埋藏两千年，兵马俑还“健康”吗？

兵马俑是我国古代陶制文物的杰出代表，被誉为“世界第八大奇迹”。2024年，兵马俑迎来了考古发掘50周年。走过半个世纪，我们不禁好奇，这些古老陶俑的真实“健康”状况如何？

北京建筑大学有这样一支团队，他们和秦始皇帝陵博物院合作，给兵马俑做“体检”。小陶人儿的“体检”怎么做？如何治愈“生病”的小陶人儿？“黑科技”在这个过程中是否有用武之地？我们专访了北京建筑大学教授、博士生导师祝磊，听他讲述守护兵马俑的故事，一起寻找上述问题的答案。

您和团队对兵马俑的“体检”工作是在怎样的契机下开始的？

祝磊：2019年暑假，我们几位老师一起去参观了兵马俑，后来我和学生为国家文物局的重点科研项目“原址展示秦俑安全稳定性预防性保护研究”做调查工作，现场对陶俑进行了测量、称重，并完成了一些计算工作。秦始皇帝陵博物院在兵马俑修复工作中存在一些亟须解决的问题，比如，残片形状不规则、磨损严重，致使拼接工作进展缓慢；修复后的兵马俑受力复杂，容易二次损坏。兵马俑“体检”刚好可以辅助这些问题的解决，这件事就顺理成章地做了起来。

这项研究结题后，我们继续开展和兵马俑相关的其他项目研究，比如研发能安全省力地移动陶俑的车，满足兵马俑“换位展览”的需求。这项研究能帮工作人员“减负”，让他们不用再以人力背负一个个100多公斤重的陶俑。其实，只要兵马俑没有全部出土，总有工作在等我们。我们能有机会像电影《古今大战秦俑情》里演绎的那样近距离接触兵马俑，也是一件有趣又很酷的事情。

兵马俑“体检”要经历怎样的流程？

祝磊：兵马俑被挖掘出来时基本都是破碎的，现在那些站立的兵马俑都是修复人员用碎片拼合的。我们用“三维激光扫描设备”扫描出土碎片，接收反射回来的激光信号，根据激光的传播时间和光速计算激光发射点到碎片表面的距离，多次扫描之后就在计算机中存下碎片表面海量的点，然后把点连成线、线连成面、面连成体，再借助计算机转化成三维图像，还原陶俑的整体结构。接下来，通过陶俑各部位的受力情况判断它是否有损毁危险。这一步我们会用到“有限元模型工具”，计算机将模拟不同姿势下兵马俑的受力状况，应力大的地方需要我们重点关注和处理。

这个过程会涉及一个基础“数据”问题，怎样知道陶土的强度有多大？兵马俑现场出土了很多无法拼合的细小碎片，我们拿回一些小样做测试，在实验室中用压力机来压，把碎片压坏，测出它自身的强度，这个数值就是衡量标准。在计算机模拟中，如果陶俑的受力情况没有超出这个数值就是安全的。

兵马俑的实际“健康”状况如何？有安全隐患的地方怎样处理？

祝磊：经过测试，大多数兵马俑没有太大问题，这和陶俑本身材料的强度很高有关，达到了几十兆帕，和现代的砖差不多，而陶俑站立状态下的最大应力不过几兆帕。但兵马俑千人千面，每个都不一样，仍需个性化来看待。如果存在不牢固的情况，当下的处理方式主要是用支架来支撑。对于需要修缮细节的陶俑，我们会遵循“最小干预原则”，尽量采取最小的干预措施，保证它能支撑住、维持下去就好。

在地下沉睡两千年，被挖掘后又展出了半个世纪，除了稳固性，它们还存在哪些问题？

祝磊：陶俑表面的彩绘会脱落，它们出土时的颜色其实很鲜艳，遇到空气后就氧化了，因此，我们现在看到的陶俑是铅灰色的，颜色很单调。此外，也有材料老化的问题，刚开始挖掘陶俑时，环境简陋，即便把它们放在室内保存，但由于没有温湿度调节的条件，导致陶俑生长霉菌、被生物侵蚀。直到今年，对外展厅才有了温湿度调节设备。鉴于我所研究的专业，我更关注陶俑的结构问题，研究材料的老化程度、拼接用胶的退化情况。目前来看，陶土的耐久性不错，胶水经历了50年也没有开胶。

还有一个问题，大家很少关注，就是陶俑也会变形。物体受力后都会变形，就和我们做“撑杆跳”的动作一样，杆受力后会由直变弯。经过计算，我们发现陶俑在重力作用下，出现了毫米级的形变，只是因为变形不严重，人们察觉不到。但是，这并不意味着我们可以忽视它，就和建筑一样，任何事物的形变都有一定的安全范围。

科技手段给兵马俑保护提供了哪些方便？为其他文化遗产的保护带来了哪些新思路？

祝磊：用陶土完成兵马俑的拼接工作由秦始皇帝陵博物院的专业老师来做，他们更有经验。但这项工作很费事，陶土沉且不易移动，大约半年到一年时间才能拼好一个。计算机虚拟拼接的速度快、精度高，能为实际拼接工作提供定位参考。当陶俑在拼接过程中出现细节缺失状况，若位于关键位置，为保证陶俑的大体完整性，还需要修补。以往修复人员要参考大量陶俑来推断缺失部分原本的样子，现在这项工作可以借助计算机来完成，先进行虚拟修复，合情合理地补上缺失的部分，效果即时可看，方便随时调整，满意后再用真实陶土来修复，提升工作效率。

无论文物还是建筑都和人一样需要定期“体检”来保证健康，“体检”的手段是可以迁移和复制的。我是研究土木工程的，给兵马俑“体检”的方法，其实也是我们研究建筑结构时会用到的，只是文物更宝贵和脆弱，在检测和修复过程中要更慎重。

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兵马俑扛得住地震吗？

由振动台模拟地震真实发生，从3D打印秦俑的表现来看，当晃动在8度以下时，它们基本能维持稳定，但超过这个数值会有倒地的可能，并且足踝部位受力较大，容易损毁。我们平时所说的“震级”和实验中的“晃动剧烈程度”呈正相关，震级越高，晃动越严重。