现代科技守护古老敦煌

李韵　王笑妃

走进莫高窟351 窟，狭窄的洞窟里搭起了架子和采集设备，敦煌研究院数字化团队正进行数字化采集。眼前古老的洞窟，将被定格在此刻，在数字世界中获得“永生”。

现代科技，一边帮助彩塑与壁画“赛博永生”，一边为古老敦煌“祛病延年”。近年來，敦煌研究院在科研方面的“硬实力”有目共睹：多项文物保护科技成果入选国家“十三五”科技创新成就展，联合其他机构成立了我国首个也是目前唯一的国家古代壁画保护工程技术研究中心，承接了多项国家重点文物保护项目，还走出国门，为吉尔吉斯斯坦、缅甸等“一带一路”沿线国家的文化遗产保护提供技术支撑和中国方案。未来，敦煌研究院还有望组建国家重点实验室。

科技织就“金钟罩”

敦煌研究院石窟监测中心主任王小伟的身后，是一块大屏幕，上面列满实时更新的数据，科技感十足：石窟寺天气实况、灾害预警、实时游客量、文物保护工作现状……监测范围涵盖莫高窟的大环境、微环境，以及崖体、洞窟本体，还包括展馆、游客、工作等情况，可谓“一室之内，石窟动态尽在掌握”。

2022年，在莫高窟监测预警系统的基础上，敦煌研究院启动了甘肃省石窟寺监测预警系统（第一期）项目。

“我们监测了115个莫高窟的洞窟，还接入了敦煌研究院管理的甘肃省内的榆林窟、西千佛洞、麦积山、炳灵寺和北石窟寺等5处石窟寺的部分数据。帮助小石窟寺进行监测预警体系维护和数据分析，也是我们做省级平台的意义之一。”王小伟介绍，该项目运用物联网、无线传感器等技术，将敦煌研究院所辖6处石窟寺的监测预警工作有机结合起来，并将气象局、地震局等专业机构预警纳入系统，为石窟寺的预防性保护、抢救性保护、旅游开放等工作提供数据支持。

除了常见的二氧化碳浓度和相对湿度，他们还对洞窟中的VOC（挥发性有机化合物，香水中多含）进行监测。虽然香水是否会对洞窟造成影响尚无定论，但提前积累数据，可以未雨绸缪。

除了人的行为、自然气候可能对石窟造成影响，动植物及微生物也会影响到石窟安全。

走进敦煌研究院保护研究所生物实验室，只见架子上码着一排透明瓶子，瓶中泡着蛇、蜘蛛、蜥蜴等动物。为何要收集这些标本？它们与石窟又有何关系？仔细端详后发现，瓶子上的标签显示着这些小动物采集于不同石窟。敦煌研究院馆员贺东鹏解释，鸟类、昆虫、鼠类等动物进入洞窟做窝、排泄、抓挠，植物根系、枝条生长进入壁画结构体内，微生物滋生、侵蚀等，都会对壁画造成破坏，因此要进行防治。

实验室的一角，一个盒子里密密麻麻的黑点在动，走近一看竟然是甲虫。“这是我们为了研究专门养的当地的拟步甲科昆虫。前几年降雨增多，这种昆虫大量繁殖，少量爬进了洞窟。目前，通过化学药剂、布设陷阱等方式，尽量把它们的种群数量控制在合理范围内。”贺东鹏解释道。

来到敦煌研究院应急指挥中心，又是一块硕大的屏幕，不同区块分布不同的监控画面，既有门前杳无人迹的非开放洞窟，也有熙熙攘攘、携家带口的游客，还有麦积山等石窟的值班室画面。

敦煌积极开展“平安石窟”建设，2023年5月，莫高窟安防升级改造工程完成初验，一院六地石窟安防系统的全面联通，在石窟寺上方罩起越织越密的“金钟罩”。

“莫高窟本地有780多个摄像头，联动榆林窟等其他5处石窟共有超1300路视频图像。”敦煌研究院保卫处副处长张帅介绍，保卫处严格执行24小时双人双岗值班，有人靠近禁区触发警报后，保卫处将立刻派出无人机或车辆和人员，“窟区两三分钟就可以到现场，远的地方五六分钟”。张帅自豪地说：“保守地说，我们的安防系统应该可以在全国文物系统排前五。”未来，敦煌研究院还希望申请成为全省的文物安全培训基地，向更多文保单位推广先进的安防经验。

安全保障体系，除了守护文物安全，同时还能守护游客和职工的安全。“我们将现有的安防、消防、电气线路系统等都集成到数字孪生模型上，便于内部的隐患排查、风险分级管控。”

安防系统还接入了院内监测中心、游客预约系统等的数据，并且数据与酒泉市消防支队、敦煌市公安局共享，“尽量不做信息孤岛”。系统升级后，民警因游客走失、遗失物品来查监控的效率大大提升。“从原来的三四小时，到现在最快5分钟就能解决问题。”张帅说。

实验锻造“护身符”

一台电脑显示屏上，数字化模拟复原的莫高窟254窟壁画“萨埵太子本生”，如同刚刚绘制而成，色彩艳丽明亮，与斑驳黯淡、饱经沧桑的原始壁画形成鲜明对比。敦煌研究院副研究馆员柴勃隆介绍，这是莫高窟首幅用多光谱技术复原的壁画。在紫外光、红外光下，肉眼看不到的壁画线条、有机颜料使用位置等细节都浮现出来，如同人民币在紫外线下会呈现防伪标识一般。运用多光谱技术，最终可以对壁画颜料层及绘画技法进行科学而非主观的复原，还原到壁画最初创作时的模样。而且这种方式是无损的、非接触的，不会对壁画造成损害。

柴勃隆指着屏幕上285窟中“五百强盗成佛姻缘故事”的图像说：“其实古人当时画了许多精彩的细节，比如紫外线下，喷射的血迹都依稀可辨。还能看到古人绘画时的修改痕迹，比如254窟壁画中，老虎尾巴的位置就被修改过。”他兴致勃勃地分享。

此外，多光谱也可以帮助辨别壁画中不同颜料的分布位置。“好多变色的壁画我们看到都是黑色的，但变黑前它们到底是什么颜料？通过对比颜料多光谱图像标准数据库，就可以探明它们的真身，是铅丹还是靛蓝等。”

跟随穿着白大褂的科研人员，穿行于敦煌研究院保护研究所的各实验室之间，形形色色的仪器与设备叫人目不暇接。墙上的一幅幅海报，记录着敦煌研究院在科研上的累累硕果。

敦煌石窟的壁画用了哪些制作材料和工艺？如何防止壁画发霉？如何将壁画原位保护？……敦煌壁画尘封千年的秘密，在扫描电子显微镜、拉曼光谱、X 射线荧光光谱等现代科技襄助下，逐渐浮现出真容。

走进高约两层楼、占地3000多平方米的国内首座文物保护领域的多场耦合实验室，能于一时一地目睹一年四季：冬季仓中，来自锁阳城遗址的样本上覆盖着皑皑白雪；风雨仓中，来自庆阳北石窟寺的样本经历着“风吹雨打”；夏季仓中，取自秦东陵遗址的样本最为“沧桑”，表面的裂缝已如沟壑纵横。

“这个样品已经经历了一个完整年周期的加速模拟。最开始它的表面是比较平整光滑的，经历了一个年周期的降雪、降雨和风化过程后，它已经有了一些比较明显的病害发育。”敦煌研究院保护研究所副研究馆员张博介绍，这些样本并非取自遗址本体，而是使用遗址周边原状样品，或是用传统工艺制成的。

多场耦合实验室具有时间可控、精度可调，可进行多场耦合模拟、足尺样品模拟等优势。这里可以在短时间内，模拟不可移动文物经历多种不同自然条件“摧残”后的模样，为保护工艺和材料的使用、研发提供数据，揭示土遗址“生病”的原因。3个仓体配合使用，可以模拟从-30℃～60℃的温度、从10%～90% 的相对湿度，以及风、雨、雪、日照等一年四季土遗址所在地域的各种气候条件。

在多场耦合实验室中，时间可以被“加速”。“像干旱环境，四五十天左右就能够模拟完一个年周期。”张博表示，未来还有望进一步优化、压缩这一模拟过程。

敦煌研究院副院长郭青林说：“我认为没有不好的材料，只有不好的使用环境和方法。就像人治病，哪个处方有效，需要不断通过模拟实验来验证。”多场耦合实验室就是模拟各种“病症”，试验“药方”的有效性。“我们可以在实验室里验证学者最新研究成果的可行性；材料研发出来后，我们还可以给保护工艺、材料开出一个详细的使用说明书，比如它们适用哪些遗址？具体应该怎样用？”张博介绍，像敦煌研究院自主研发的PS 材料，就是通过实验研究出它针对哪些降雨强度加固效果较好。

数字开启“永生路”

走进正在进行数字化采集的莫高窟351窟，顿觉温度骤降，因此即使窟外超过30℃，但在阴冷洞窟一扎就是一整天的采集人员，也要裹着厚厚的外套。窟内，彩塑佛像垂眉，与钢架上的采集设备面面相对。千年时光，于此刻凝固在“赛博”空间。

“针对狭窄空间，我们定制了可以任意组装拆卸的采集设备；针对大型空间，我们研发了自动化采集设备。”敦煌数字化工作团队工作人员路育成介绍。

“机器之用，物化之学，工之智也。”一代工匠有一代工匠的智慧。古代的工匠和画师，开凿洞窟，勾描壁画，为我们留下宝贵的敦煌文化；今日敦煌研究院的数字化团队，则以数字技术助力敦煌永生。从20世纪90年代起，敦煌研究院开始数字化探索，“数字敦煌”建设不断攀登新的高峰。

路育成介绍，目前，“数字敦煌”已采集290个洞窟，采集面积2.6万平方米，全景漫游节目制作洞窟172个，石窟空间结构扫描洞窟206个，彩塑三维重建44身，数字化扫描历史档案底片42 134张，并为新疆、西藏等9省区市近20处文物保护单位提供了数字化技术支撑。

2022年，“数字敦煌”入选世界互联网大会“携手构建网络空间命运共同体精品案例”。“在全球200多个案例中，我们是唯一入选的文博单位。”敦煌研究院院长苏伯民骄傲地说。

百尺高楼从地起，世上无一蹴而就之事。这样的成绩，背后是采集人员长年累月的默默耕耘。以351窟为例，窟中壁画的表面积约为400多平方米，8位工作人员需花费100多个工作日采集数据，后期图像拼接还需三四个月。

走进图像处理加工办公室，屋里十分静谧，只有鼠标点击的声音。数字化团队的成员，如窗外的银白杨一般，安静又坚定。在洞窟里完成数字化采集之后，要在这里进行图像的拼接与定位纠正、彩塑和洞窟空间结构三维重建等处理。就是这些人在电脑前，日复一日、年复一年地拼接一张张图片，如搭积木般，搭建起数字世界里绚丽的敦煌。

“一人一天只能拼接二三十张图片，而一个壁面往往就有上千张图片。并且我们要进行两遍复查修改，确保壁画的形变控制在毫米级。”路育成介绍，“不过我们正在研发自动拼接技术，未来有望大大提升拼接效率。”

路育成从事数字化工作10余年，他坦诚地说：“前两年可能觉得枯燥，但是做了三四年，沉下心来了，自己也觉得是为后人留下历史的档案，很有意义。”

“数字敦煌”，不仅为了永久保存敦煌的文化遗产，而且为了让全民、全世界共享敦煌宝库内的资源。敦煌研究院一直积极推进数字化资源成果的转化利用，让全世界人都可以在云端欣赏敦煌文化。

2022年，全球首个基于区块链的数字文化遗产开放共享平台“数字敦煌·开放素材库”上线，来自莫高窟等石窟遗址及藏经洞文献的21类壁画专题、首批6500余份高清数字资源档案向全球开放。

“以前国际敦煌学界的国际敦煌项目数据库，只是把照片原原本本放上去，我们的敦煌遗书数据库则充分发挥了专家资源优势，补充了遗書全文录文。”苏伯民表示，敦煌研究院还在和英国、俄罗斯等国家协作，达成数字资源共享，推动海外敦煌文物的数字化回归。

敦煌研究院也在不断探索以最新科技，为敦煌数字化资源找到更好玩、更有趣、更活泼的活化利用方式。从前几年推出的“云游敦煌”微信小程序，到2023年发布的超时空参与式博物馆“数字藏经洞”，都获得了很高的点击量。“未来，希望人们在手机上就能很轻松地触及敦煌，比如利用VR（虚拟现实）等技术，也许将来人们坐在家中，就可以进入莫高窟每一个洞窟参观游览。”苏伯民笑着说。

本文转自光明网