智能化控制平台，实现对水下灯光亮度的程序化控制。智能化控制平台能够将控制指令发送到系统中的任何一盏灯，能够独立地调节、开启或关闭每一盏灯具，从而能够围绕需要展示的重点题刻，配置适当比例的背景光和效果光。将原有的108盏灯具改造更换为新研制的LED背景灯，并加装20盏LED聚光灯，利用背景灯与聚光灯对10余处重点题刻区域进行互相配光，使用背景光、效果光对题刻进行明暗对比衬托，同时利用光线渐变方式来增强游客观赏题刻的立体光感，渲染了题刻的表现力、视觉引导力和观赏震撼力，大大提升了保护体水下题刻的展示效果，同时提高了照明系统的工作效率，减少无谓的照明，达到抑制藻类及题刻表面生物膜生长的目的（图4、图5）。

图4 水下重点题刻展示效果

图5 背景灯下展示效果

1.2 参观窗改造

白鹤梁题刻水下参观廊道是整个原址保护工程的重要组成部分，它安装于水下保护体内外江侧水下导墙上，两端分别与水平交通廊道相通。在整个参观廊道上共安装了23个参观窗，游客通过这23个参观窗口来欣赏淹没于江底的白鹤梁题刻。每个观察窗都是双层玻璃结构，内外径玻璃厚度84mm到88mm，在确保安全的前提下，便于在保护体内蓄水后更换玻璃。最初安装的参观窗玻璃自2005年使用至2014年7月，因长期处于高水压和潮湿的环境中，在2013年底发现玻璃出现“银纹”，透光性和强度变差，存在一定安全隐患且影响水下题刻展示效果。

为确保参观廊道的绝对安全及参观效果，白鹤梁水下博物馆随即开展了参观廊道观察窗改造及玻璃更换工程。锦西化工研究院以YB-3航空有机玻璃为基础，根据白鹤梁题刻展示的特殊性，不断试验玻璃制造工艺：一是通过对制造YB-3有机玻璃引发剂种类的优化，找到最优引发剂的用量，最终解决了因白鹤梁参观窗厚，聚合时间长，制造成功率低的问题；二是选取最优有机玻璃水浴聚合温度，经反复试验确定了30℃、12h的低温水浴，有效解决了有机玻璃炸板的问题，研制出了特殊的有较高抗压强度、透光性、抗冲击性和表面硬度的有机玻璃②。使用改良后工艺制作的参观窗主要技术参数见表1。然而在水下近40m处，更换重近150kg的玻璃尚无任何经验可以借鉴，亦是一次极大的挑战。因水下作业难度及风险极高，最终在中船重工第七一九研究所与白鹤梁水下博物馆的一起努力下，定制特殊工具，克服种种困难，才顺利完成了对参观玻璃的更换（图6、图7）。

图6 潜水员对玻璃进行更换

图7 参观玻璃窗更换后效果

表1 参观窗玻璃技术要求及实测值

1.3 白鹤梁题刻保护的水环境优化

白鹤梁循环水系统是保障白鹤梁题刻在水下可展示的核心因素，水质的好坏直接影响到题刻的展示效果。笔者曾在《白鹤梁题刻保护工程循环水净化工艺》③一文中对白鹤梁自开放以来的水环境优化改进过程进行了详细阐述，固此处仅做简要说明。

1.3.1 改进水循环处理工艺

白鹤梁题刻水下保护工程在建设时同时专门安装了循环水系统与长江水相通，通过容器内水压抵消其外部的长江水压力，对进出容器的长江水进行过滤，以确保水质清澈透明，便于题刻观赏④。但因外江水浊度高、变化也较急剧，尤其是在长江汛期，导致处理水质较差且循环水系统运行成本高⑤。对此白鹤梁水下博物馆为解决这一问题，通过逐步摸索，不断调整循环水运行方式：一是更改循环水系统补水方式，将最初从江水抽取水的方式更换成江岸上自来水补水，同时抽取保护体内水进行自循环处理。二是优化白鹤梁水处理系统工艺流程，对江岸上的净化单元增加遮光装置，隔绝了光照，有效破坏了藻类的生长条件。三是取消原工艺的加药环节，最初的循环水系统中，PAC等药剂投加在过滤器前端，使得一些微絮体透过后端的过滤系统进入了保护体，从而增加保护体内水质浊度。取消加药装置，可以明显减少进入保护体内的微絮体，以及减少化学药剂可能对题刻存在的影响。四是将循环水处理末端精密过滤器原滤芯5μm更换为1μm，进一步提升了经处理后进入保护体的水质。

1.3.2 增加水环境监测系统

白鹤梁保护管理处自2012年开始与重庆大学合作建立了白鹤梁水下文物环境保护科研基地，持续对白鹤梁题刻所处的水环境开展研究。监测方式是通过潜水员进入保护体内，在上、中、下游取出水样后进行实验分析，研究结果对白鹤梁水循环处理有一定的指导作用，但有一定滞后性。2016年白鹤梁保护管理处向国家文物局申报了《白鹤梁题刻文物本体和保存环境监测项目》，保护体内水质监测作为该项目的其中一个子项，在2019年完成了安装。其监测方式是在保护体长轴端中部的工作台下方安装一台水质监测传感器，通过水下带屏蔽线缆将信号传输至线缆转接舱内的数据采集设备，采集设备将数据实时传输到监测系统平台。通过实时监测水体浊度、溶解氧、pH值、电导率、温度等参数，掌握保护体内题刻表面生物膜、藻类等生长规律，及时采取有效措施保持水质健康，抑制生物膜和藻类生长，提升题刻展示效果。

2 结束语

当前白鹤梁题刻的展示以综合研究为基础，以文物保护为前提，地面展示与水下展示相结合，全面展现白鹤梁题刻的科学、历史和艺术价值⑥。

葛修润院士说：“白鹤梁水下博物馆是世界首例，没有可借鉴的经验，一切可能出现的问题都要靠我们自己不断发现、解决。”正如葛院士所说，在国内外尚无同类水文化遗产开放运行管理经验可借鉴的世界级难题下，白鹤梁保护体出现了水体浑浊、藻类生长、灯光照明不佳等种种问题。10余年来，白鹤梁水下博物馆不断摸索自开放运行以来面临的各种难题，幸得在各方协助、社会力量支持的情况下，让白鹤梁运行过程中面临的困境都逐一克服，使得白鹤梁题刻这一文化瑰宝能在水下继续璀璨夺目。

注释

①胡黎明.白鹤梁题刻水环境现状与水下展示提升问题[J].中国博物馆，2015（3）：108-114.

②邓佳，蒋锐，杨娟.航空有机玻璃在白鹤梁题刻水下参观廊道的应用[J].遗产与保护研究，2019（2）：123-126.

③邓佳，李隆田.白鹤梁题刻保护工程循环水净化工艺[J].净水技术，2016（6）：100-105.

④⑤李尔，范跃华.白鹤梁题刻水下保护工程特殊过滤器性能试验研究[J].给水排水，2005（3）：92-95.

⑥孙华，陈元棪.涪陵白鹤梁题刻的保护与展示[J].四川文物，2015（6）：72-81.