地质问题的研究为龙门石窟接下来的科技保护工作奠定了坚实基础

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新中国成立以后,在党和政府的高度重视下,龙门石窟开启了真正意义上的科技保护。龙门石窟的保护大致经历了成立保护管理机构、石窟抢险加固
、石窟综合治理工程
、申报世界文化遗产至今等四个阶段,科技的应用与创新则贯穿始终。主要开展的科技保护工作有如下七个方面:

科技保护应用的起步——石窟地质调查
新中国成立以后,虽然经济困难,但龙门石窟已经引入了科技力量,来研究基本地质问题。1960年文化部古代建筑修整所请北京地质大学苏良赫、王大纯教授到龙门石窟进行地质调查;六十年代中国地质大学的潘别桐教授带领他的研究生对龙门石窟作了较为详细的地质调查。1961年国家科委将龙门石窟的“石窟围岩崩塌、雕刻品风化、洞窟漏水”三大地质病害列入十年科研规划。地质问题的研究为龙门石窟接下来的科技保护工作奠定了坚实基础。

环氧树脂灌浆加固技术的研发——石窟抢险加固的关键技术
20世纪七十年代,石窟抢险加固工作迫在眉睫。当时,国内还没有石灰岩石窟加固的成熟方法和先例,为了解决这一难题,围绕奉先寺造像抢险加固工程,开始加固材料和技术研究,在当时中国文物研究所专家的指导下,通过多次试验,最终确定了“环氧树脂灌浆锚杆加固技术”,这一技术的应用,不但成功完成了奉先寺造像加固保护工作,还为龙门石窟未来加固保护工作提供了坚强的技术支撑,也为以后环氧树脂灌浆加固技术在全国石窟寺加固保护工作中的推广应用奠定了基础。1978年,“环氧树脂灌浆加固围岩技术”获全国科学大会成果奖。

奉先寺大像龛“环氧树脂灌浆加固围岩技术”修复前后对比

灌浆堵漏材料的发展——石窟水害治理的重大突破
20世纪八十年代,龙门石窟研究所针对如何在潮湿环境下进行灌浆堵漏,治理石窟水害问题,连续开展了试验研究。借鉴石窟加固技术取得的经验,经过几年的探索,“改性环氧树脂灌浆材料”研究取得成功,加上在技术上又创新性地使用了压力灌浆,很快就解决了困扰石窟保护工作者多年的洞窟水害治理难题。龙门石窟主要洞窟的水害,经过这种方法治理以后,取得了良好的成效。

然而,到本世纪初,经过十多年的考验,原来经过治理的洞窟又逐渐开始漏水。经过分析研究,专家一致认为:有机灌浆材料存在老化速度快、寿命短的问题。针对这一缺陷,在2002年开始实施的“联合国教科文组织龙门石窟保护修复工程”中,龙门石窟研究院和中国文化遗产研究院、中国地质大学开展合作,对灌浆材料防渗材料性能和施工工艺进行研究。经过对几种材料进行室内试验和现场灌浆对比研究,最终由中国和日本联合组成的项目专家组确定采用超细水泥作为灌浆材料。

新型无机灌浆堵漏材料研究和现场试验

但实践中发现超细水泥灌浆存在流动性差、易泛碱等问题。为了解决这一问题,2013年开始,龙门石窟研究院与中国地质大学合作,开展“超细水泥灌浆材料改性研究”,在国内首次研发出新型无机灌浆堵漏材料并通过专家论证。该无机灌浆材料弥补了超细水泥存在的流动性差和易泛碱等缺陷,在接下来进行的擂鼓台、潜溪寺和万佛洞区域水害治理工程施工中,应用这种新型无机材料,采用压力灌浆,取得了良好效果,得到了国内石窟界的认可,下一步准备申请国家专利,使其能够更加广泛应用于国内其它石窟的渗漏水治理保护中,为解决石灰岩石窟水害问题提供行之有效的方法。

擂鼓台水害治理现场

修复技术的革新与进步——石窟的保护修复
龙门石窟受烟熏危害比较普遍,许多洞窟表面漆黑一片,极大地破坏了石窟的艺术价值,是石窟保护工作者多年来的一块心病。但是,受制于技术落后,这一问题一直没有解决。1999年,龙门石窟研究所开展国家文物局立项课题“洞窟表面烟熏渍的清洗方法研究”,经过1年多的努力,成功解决了这一技术难题,使石窟焕发出昔日的光彩。2006年进行的中国和意大利合作“龙门石窟双窑保护修复工程”,也是龙门石窟应用科技修复洞窟成功的典范。工程中针对龙门石窟病害特征研究使用的保护材料、清洗材料和清洗方法等,可以说是对石灰岩石窟修复开出的专门药方。这是龙门石窟历史上首次全面进行的洞窟综合性保护修复,取得了开创性的成就,其所研究应用的材料和技术方法,是一次全面进步,为龙门石窟今后开展洞窟保护修复奠定了基础,指明了方向。

石窟防风化的研究——延缓石窟的衰老
20世纪九十年代起,石窟防风化逐渐受到人们的重视,龙门石窟也开始实验研究有机硅树脂、丙烯酸树脂材料的防风化加固作用。经过反复试验,这类材料在露天环境下老化周期短,一个月左右就失去防水性能,而长期使用对文物有无损害也没有定论,因此,龙门石窟逐步放弃了使用这类材料进行防风化保护,转而进行石窟的风化机理研究,力图从根本上研究解决石窟风化的方法。近年来陆续开展了与石窟防风化相关的课题研究,一是国家自然科学基金课题《凝结水在石灰岩表面形成机制的研究》,二是国家文物局课题《碳酸盐石质文物劣化定量分析与评价系统研究》,三是《龙门石窟灰岩损伤机理及防治技术研究》。通过上述工作的开展,防风化研究取得了初步的成果。

开展预防性保护——石窟监测预警体系建设
2013年,龙门石窟研究院抢抓机遇,通过主动融入,努力争取,到2017年分四期建成了世界遗产监测预警体系。该体系利用现代科技手段,对龙门石窟区域环境和文物本体病害进行定量或定性监测。通过监测,可以实现对保护工程施工效果、危岩体稳定性和环境基本状况的科学评估;探索研究环境对石窟影响的监测预警值,实现对水害和风化的预防性保护。这些成果的产出,必将从全新的角度提升龙门石窟科技保护工作的含金量。

龙门石窟世界遗产监测体系布局图

三维数字技术——新兴科技在石窟保护中的应用
龙门石窟研究院从2005年开始就启动了“龙门石窟三维数字化工程”,至今已完成绝大多数窟龛的数据采集工作,建立了石窟三维数据库,对部分洞窟进行了三维建模和效果的应用展示并制定了文物系统第一个省级地方标准《石窟文物三维数字化技术规范》,已经具备了建立龙门石窟数字档案的基础条件。三维数字化的建立,一是为石窟文物建立数字档案,实现文物资源的高精度、科学性和永久性保存;二是为石窟文物本体的保护研究提供准确和详细的记录,助力石窟保护研究工作;三是为遗产深度展示和文化衍生品的研发提供数据支持,可以通过现代科技手段让文物活起来,更好地为“文旅融合”发展提供服务。

从龙门石窟保护的历程来看,科技是保护工作不断向前推进的动力和源泉,是保护工作的灵魂。伴随着一个个科技成果出现,龙门石窟基本解决了抢险加固问题,有效遏制了水害的发展。石窟监测预警工作的开展和三维数字的应用,使石窟保护工作又跃上了一个新的更高的平台。科技在保护中扮演者着越来越重要的角色,如果说过去龙门石窟的保护是依靠科技的进步,那么未来龙门石窟的保护就要以科技为主导。

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学术动态 龙门石窟保护中的科技应用 发布时间:2019-11-11

新中国成立以后,在党和政府的高度重视下,龙门石窟开启了真正意义上的科技保护。龙门石窟的保护大致经历了成立保护管理机构、石窟抢险加固
、石窟综合治理工程
、申报世界文化遗产至今等四个阶段,科技的应用与创新则贯穿始终。主要开展的科技保护工作有如下七个方面:

科技保护应用的起步——石窟地质调查
新中国成立以后,虽然经济困难,但龙门石窟已经引入了科技力量,来研究基本地质问题。1960年文化部古代建筑修整所请北京地质大学苏良赫、王大纯教授到龙门石窟进行地质调查;六十年代中国地质大学的潘别桐教授带领他的研究生对龙门石窟作了较为详细的地质调查。1961年国家科委将龙门石窟的“石窟围岩崩塌、雕刻品风化、洞窟漏水”三大地质病害列入十年科研规划。地质问题的研究为龙门石窟接下来的科技保护工作奠定了坚实基础。

环氧树脂灌浆加固技术的研发——石窟抢险加固的关键技术
20世纪七十年代,石窟抢险加固工作迫在眉睫。当时,国内还没有石灰岩石窟加固的成熟方法和先例,为了解决这一难题,围绕奉先寺造像抢险加固工程,开始加固材料和技术研究,在当时中国文物研究所专家的指导下,通过多次试验,最终确定了“环氧树脂灌浆锚杆加固技术”,这一技术的应用,不但成功完成了奉先寺造像加固保护工作,还为龙门石窟未来加固保护工作提供了坚强的技术支撑,也为以后环氧树脂灌浆加固技术在全国石窟寺加固保护工作中的推广应用奠定了基础。1978年,“环氧树脂灌浆加固围岩技术”获全国科学大会成果奖。

奉先寺大像龛“环氧树脂灌浆加固围岩技术”修复前后对比

灌浆堵漏材料的发展——石窟水害治理的重大突破
20世纪八十年代,龙门石窟研究所针对如何在潮湿环境下进行灌浆堵漏,治理石窟水害问题,连续开展了试验研究。借鉴石窟加固技术取得的经验,经过几年的探索,“改性环氧树脂灌浆材料”研究取得成功,加上在技术上又创新性地使用了压力灌浆,很快就解决了困扰石窟保护工作者多年的洞窟水害治理难题。龙门石窟主要洞窟的水害,经过这种方法治理以后,取得了良好的成效。

然而,到本世纪初,经过十多年的考验,原来经过治理的洞窟又逐渐开始漏水。经过分析研究,专家一致认为:有机灌浆材料存在老化速度快、寿命短的问题。针对这一缺陷,在2002年开始实施的“联合国教科文组织龙门石窟保护修复工程”中,龙门石窟研究院和中国文化遗产研究院、中国地质大学开展合作,对灌浆材料防渗材料性能和施工工艺进行研究。经过对几种材料进行室内试验和现场灌浆对比研究,最终由中国和日本联合组成的项目专家组确定采用超细水泥作为灌浆材料。

新型无机灌浆堵漏材料研究和现场试验

但实践中发现超细水泥灌浆存在流动性差、易泛碱等问题。为了解决这一问题,2013年开始,龙门石窟研究院与中国地质大学合作,开展“超细水泥灌浆材料改性研究”,在国内首次研发出新型无机灌浆堵漏材料并通过专家论证。该无机灌浆材料弥补了超细水泥存在的流动性差和易泛碱等缺陷,在接下来进行的擂鼓台、潜溪寺和万佛洞区域水害治理工程施工中,应用这种新型无机材料,采用压力灌浆,取得了良好效果,得到了国内石窟界的认可,下一步准备申请国家专利,使其能够更加广泛应用于国内其它石窟的渗漏水治理保护中,为解决石灰岩石窟水害问题提供行之有效的方法。

擂鼓台水害治理现场

修复技术的革新与进步——石窟的保护修复
龙门石窟受烟熏危害比较普遍,许多洞窟表面漆黑一片,极大地破坏了石窟的艺术价值,是石窟保护工作者多年来的一块心病。但是,受制于技术落后,这一问题一直没有解决。1999年,龙门石窟研究所开展国家文物局立项课题“洞窟表面烟熏渍的清洗方法研究”,经过1年多的努力,成功解决了这一技术难题,使石窟焕发出昔日的光彩。2006年进行的中国和意大利合作“龙门石窟双窑保护修复工程”,也是龙门石窟应用科技修复洞窟成功的典范。工程中针对龙门石窟病害特征研究使用的保护材料、清洗材料和清洗方法等,可以说是对石灰岩石窟修复开出的专门药方。这是龙门石窟历史上首次全面进行的洞窟综合性保护修复,取得了开创性的成就,其所研究应用的材料和技术方法,是一次全面进步,为龙门石窟今后开展洞窟保护修复奠定了基础,指明了方向。

石窟防风化的研究——延缓石窟的衰老
20世纪九十年代起,石窟防风化逐渐受到人们的重视,龙门石窟也开始实验研究有机硅树脂、丙烯酸树脂材料的防风化加固作用。经过反复试验,这类材料在露天环境下老化周期短,一个月左右就失去防水性能,而长期使用对文物有无损害也没有定论,因此,龙门石窟逐步放弃了使用这类材料进行防风化保护,转而进行石窟的风化机理研究,力图从根本上研究解决石窟风化的方法。近年来陆续开展了与石窟防风化相关的课题研究,一是国家自然科学基金课题《凝结水在石灰岩表面形成机制的研究》,二是国家文物局课题《碳酸盐石质文物劣化定量分析与评价系统研究》,三是《龙门石窟灰岩损伤机理及防治技术研究》。通过上述工作的开展,防风化研究取得了初步的成果。

开展预防性保护——石窟监测预警体系建设
2013年,龙门石窟研究院抢抓机遇,通过主动融入,努力争取,到2017年分四期建成了世界遗产监测预警体系。该体系利用现代科技手段,对龙门石窟区域环境和文物本体病害进行定量或定性监测。通过监测,可以实现对保护工程施工效果、危岩体稳定性和环境基本状况的科学评估;探索研究环境对石窟影响的监测预警值,实现对水害和风化的预防性保护。这些成果的产出,必将从全新的角度提升龙门石窟科技保护工作的含金量。

龙门石窟世界遗产监测体系布局图

三维数字技术——新兴科技在石窟保护中的应用
龙门石窟研究院从2005年开始就启动了“龙门石窟三维数字化工程”,至今已完成绝大多数窟龛的数据采集工作,建立了石窟三维数据库,对部分洞窟进行了三维建模和效果的应用展示并制定了文物系统第一个省级地方标准《石窟文物三维数字化技术规范》,已经具备了建立龙门石窟数字档案的基础条件。三维数字化的建立,一是为石窟文物建立数字档案,实现文物资源的高精度、科学性和永久性保存;二是为石窟文物本体的保护研究提供准确和详细的记录,助力石窟保护研究工作;三是为遗产深度展示和文化衍生品的研发提供数据支持,可以通过现代科技手段让文物活起来,更好地为“文旅融合”发展提供服务。

从龙门石窟保护的历程来看,科技是保护工作不断向前推进的动力和源泉,是保护工作的灵魂。伴随着一个个科技成果出现,龙门石窟基本解决了抢险加固问题,有效遏制了水害的发展。石窟监测预警工作的开展和三维数字的应用,使石窟保护工作又跃上了一个新的更高的平台。科技在保护中扮演者着越来越重要的角色,如果说过去龙门石窟的保护是依靠科技的进步,那么未来龙门石窟的保护就要以科技为主导。

作者:余江宁 文章出处:“文博中国”公众号

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