現代科技守護古老敦煌

八月初，記者走進莫高窟351窟。狹窄的洞窟裏搭起了架子和採集設備，敦煌研究院數字化團隊正進行數字化採集。眼前古老的洞窟，將被定格在此刻，在數字世界中獲得“永生”。

現代科技，一邊幫助彩塑與壁畫“賽博永生”，一邊為古老敦煌“祛病延年”。近年來，敦煌研究院在科研方面的“硬實力”有目共睹：多項文物保護科技成果入選國家“十三五”科技創新成就展，聯合其他機構成立了我國首個，也是目前唯一的國家古代壁畫保護工程技術研究中心，承接了多項國家重點文物保護項目，還走出國門，為吉爾吉斯斯坦、緬甸等“一帶一路”沿線國家的文化遺産保護提供技術支撐和中國方案。未來，敦煌研究院還有望組建國家重點實驗室。

科技織就“金鐘罩”

敦煌研究院石窟監測中心主任王小偉的身後，是一塊大螢幕，上面列滿實時更新的數據，科技感十足：石窟寺天氣實況、預警、實時遊客量、文物保護工作現狀……監測範圍涵蓋莫高窟的大環境、微環境，以及崖體、洞窟本體，還包括展館、遊客、工作等情況，可謂一室之內石窟動態盡在掌握。

2022年，在莫高窟監測預警系統的基礎上，敦煌研究院啟動了甘肅省石窟寺監測預警系統（第一期）項目。

“我們監測了115個莫高窟的洞窟，還接入了敦煌研究院管理的甘肅省內榆林窟、西千佛洞、麥積山、炳靈寺和北石窟寺等5處石窟寺的部分數據。幫助小石窟寺進行監測預警體系維護和數據分析，也是我們做省級平臺的意義之一。”王小偉介紹，該項目運用物聯網、無線感測器等技術，將敦煌研究院所轄六處石窟寺的監測預警工作有機結合起來，並將氣象局、地震局等專業機構預警納入系統，為石窟寺的預防性保護和搶救性保護、旅遊開放等工作提供數據支援。

除了常見的二氧化碳濃度和相對濕度，他們還對洞窟中的VOC進行監測。（VOC指揮發性有機化合物，香水中多含。）雖然香水對洞窟是否會造成影響，尚未形成定論，但提前積累數據，可以未雨綢繆。

除了人的行為、自然氣候可能對石窟造成影響，動植物及微生物也會影響到石窟安全。

走進敦煌研究院保護研究所生物實驗室，只見架子上碼著一排透明瓶子，瓶中泡著蛇、蜘蛛、蜥蜴等動物。為何要收集這些標本？它們與石窟又有何關係？記者仔細端詳，瓶子上的標簽顯示，這些小動物採集自各石窟。敦煌研究院館員賀東鵬解釋，鳥類、昆蟲、鼠類等動物進入洞窟做窩、排泄、抓撓；植物根系、枝條生長進入壁畫結構體內；微生物滋生、侵蝕等，都會對壁畫造成破壞，因此要進行防治。

實驗室的一角，一個盒子裏有許多密密麻麻的黑點在動，走近一看竟然是甲蟲。“這是我們為了研究養的當地擬步甲科的昆蟲。前幾年降雨增多，這種昆蟲大量繁殖，少量爬進了洞窟。目前，通過化學藥劑殺滅、布設陷阱，儘量把它們的種群數量控制在合理範圍內。”賀東鵬向記者解釋道。

來到敦煌研究院應急指揮中心，又是一塊碩大的螢幕，不同區塊分佈不同的監控畫面，既有門前杳無人跡的非開放洞窟，也有熙熙攘攘、攜家帶口的遊客，還有麥積山等石窟的值班室畫面，如同請來“千眼觀音”坐鎮。

敦煌積極開展“平安石窟”建設，今年五月，莫高窟安防升級改造工程完成初驗，一院六地石窟安防系統的全面聯通，在石窟寺上方罩起越織越密的“金鐘罩”。

“莫高窟本地有780多個攝像頭，聯動榆林窟等其他5處石窟共有超1300路視頻圖像。”敦煌研究院保衛處副處長張帥介紹，保衛處嚴格執行24小時雙人雙崗值班，有人靠近禁區觸發警報後，將立刻派出無人機或車輛和人員，“窟區兩三分鐘就可以到現場，遠的地方五六分鐘。”張帥自豪地説，“保守地説，我們的安防系統應該可以在全國文物系統排前五。”未來，敦煌研究院還希望申請成為全省的文物安全培訓基地，向更多文保單位推廣先進的安防經驗。

安全保障體系，除了守護文物安全，同時還能守護遊客和職工的安全。“我們將現有的安防、消防、電氣線路系統等都整合到數字孿生模型上，便於內部的隱患排查、風險分級管控。”

安防系統還接入了院內監測中心、遊客預約系統等的數據，並且數據與酒泉市消防支隊、敦煌市公安局共用，“儘量不做資訊孤島”。系統升級後，民警因遊客走失、遺失物品來查監控的效率大大提升，“從原來的三四小時，到現在最快五分鐘就能解決問題。”張帥説。

實驗鍛造“護身符”

一台電腦顯示屏上，數字化模擬復原的莫高窟254窟壁畫“薩埵太子本生”，如同剛剛繪製成，艷麗明亮，與斑駁黯淡、飽經滄桑的原始壁畫形成鮮明對比。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復原的壁畫。在紫外光、紅外光下，肉眼看不到的壁畫線條、有機顏料使用位置等細節都浮現出來，如同人民幣在紫外線下會呈現防偽標識一般。運用多光譜技術，最終可以對壁畫顏料層及繪畫技法進行“科學”而非主觀的復原，還原到壁畫最初創作時的模樣。而且這種方式是無損的、非接觸的，不會對壁畫造成損害。

柴勃隆指著螢幕上285窟中“五百強盜成佛姻緣故事”的圖像説：“其實古人當時畫了許多精彩的細節，比如紫外線下，噴射的血跡都依稀可辨。還能看到古人繪畫時的修改痕跡，比如254窟壁畫中，老虎尾巴的位置就被修改過。”他興致勃勃地分享。

此外，多光譜也可以幫助辨別壁畫中不同顏料的分佈位置。“好多變色的壁畫我們看到都是黑色的，但變黑前它們到底是什麼顏料？通過對比顏料多光譜圖像標準數據庫，就可以探明它們的真身，是鉛丹還是靛藍等。”

跟隨穿著白大褂的科研人員，記者穿行于敦煌研究院保護研究所的各實驗室之間，形形色色的儀器與設備叫人目不暇接。墻上的一幅幅海報，記錄著敦煌研究院在科研上的纍纍碩果。

敦煌石窟的壁畫用了哪些製作材料和工藝？如何防止壁畫發黴？如何將壁畫原位保護？……敦煌壁畫塵封千年的秘密，在掃描電子顯微鏡、拉曼光譜、X射線熒光光譜等現代科技襄助下，逐漸找到答案。

走進高約兩層樓、佔地三千多平方米的國內首座文物保護領域的多場耦合實驗室，能于一時一地目睹一年四季：冬季倉中，來自鎖陽城遺址的樣本上覆蓋著皚皚白雪；風雨倉中，來自慶陽北石窟寺的樣本經歷著“風吹雨打”；夏季倉中，取自秦東陵遺址的樣本最為“滄桑”，表面的裂縫已如溝壑縱橫。“這個樣品已經經歷了一個完整年週期的加速模擬。最開始它的表面是比較平整光滑的，經歷了一個年週期的降雪、降雨、風化過程後，它已經有了一些比較明顯的病害發育。”敦煌研究院保護研究所副研究館員張博介紹，這些樣本並非取自遺址本體，而是使用遺址周邊原狀樣品，或用傳統工藝製成的。

多場耦合實驗室具有時間可控、精度可調、可進行多場耦合模擬、足尺樣品模擬等優勢。這裡可以在短時間內，模擬不可移動文物經歷多種不同自然條件“摧殘”後的模樣，為保護工藝和材料的使用、研發提供數據，揭示土遺址“生病”的原因。三個倉體配合使用，可以模擬從零下30℃到60℃的溫度，從10%至90%的相對濕度，以及風、雨、雪、日照等一年四季土遺址所在地域的各種氣候條件。

在多場耦合實驗室中，時間可以被“加速”。“像乾旱環境，四五十天左右就能夠模擬完一個年週期。”張博表示，未來還有望進一步優化、壓縮這一模擬過程。

敦煌研究院副院長郭青林説：“我認為沒有不好的材料，只有不好的使用環境和方法。就像人治病，哪個處方有效，需要不斷通過模擬實驗來驗證。”多場耦合實驗室就是模擬各種“病症”，試驗“藥方”的有效性。“我們可以在實驗室裏驗證學者最新研究成果的可行性；材料研發出來後，我們還可以給保護工藝、材料開出一個詳細的使用説明書，比如它們適用哪些遺址？具體應該怎樣用？”張博介紹，像敦煌研究院自主研發的PS材料，就是通過實驗研究出它針對哪些降雨強度加固效果較好。

數字開啟“永生路”

走進正在進行數字化採集的莫高窟351窟，頓覺溫度驟降，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採集人員，也要裹著厚厚的外套。窟內，彩塑佛像垂眉，與鋼架上的採集設備面面相對。千年時光，於此刻凝固在“賽博”空間。

“針對狹窄空間，我們定制了可以任意組裝拆卸的採集設備；針對大型空間，我們研發了自動化採集設備。”敦煌數字化工作團隊工作人員路育成介紹。

“機器之用，物化之學，工之智也。”一代工匠有一代工匠的智慧。古代的工匠和畫師，開鑿洞窟，勾描壁畫，為我們留下寶貴的敦煌文化；今日敦煌研究院的數字化團隊，則以數字技術助力敦煌永生。從20世紀90年代起，敦煌研究院開始數字化探索，“數字敦煌”建設不斷攀登新的高峰。

路育成介紹，目前，“數字敦煌”已採集290個洞窟，採集面積2.6萬平方米，全景漫遊節目製作洞窟172個，石窟空間結構掃描洞窟206個，彩塑三維重建44身，數字化掃描歷史檔案底片42134張，併為新疆、西藏等9省區市近20處文物保護單位提供了數字化技術支撐。

2022年，“數字敦煌”入選世界網際網路大會“攜手構建網路空間命運共同體精品案例”。“在全球200多個案例中，我們是唯一入選的文博單位。”敦煌研究院院長蘇伯民驕傲地説。

百尺高樓從地起，世上無一蹴即成之事。這樣的成績，背後是採集人員長年累月的默默耕耘。以351窟為例，窟中壁畫的表面積約為400多平方米，8位工作人員需花費100多個工作日採集數據，後期圖像拼接還需三四個月。

走進圖像處理加工辦公室，屋裏十分靜謐，只有滑鼠點擊的聲音。數字化團隊的成員們，如窗外的銀白楊一般，安靜又堅定。在洞窟裏完成數字化採集之後，要在這裡進行圖像的拼接與定位糾正、彩塑和洞窟空間結構三維重建等處理。就是這些人在電腦前，日復一日、年復一年地拼接一張張圖片，如搭積木般，搭建起數字世界裏絢麗的敦煌。

“一人一天只能拼接二三十張圖片，而一個壁面往往就有上千張圖片。並且我們要進行兩遍復查修改，確保壁畫的形變控制在毫米級。”路育成介紹，“不過我們正在研發自動拼接技術，未來有望大大提升拼接效率。”

數字化團隊成員年海霞，正對著電腦拼接圖片。記者在邊上旁觀一會兒，便感到了這一工作的重復與枯燥：“您會覺得工作乏味嗎？”她輕輕搖了搖頭，綻出一個靦腆的笑説：“壁畫本來色彩就比較豐富，我每天看到的壁畫又是不同的。雖然我是學電腦的，但自己也會去網上搜索了解壁畫背後的故事。”

路育成從事數字化工作十餘年了，他坦誠地説，“前兩年可能覺得枯燥，但是做了三四年，沉下心來了，自己也覺得是為後人留下歷史的檔案，很有意義。”

數字敦煌，不僅為了永久保存敦煌的文化遺産，而且為了讓全民、全世界共用敦煌寶庫內的資源。敦煌研究院一直積極推進數字化資源成果的轉化利用，讓全世界人都可以在雲端欣賞敦煌文化。

2022年，全球首個基於區塊鏈的數字文化遺産開放共用平臺“數字敦煌·開放素材庫”上線，來自莫高窟等石窟遺址及藏經洞文獻的21類壁畫專題、首批6500余份高清數字資源檔案向全球開放。

“以前國際敦煌學界的國際敦煌項目數據庫，只是把照片原原本本放上去，我們的敦煌遺書數據庫則充分發揮了專家資源優勢，補充了遺書全文錄文。”蘇伯民表示，敦煌研究院還在和英國、俄羅斯等國家協作，達成數字資源共用，推動海外敦煌文物的數字化回歸。

敦煌研究院也在不斷探索以最新科技，為敦煌數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“雲遊敦煌”小程式，到今年發佈的超時空參與式博物館“數字藏經洞”，都獲得了很高的點擊量。“未來，希望讓人們在手機上就能很輕鬆地觸及敦煌，比如利用VR等技術，也許將來人們坐在家中，就可以進入莫高窟每一個洞窟參觀遊覽。”蘇伯民笑著説。

《光明日報》（2023年08月20日 12版）