云冈石窟20窟
又一个雨天，山西省文物局总工程师黄继忠的心又飘到了云冈石窟——饱受风化之苦的石窟最怕雨水。山西大同年平均降水量远远低于全国水平，但对这座开凿于1500年前的砂岩质石窟而言，一场小雨也会带来损失。
黄继忠曾和同事们在雨季做过统计，一个月降水量110毫米的情况下，云冈石窟五华洞前的一根立柱就会脱落砂粒达1.6公斤。第9窟、10窟和12窟前列柱越来越细，而许多洞窟外壁雕刻已荡然无存。云冈石窟保存的51000尊大小石佛也遭受着不同程度的风化。风化严重的石像表面，如同一张酥饼，手指轻轻一触，就像酥饼皮一样脱落。
“国内很多石雕、石窟等石质文物都面临着这样的危险，如果不有效保护，多年以后，许多古人留下的艺术精品可能就会消失。”黄继忠告诉科技日报记者。为了将新技术用于石质文物保护，科技部2009年在支撑计划中专门安排了“石质文物保护关键技术研究”项目。
作为课题的发起人之一，黄继忠和他的合作者们希望通过细致的科学研究，探索出新方法新途径，来阻挡石质文物消失的脚步。
着眼于“防患未然”
石质文物（包括石窟寺、石雕像、摩崖石刻和碑刻等形式）在我国历史文化遗产中占有极其重要的地位，具有历史久、分布广、价值高的特点，石窟寺就是其中的典型代表，我国著名的四大石窟——敦煌石窟、云冈石窟、龙门石窟、大足石窟，均列入世界文化遗产名录。
据统计，我国的石窟、摩崖造像中，仅国家级重点文物保护单位就多达30多处，省级保护单位94处。这类文物普遍存在水患、结构失稳、表面风化与污染等问题。
因为其历史意义和艺术价值，石质文物的保护一直受到社会各界关注。经常能在媒体上看到这样的报道：“天坛石质文物面临风化”“承德避暑山庄石质风化严重”……
上世纪60年代，原国家科委就曾针对全国石质文物普遍存在的问题，组织过大规模研究。“当时的研究是‘救命’的。”黄继忠告诉记者，当时“抢救性保护”还无法关注到风化等细节性问题，而是着力解决防止倒塌等稳定性问题，采用了支护、挡墙等多种方式。
“新世纪的研究则更关注环境对石窟的损害，风化、稳定性研究等都着眼于防患于未然。”黄继忠说。因为石窟寺是我国石质文物的代表，其保护技术也是石质文物保护技术中最为复杂和综合性最强的，涉及保护技术各个层面。因此该研究项目将云冈石窟为代表的石窟寺保护技术列为主要研究对象。
2009年开始实施的支撑计划，以石质文物保护关键点和技术难点为研究对象，希望建立适合我国石窟寺类不可移动文物保护的病害无损分析评估体系、石窟稳定性评价及水害探查技术体系，保护关键技术体系，从而对我国石质文物保护工作产生推动作用。
全方位的科技保护
云冈石窟现场，几块有裂隙的岩壁上整整齐齐地布上了探头、导线，工作人员则在不远处的仪器上观察探头传回的超声数据。这些有裂隙的岩壁正在接受“B超检查”，看看病害情况到底如何。
这样的无损检测方法是石质文物保护研究的一项重要内容。“要保护首先要了解文物病害，但一直以来，我们缺乏对石窟现状的深入了解及对病害的科学有效认知。”中国文化遗产研究院高峰研究员说。
与普通的岩体不同，石窟岩体是雕有文物的特殊地质体，这就决定了其现状的探查技术与普通的地质岩体探查技术不同，更多地需要用无损及微损的技术解决。高峰负责的子课题正是“无损或微损检测技术在石窟保护中的应用研究”。他介绍说，无损检测技术在检测石质文物的风化程度、评价风化石雕加固效果、探测裂隙分布和裂缝灌浆深度等方面具有其他方法不可比拟的优势。他的团队在课题研究中探索了高光谱、核磁共振、远红外、超声波等多种无损或微损技术用于石质文物病害检测的方法和体系。
各种来源的水是引起石窟雕刻风化最直接也是最根本的因素之一，要解决石窟雕刻继续风化的根本出路是准确探测石窟内部水分来源的通道，为石窟治水提供可靠的科学依据。黄继忠负责的子课题“石窟水分来源综合探查技术研究”正是要研究这一水源问题。
据黄继忠介绍，对云冈石窟产生影响的水以4种形式出现：雨水冲刷、顶部或北壁渗水、毛细水、凝结水。“我们的目标是准确探测石窟内部水分的进入通道、活动形式、水量以及盐分的作用，为石窟水患治理提供科学依据。”
此外，其他4个子课题分别是：石窟岩体稳定性分析研究、石窟危岩体治理关键技术研究、石窟文物表面有害污物清除技术研究，以及石质文物防风化保护和施工工艺研究。6个子课题各自独立，但又是一个整体，涉及石质文物保护的方方面面，科研人员们希望能为我国石质文物提供全方位的科技保护。
研究初现成效
2011年11月22日，四川绵阳碧水寺，几位国内知名的文物保护专家来到这里，现场观看我国首台石质文物激光清洗机的“本事”。
大殿外矗立着两尊石虎，由于长年裸露在户外，遍体是青色的苔藓和黑色的污垢。但在一尊石虎的背上，却有一部分显露出砂岩本身的“颜面”，吸引了专家们的视线。“这就是用激光清洗过的。”中国工程物理研究院激光聚变研究中心工程光学部主任袁晓东介绍。
随着科研人员们两年多不懈努力，石质文物保护项目各课题组的成果逐渐浮出水面，有的已经开始用于石质文物的保护，激光清洗技术便是其中之一。科研人员开发出了具有自主知识产权的国内首台石质文物激光清洗机，并针对不同污物建立了清洗的规程和标准。
袁晓东介绍说，激光是定向光源，一点能量就能升高污染物温度，使污染物瞬间从文物表面剥离，从而实现对文物的清洗，并不会对文物造成损害。在设计中，研究人员还突出了在线监测和光束指示功能，能通过电脑实时监控。
对风化文物加固保护之前，必须对石质文物表面的污染物进行清除，但我国石质表面有害污染物的分析和除去手段方法一直比较落后，一般采用常规清除手段，如机械法和化学法。西安文物保护修复中心齐扬研究员负责的子课题“石窟文物表面有害污物清除技术研究”正是要解决这一问题。两年多时间，他的课题组对蒸汽喷射清洗、粒子喷射清洗、激光清洗等新技术用于石质文物的方法、标准进行了探索，初现成效。
在今年3月初进行的项目中期评估会上，各课题组将成果进行了交流。无损探测课题组建立基于超声波CT、探针、高密度电阻率成像和电阻率微测深技术等多项技术手段的综合探测技术（含操作规程）。水源探测课题组初步形成了一套基于地球物理勘探、水文地质勘查等技术的石窟渗水来源、凝结水的综合探查技术，研发了一套石窟水分探查新装置，该凝结水测量装置已在世界文化遗产龙门石窟、大足石刻凝结水等研究中得到应用。稳定性分析课题组则建立基于多场耦合理论、有限差分法等的石窟岩体稳定性预测与评估的技术和方法，包括对历史工程岩体稳定性评估，石窟岩体安全稳定影响因素综合评估的数学模型……
每一点进步都在为千年石窟的保护争取时间，“希望我们的研究能让石质文物的保护更科学、更有效”。黄继忠说。
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