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    中國作家協(xié)會主管

    文化遺產(chǎn)保護中的“黑科技”
    來源:中國藝術(shù)報 | 陳思靜 楊陽  2018年06月20日14:03

    近日,由北京市文物局、北京市房山區(qū)人民政府、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所主辦的2018年“文化自然遺產(chǎn)日”北京市主會場活動于周口店遺址舉行。觀眾可以親自走進猿人洞,看看猿人留下的灰燼和土層,也可以通過數(shù)字投放看到猿人洞的滄海桑田之變換等。除此之外, 2018年“文化和自然遺產(chǎn)日”北京市的系列主題活動在周口店遺址博物館、慈悲庵、中國古動物博物館、頤和園等多地同期舉行。在系列活動中,觀眾既可以體驗鉆木取火、遠古狩獵、考古挖掘等趣味項目,還可以看到皇家祭祀表演、明朝服飾表演等精彩演出。在此次系列活動中,“新技術(shù)護航文化遺產(chǎn)未來”成為新的主題,而在如今,新技術(shù)又是如何護航文化遺產(chǎn)的呢?

    遺址披上“新衣”

    周口店遺址猿人洞,原是一個天然石灰?guī)r溶洞。從大約五六十萬年前起,“北京人”在這里斷斷續(xù)續(xù)生活到約20萬年前,“北京人”的遺骨、遺物、遺跡和洞頂塌的石塊和洞外流入的泥沙等,在洞內(nèi)一層又一層充填起來,形成巨厚的堆積層。“不要看它只是一些簡單的石頭、骨頭,它是一部教科書,是一部歷史書。 ”中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員高星說。

    然而長期以來,周口店遺址處于露天狀態(tài)——風吹日曬、雨水沖刷、冰雪侵襲、植被根系生長、動物活動等各種自然力的破壞導致部分山體塌陷,遺址的巖壁迅速剝蝕,導致“北京人”的老房子險象環(huán)生。但該如何對其進行有效保護而又不影響其所處環(huán)境,成為了一大難題。

    2012年,在歷經(jīng)3年的專家論證之后,周口店遺址管理處與清華大學建筑設(shè)計研究院合作的猿人洞遺址保護方案最終被聯(lián)合國教科文組織和國家文物局批準。這是一座前所未有的史前遺址保護方案——采用大跨度的弧形殼體鋼結(jié)構(gòu)橫跨猿人洞遺址之上,對整個遺址進行全方位覆蓋。這樣的設(shè)計既要實現(xiàn)對遺址的全面保護,又絕不能喧賓奪主,為實現(xiàn)這一目的,設(shè)計師進行了精密的計算,通過等高線還原出山體原貌,設(shè)計出和四周連綿起伏的山巒一致的建筑輪廓曲線。保護罩的設(shè)計亦是別出心裁,設(shè)計師根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)和氣候數(shù)據(jù),進行了大量數(shù)據(jù)模擬分析和計算將遺址的保護罩化整為零,將保護罩劃分為825個葉片,進行相互搭建,并且葉片之間留有一定的空隙,既防止雨水進入,又讓空氣自然流通,保證了猿人洞內(nèi)外溫度、濕度相對一致。

    825個葉片,每個葉片角度都不相同,為了保證施工時的精確性,設(shè)計師給每個葉片都編了號碼。在搭建時,每個點都需要通過xyz三個坐標進行精確的空間定位,最后再對鋼結(jié)構(gòu)進行拼裝,這對于現(xiàn)場施工是極大的挑戰(zhàn)。正如周口店北京人遺址管理處主任董翠平所說:“在一個遺址上加蓋保護棚,在世界上是為數(shù)不多的,其難度比在平地上做一個類似的保護棚要難得多。 ”

    在世界文化遺產(chǎn)上大興土木,如同在刀尖上跳舞,稍不留神可能就會造成無法估量的損失。在進行多次論證之后,遺址管理處決定對整個施工的重要參數(shù)進行實時監(jiān)測,為此他們專門設(shè)計了一套特殊的工程檢測預警系統(tǒng),實現(xiàn)了邊施工邊檢測。最終,施工方利用特殊的支架體系作為支撐,通過兩臺重型吊車對異形鋼結(jié)構(gòu)同時進行吊裝及空中焊接,成功將由28根橫向及15根縱向的鋼梁組成的巨大的保護棚罩固定,高低錯落地覆蓋在整個猿人洞的上方。

    經(jīng)過7年論證, 3年施工,這個具有重要歷史價值和極高科學地位的猿人洞終于披上了“新衣” ,得到了保護。

    “慧眼”看透古跡“心臟”

    除了猿人洞遺址的保護,在建城3000多年、建都800多年、擁有世界文化遺產(chǎn)7處,文物遺存3000余處的北京,科技早已悄然進入到文化遺產(chǎn)保護中。

    北宋李誡有言:“凡構(gòu)屋之制,皆以材為祖。 ”在中國傳統(tǒng)古建筑中,木結(jié)構(gòu)的使用隨處可見,早在唐朝就已形成一套嚴整的木結(jié)構(gòu)建筑制作方法。但是,木材在具有良好抗震性能的同時,亦存在容易受溫度、濕度以及蟲害的影響而產(chǎn)生腐爛、蟲蛀等問題。如何準確檢測、評價古建筑木結(jié)構(gòu)和木構(gòu)件的安全性能就成為保護古建筑必須要面對的問題,也是保護古建筑“長命百歲”的先決條件。

    “在現(xiàn)在的古建筑保護中,有一種新型科學儀器——微鉆阻力儀,靠著它,我們就像長了一雙透視眼——可以‘看透’木心。 ”北京市古代建筑研究所科技保護研究室主任、副研究館員張濤介紹,微鉆阻力儀像一個長方形的鐵盒子,里面裝有一個45厘米長、直徑只有1 . 5毫米的細長鉆頭,用它打進木頭心,只在木頭表面留下一個看不見的小孔,對古建筑的損傷極低。通過連接在鉆頭后面的傳感器,可以顯示出木頭內(nèi)部的情況。“儀器吐出的紙帶上的曲線就像心電圖的曲線,隨著微型鉆頭不斷鉆進,曲線會出現(xiàn)高低不平的變化。當曲線突然從一個高峰跌落,經(jīng)過一段低谷之后又開始上升,根據(jù)經(jīng)驗,我們就能判斷這根木頭出現(xiàn)了空心,連空心的大小都一目了然。 ”張濤說,一般在一根木頭上打下2到3個孔,就能確定空心有多長,是整根木頭都空了,還是空了幾分之一或一半,之后就可以確定醫(yī)治方案了:空心小的,可以想法修補,空心厲害的,就要及時換掉。

    把新技術(shù)應用到古建筑修繕修復過程中,快速準確判定木構(gòu)件的糟朽程度及病害類型,為修繕設(shè)計提供依據(jù),為建立古建筑健康檔案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),推動前期木構(gòu)件無損檢測已成為科學系統(tǒng)保護木構(gòu)件古建筑的基本前提和必備環(huán)節(jié)。

    古跡中除了木材,石材也占有相當大的比例,如明十三陵石刻文物、神道石像生、頤和園耶律楚材墓、長城等,這些石材古跡亦會在大自然的風吹雨打中受到損傷。就長城而言,城墻看起來很厚,實際上是磚、石砌的外皮,里面都是夯土或者碎石。幾百年風霜雨雪的滲透,長城城墻也會出現(xiàn)空心塌陷的毛病。對付城墻,不能用打孔鉆探的方法,怎么辦?

    激光掃描技術(shù)在這里就能應用得上了——通過激光掃描測量的方法,大面積、大量采集空間點位信息,并建立三維影像模型。在激光的“慧眼”下,專家們可以看到石材古跡內(nèi)部的情況,有問題的地方可以提前預警,需要維修時也能有的放矢。

    而這些還只是科技文物保護中很小一部分。近年來,在文化遺產(chǎn)保護中的納米技術(shù)與文物加固、顏色科學與文物虛擬修復、傳感技術(shù)與文物預防性保護、文物信息數(shù)字化研究與應用、巖土工程技術(shù)與文物穩(wěn)定性加固、地球物理探測與考古研究等方面均有大量新型科學技術(shù)得到應用,這足以讓我們相信今后會有更多更好的技術(shù)為祖國文化遺產(chǎn)保駕護航。

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