現(xiàn)代科技守護(hù)古老敦煌

八月初，記者走進(jìn)莫高窟351窟。狹窄的洞窟里搭起了架子和采集設(shè)備，敦煌研究院數(shù)字化團(tuán)隊(duì)正進(jìn)行數(shù)字化采集。眼前古老的洞窟，將被定格在此刻，在數(shù)字世界中獲得“永生”。

　　現(xiàn)代科技，一邊幫助彩塑與壁畫(huà)“賽博永生”，一邊為古老敦煌“祛病延年”。近年來(lái)，敦煌研究院在科研方面的“硬實(shí)力”有目共睹：多項(xiàng)文物保護(hù)科技成果入選國(guó)家“十三五”科技創(chuàng)新成就展，聯(lián)合其他機(jī)構(gòu)成立了我國(guó)首個(gè)，也是目前唯一的國(guó)家古代壁畫(huà)保護(hù)工程技術(shù)研究中心，承接了多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)項(xiàng)目，還走出國(guó)門(mén)，為吉爾吉斯斯坦、緬甸等“一帶一路”沿線國(guó)家的文化遺產(chǎn)保護(hù)提供技術(shù)支撐和中國(guó)方案。未來(lái)，敦煌研究院還有望組建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

　　科技織就“金鐘罩”

　　敦煌研究院石窟監(jiān)測(cè)中心主任王小偉的身后，是一塊大屏幕，上面列滿實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)，科技感十足：石窟寺天氣實(shí)況、預(yù)警、實(shí)時(shí)游客量、文物保護(hù)工作現(xiàn)狀……監(jiān)測(cè)范圍涵蓋莫高窟的大環(huán)境、微環(huán)境，以及崖體、洞窟本體，還包括展館、游客、工作等情況，可謂一室之內(nèi)石窟動(dòng)態(tài)盡在掌握。

　　2022年，在莫高窟監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，敦煌研究院?jiǎn)?dòng)了甘肅省石窟寺監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（第一期）項(xiàng)目。

莫高窟220窟樂(lè)舞圖（復(fù)制） 李韻攝/光明圖片

　　“我們監(jiān)測(cè)了115個(gè)莫高窟的洞窟，還接入了敦煌研究院管理的甘肅省內(nèi)榆林窟、西千佛洞、麥積山、炳靈寺和北石窟寺等5處石窟寺的部分?jǐn)?shù)據(jù)。幫助小石窟寺進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警體系維護(hù)和數(shù)據(jù)分析，也是我們做省級(jí)平臺(tái)的意義之一。”王小偉介紹，該項(xiàng)目運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感器等技術(shù)，將敦煌研究院所轄六處石窟寺的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并將氣象局、地震局等專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)警納入系統(tǒng)，為石窟寺的預(yù)防性保護(hù)和搶救性保護(hù)、旅游開(kāi)放等工作提供數(shù)據(jù)支持。

　　除了常見(jiàn)的二氧化碳濃度和相對(duì)濕度，他們還對(duì)洞窟中的VOC進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（VOC指揮發(fā)性有機(jī)化合物，香水中多含。）雖然香水對(duì)洞窟是否會(huì)造成影響，尚未形成定論，但提前積累數(shù)據(jù)，可以未雨綢繆。

　　除了人的行為、自然氣候可能對(duì)石窟造成影響，動(dòng)植物及微生物也會(huì)影響到石窟安全。

　　走進(jìn)敦煌研究院保護(hù)研究所生物實(shí)驗(yàn)室，只見(jiàn)架子上碼著一排透明瓶子，瓶中泡著蛇、蜘蛛、蜥蜴等動(dòng)物。為何要收集這些標(biāo)本？它們與石窟又有何關(guān)系？記者仔細(xì)端詳，瓶子上的標(biāo)簽顯示，這些小動(dòng)物采集自各石窟。敦煌研究院館員賀東鵬解釋，鳥(niǎo)類、昆蟲(chóng)、鼠類等動(dòng)物進(jìn)入洞窟做窩、排泄、抓撓；植物根系、枝條生長(zhǎng)進(jìn)入壁畫(huà)結(jié)構(gòu)體內(nèi)；微生物滋生、侵蝕等，都會(huì)對(duì)壁畫(huà)造成破壞，因此要進(jìn)行防治。

　　實(shí)驗(yàn)室的一角，一個(gè)盒子里有許多密密麻麻的黑點(diǎn)在動(dòng)，走近一看竟然是甲蟲(chóng)?！斑@是我們?yōu)榱搜芯筐B(yǎng)的當(dāng)?shù)財(cái)M步甲科的昆蟲(chóng)。前幾年降雨增多，這種昆蟲(chóng)大量繁殖，少量爬進(jìn)了洞窟。目前，通過(guò)化學(xué)藥劑殺滅、布設(shè)陷阱，盡量把它們的種群數(shù)量控制在合理范圍內(nèi)?！辟R東鵬向記者解釋道。

　　來(lái)到敦煌研究院應(yīng)急指揮中心，又是一塊碩大的屏幕，不同區(qū)塊分布不同的監(jiān)控畫(huà)面，既有門(mén)前杳無(wú)人跡的非開(kāi)放洞窟，也有熙熙攘攘、攜家?guī)Э诘挠慰?，還有麥積山等石窟的值班室畫(huà)面，如同請(qǐng)來(lái)“千眼觀音”坐鎮(zhèn)。

　　敦煌積極開(kāi)展“平安石窟”建設(shè)，今年五月，莫高窟安防升級(jí)改造工程完成初驗(yàn)，一院六地石窟安防系統(tǒng)的全面聯(lián)通，在石窟寺上方罩起越織越密的“金鐘罩”。

　　“莫高窟本地有780多個(gè)攝像頭，聯(lián)動(dòng)榆林窟等其他5處石窟共有超1300路視頻圖像。”敦煌研究院保衛(wèi)處副處長(zhǎng)張帥介紹，保衛(wèi)處嚴(yán)格執(zhí)行24小時(shí)雙人雙崗值班，有人靠近禁區(qū)觸發(fā)警報(bào)后，將立刻派出無(wú)人機(jī)或車輛和人員，“窟區(qū)兩三分鐘就可以到現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)的地方五六分鐘?！睆垘涀院赖卣f(shuō)，“保守地說(shuō)，我們的安防系統(tǒng)應(yīng)該可以在全國(guó)文物系統(tǒng)排前五?！蔽磥?lái)，敦煌研究院還希望申請(qǐng)成為全省的文物安全培訓(xùn)基地，向更多文保單位推廣先進(jìn)的安防經(jīng)驗(yàn)。

莫高窟148窟壁畫(huà)數(shù)字化采集現(xiàn)場(chǎng)。敦煌研究院供圖

　　安全保障體系，除了守護(hù)文物安全，同時(shí)還能守護(hù)游客和職工的安全?！拔覀儗F(xiàn)有的安防、消防、電氣線路系統(tǒng)等都集成到數(shù)字孿生模型上，便于內(nèi)部的隱患排查、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控?！?/p>

　　安防系統(tǒng)還接入了院內(nèi)監(jiān)測(cè)中心、游客預(yù)約系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)與酒泉市消防支隊(duì)、敦煌市公安局共享，“盡量不做信息孤島”。系統(tǒng)升級(jí)后，民警因游客走失、遺失物品來(lái)查監(jiān)控的效率大大提升，“從原來(lái)的三四小時(shí)，到現(xiàn)在最快五分鐘就能解決問(wèn)題?！睆垘浾f(shuō)。

　　實(shí)驗(yàn)鍛造“護(hù)身符”

　　一臺(tái)電腦顯示屏上，數(shù)字化模擬復(fù)原的莫高窟254窟壁畫(huà)“薩埵太子本生”，如同剛剛繪制成，艷麗明亮，與斑駁黯淡、飽經(jīng)滄桑的原始壁畫(huà)形成鮮明對(duì)比。敦煌研究院副研究館員柴勃隆介紹，這是莫高窟首幅用多光譜技術(shù)復(fù)原的壁畫(huà)。在紫外光、紅外光下，肉眼看不到的壁畫(huà)線條、有機(jī)顏料使用位置等細(xì)節(jié)都浮現(xiàn)出來(lái)，如同人民幣在紫外線下會(huì)呈現(xiàn)防偽標(biāo)識(shí)一般。運(yùn)用多光譜技術(shù)，最終可以對(duì)壁畫(huà)顏料層及繪畫(huà)技法進(jìn)行“科學(xué)”而非主觀的復(fù)原，還原到壁畫(huà)最初創(chuàng)作時(shí)的模樣。而且這種方式是無(wú)損的、非接觸的，不會(huì)對(duì)壁畫(huà)造成損害。

　　柴勃隆指著屏幕上285窟中“五百?gòu)?qiáng)盜成佛姻緣故事”的圖像說(shuō)：“其實(shí)古人當(dāng)時(shí)畫(huà)了許多精彩的細(xì)節(jié)，比如紫外線下，噴射的血跡都依稀可辨。還能看到古人繪畫(huà)時(shí)的修改痕跡，比如254窟壁畫(huà)中，老虎尾巴的位置就被修改過(guò)?！彼d致勃勃地分享。

　　此外，多光譜也可以幫助辨別壁畫(huà)中不同顏料的分布位置?！昂枚嘧兩谋诋?huà)我們看到都是黑色的，但變黑前它們到底是什么顏料？通過(guò)對(duì)比顏料多光譜圖像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，就可以探明它們的真身，是鉛丹還是靛藍(lán)等?！?/p>

　　跟隨穿著白大褂的科研人員，記者穿行于敦煌研究院保護(hù)研究所的各實(shí)驗(yàn)室之間，形形色色的儀器與設(shè)備叫人目不暇接。墻上的一幅幅海報(bào)，記錄著敦煌研究院在科研上的累累碩果。

　　敦煌石窟的壁畫(huà)用了哪些制作材料和工藝？如何防止壁畫(huà)發(fā)霉？如何將壁畫(huà)原位保護(hù)？……敦煌壁畫(huà)塵封千年的秘密，在掃描電子顯微鏡、拉曼光譜、X射線熒光光譜等現(xiàn)代科技襄助下，逐漸找到答案。

　　走進(jìn)高約兩層樓、占地三千多平方米的國(guó)內(nèi)首座文物保護(hù)領(lǐng)域的多場(chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)室，能于一時(shí)一地目睹一年四季：冬季倉(cāng)中，來(lái)自鎖陽(yáng)城遺址的樣本上覆蓋著皚皚白雪；風(fēng)雨倉(cāng)中，來(lái)自慶陽(yáng)北石窟寺的樣本經(jīng)歷著“風(fēng)吹雨打”；夏季倉(cāng)中，取自秦東陵遺址的樣本最為“滄?！保砻娴牧芽p已如溝壑縱橫。“這個(gè)樣品已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)完整年周期的加速模擬。最開(kāi)始它的表面是比較平整光滑的，經(jīng)歷了一個(gè)年周期的降雪、降雨、風(fēng)化過(guò)程后，它已經(jīng)有了一些比較明顯的病害發(fā)育?！倍鼗脱芯吭罕Ｗo(hù)研究所副研究館員張博介紹，這些樣本并非取自遺址本體，而是使用遺址周邊原狀樣品，或用傳統(tǒng)工藝制成的。

　　多場(chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)室具有時(shí)間可控、精度可調(diào)、可進(jìn)行多場(chǎng)耦合模擬、足尺樣品模擬等優(yōu)勢(shì)。這里可以在短時(shí)間內(nèi)，模擬不可移動(dòng)文物經(jīng)歷多種不同自然條件“摧殘”后的模樣，為保護(hù)工藝和材料的使用、研發(fā)提供數(shù)據(jù)，揭示土遺址“生病”的原因。三個(gè)倉(cāng)體配合使用，可以模擬從零下30℃到60℃的溫度，從10%至90%的相對(duì)濕度，以及風(fēng)、雨、雪、日照等一年四季土遺址所在地域的各種氣候條件。

　　在多場(chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)室中，時(shí)間可以被“加速”?！跋窀珊淡h(huán)境，四五十天左右就能夠模擬完一個(gè)年周期。”張博表示，未來(lái)還有望進(jìn)一步優(yōu)化、壓縮這一模擬過(guò)程。

壁畫(huà)修復(fù)師正在修復(fù)莫高窟55窟壁畫(huà)。王笑妃攝/光明圖片

　　敦煌研究院副院長(zhǎng)郭青林說(shuō)：“我認(rèn)為沒(méi)有不好的材料，只有不好的使用環(huán)境和方法。就像人治病，哪個(gè)處方有效，需要不斷通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證?！倍鄨?chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)室就是模擬各種“病癥”，試驗(yàn)“藥方”的有效性?！拔覀兛梢栽趯?shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證學(xué)者最新研究成果的可行性；材料研發(fā)出來(lái)后，我們還可以給保護(hù)工藝、材料開(kāi)出一個(gè)詳細(xì)的使用說(shuō)明書(shū)，比如它們適用哪些遺址？具體應(yīng)該怎樣用？”張博介紹，像敦煌研究院自主研發(fā)的PS材料，就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究出它針對(duì)哪些降雨強(qiáng)度加固效果較好。

　　數(shù)字開(kāi)啟“永生路”

　　走進(jìn)正在進(jìn)行數(shù)字化采集的莫高窟351窟，頓覺(jué)溫度驟降，因此即使窟外三十多攝氏度，在陰冷洞窟一扎就是一整天的采集人員，也要裹著厚厚的外套?？邇?nèi)，彩塑佛像垂眉，與鋼架上的采集設(shè)備面面相對(duì)。千年時(shí)光，于此刻凝固在“賽博”空間。

　　“針對(duì)狹窄空間，我們定制了可以任意組裝拆卸的采集設(shè)備；針對(duì)大型空間，我們研發(fā)了自動(dòng)化采集設(shè)備?！倍鼗蛿?shù)字化工作團(tuán)隊(duì)工作人員路育成介紹。

　　“機(jī)器之用，物化之學(xué)，工之智也?！币淮そ秤幸淮そ车闹腔?。古代的工匠和畫(huà)師，開(kāi)鑿洞窟，勾描壁畫(huà)，為我們留下寶貴的敦煌文化；今日敦煌研究院的數(shù)字化團(tuán)隊(duì)，則以數(shù)字技術(shù)助力敦煌永生。從20世紀(jì)90年代起，敦煌研究院開(kāi)始數(shù)字化探索，“數(shù)字敦煌”建設(shè)不斷攀登新的高峰。

　　路育成介紹，目前，“數(shù)字敦煌”已采集290個(gè)洞窟，采集面積2.6萬(wàn)平方米，全景漫游節(jié)目制作洞窟172個(gè)，石窟空間結(jié)構(gòu)掃描洞窟206個(gè)，彩塑三維重建44身，數(shù)字化掃描歷史檔案底片42134張，并為新疆、西藏等9省區(qū)市近20處文物保護(hù)單位提供了數(shù)字化技術(shù)支撐。

　　2022年，“數(shù)字敦煌”入選世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)“攜手構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體精品案例”?！霸谌?00多個(gè)案例中，我們是唯一入選的文博單位?！倍鼗脱芯吭涸洪L(zhǎng)蘇伯民驕傲地說(shuō)。

　　百尺高樓從地起，世上無(wú)一蹴即成之事。這樣的成績(jī)，背后是采集人員長(zhǎng)年累月的默默耕耘。以351窟為例，窟中壁畫(huà)的表面積約為400多平方米，8位工作人員需花費(fèi)100多個(gè)工作日采集數(shù)據(jù)，后期圖像拼接還需三四個(gè)月。

　　走進(jìn)圖像處理加工辦公室，屋里十分靜謐，只有鼠標(biāo)點(diǎn)擊的聲音。數(shù)字化團(tuán)隊(duì)的成員們，如窗外的銀白楊一般，安靜又堅(jiān)定。在洞窟里完成數(shù)字化采集之后，要在這里進(jìn)行圖像的拼接與定位糾正、彩塑和洞窟空間結(jié)構(gòu)三維重建等處理。就是這些人在電腦前，日復(fù)一日、年復(fù)一年地拼接一張張圖片，如搭積木般，搭建起數(shù)字世界里絢麗的敦煌。

2020年，我國(guó)首座文化遺產(chǎn)保護(hù)多場(chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)室正式投入使用。敦煌研究院供圖

　　“一人一天只能拼接二三十張圖片，而一個(gè)壁面往往就有上千張圖片。并且我們要進(jìn)行兩遍復(fù)查修改，確保壁畫(huà)的形變控制在毫米級(jí)。”路育成介紹，“不過(guò)我們正在研發(fā)自動(dòng)拼接技術(shù)，未來(lái)有望大大提升拼接效率?！?/p>

　　數(shù)字化團(tuán)隊(duì)成員年海霞，正對(duì)著電腦拼接圖片。記者在邊上旁觀一會(huì)兒，便感到了這一工作的重復(fù)與枯燥：“您會(huì)覺(jué)得工作乏味嗎？”她輕輕搖了搖頭，綻出一個(gè)靦腆的笑說(shuō)：“壁畫(huà)本來(lái)色彩就比較豐富，我每天看到的壁畫(huà)又是不同的。雖然我是學(xué)計(jì)算機(jī)的，但自己也會(huì)去網(wǎng)上搜索了解壁畫(huà)背后的故事。”

　　路育成從事數(shù)字化工作十余年了，他坦誠(chéng)地說(shuō)，“前兩年可能覺(jué)得枯燥，但是做了三四年，沉下心來(lái)了，自己也覺(jué)得是為后人留下歷史的檔案，很有意義。”

　　數(shù)字敦煌，不僅為了永久保存敦煌的文化遺產(chǎn)，而且為了讓全民、全世界共享敦煌寶庫(kù)內(nèi)的資源。敦煌研究院一直積極推進(jìn)數(shù)字化資源成果的轉(zhuǎn)化利用，讓全世界人都可以在云端欣賞敦煌文化。

　　2022年，全球首個(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字文化遺產(chǎn)開(kāi)放共享平臺(tái)“數(shù)字敦煌·開(kāi)放素材庫(kù)”上線，來(lái)自莫高窟等石窟遺址及藏經(jīng)洞文獻(xiàn)的21類壁畫(huà)專題、首批6500余份高清數(shù)字資源檔案向全球開(kāi)放。

　　“以前國(guó)際敦煌學(xué)界的國(guó)際敦煌項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，只是把照片原原本本放上去，我們的敦煌遺書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)則充分發(fā)揮了專家資源優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)充了遺書(shū)全文錄文。”蘇伯民表示，敦煌研究院還在和英國(guó)、俄羅斯等國(guó)家協(xié)作，達(dá)成數(shù)字資源共享，推動(dòng)海外敦煌文物的數(shù)字化回歸。

　　敦煌研究院也在不斷探索以最新科技，為敦煌數(shù)字化資源找到更好玩、更有趣、更活潑的活化利用方式。從疫情期間推出的“云游敦煌”小程序，到今年發(fā)布的超時(shí)空參與式博物館“數(shù)字藏經(jīng)洞”，都獲得了很高的點(diǎn)擊量?！拔磥?lái)，希望讓人們?cè)谑謾C(jī)上就能很輕松地觸及敦煌，比如利用VR等技術(shù)，也許將來(lái)人們坐在家中，就可以進(jìn)入莫高窟每一個(gè)洞窟參觀游覽?！碧K伯民笑著說(shuō)。