经济日报记者 赵梅
利用物联网技术实现对洞窟环境参数的实时采集与动态追踪，探地雷达与高密度电法仪透视着崖体内部的裂隙，数字采集让洞窟内的塑像和壁画在云端“永生”……在秦岭西端的麦积山石窟与河西走廊的莫高窟，千年石窟传承保护正经历着一场前所未有的科技变革。
从监测预警到机理研究，从精细修复到数字永生，科技力量正贯穿文物保护全链条，为千年文明筑起一道坚实屏障。
实时感知洞窟变化
走进位于甘肃省天水市的麦积山石窟监测中心，电子大屏上呈现着不同洞窟的温湿度、二氧化碳浓度等数据。
这是2017年建成的麦积山石窟遗产监测预警平台，它通过物联网与无线传输技术，将洞窟外的气象环境与洞窟内温湿度、光照强度等数据实时传输到监测平台，配合定期人工巡查与无人机航拍，形成了“综合监测—提前预报—风险预警—应急处突”的综合监测管理体系，为洞窟保护修复、基础研究、开放游览等提供数据支撑和决策依据。
“以前多以人工监测为主，现在利用互联网技术可实现全面监控。”麦积山石窟艺术研究所保护研究室副主任徐博凯说，数据每隔数分钟更新一次，工作人员在监测中心可全面掌握石窟的整体状态，同时数据实时传输至敦煌研究院总平台。遇到降雨或降温等极端天气时，温湿度曲线出现明显波动，系统自动提示，工作人员可根据情况判断是否需要开启窟门通风散湿。从“人工监测”到“可视化平台”，全方位的监测预警为科学保护积累了宝贵的数据资源。
麦积山石窟的监测预警平台，是敦煌研究院预防保护体系的一个子平台，目前已实现了院属“一院六地”的全方位监测。
在敦煌市莫高窟，遗产监测预警平台集成数百个传感器，借助物联网传输与大数据分析技术，为温湿度、岩体应变等指标设定阈值，一旦越限即刻报警，“在屏幕前感知洞窟”已成为日常。
“我们已从过去的抢救性保护转变为现在的预防性保护。”敦煌研究院文物保护技术服务中心副主任、保护研究所修复技术研究室主任水碧纹说。
2020年建成投用的多场耦合环境模拟实验室，是我国文物保护领域唯一的大型物理仿真模拟平台，能够将自然侵蚀过程在实验室中加速重现，为揭示病害机理提供了科学支撑。实验室成果已推广应用于国内20余个省区、54项保护工程，并辐射至吉尔吉斯斯坦等共建“一带一路”国家。
从莫高窟到麦积山石窟，从监测预警体系到国家重点实验室，敦煌研究院正以科技创新推动文物保护从“抢救性保护”向“预防性保护”转型。
精细识别文物“病灶”
在莫高窟126窟修复施工现场，水碧纹与现场负责人王兴龙针对修复壁画的颜料色差进行了探讨。
“起甲回贴比较困难，颜料层很薄，弄不好就会脱落或贴不平整。”水碧纹说，这样的场景在石窟保护中十分常见，有效应对壁画各类病害挑战的，是一整套建立在现代科技手段之上的精准修复体系。
利用这些技术手段，保护者在不接触、不损害文物的前提下就能看清“病灶”所在。
水碧纹说，诊断环节的技术进步尤为显著，X射线荧光、拉曼光谱、LIBS光谱、红外光谱等多种原位无损分析技术，为壁画颜料与地仗成分分析提供了技术支撑，X射线探伤、内窥镜、多光谱摄影等技术，则使壁画病害诊断与识别更加科学。
针对崖体内部裂隙与渗水，探地雷达与高密度电法仪可实施“透视”探测，雷达波反射剖面揭示裂隙走向与密度，电流数据则反映含水区域分布，两者结合为岩体加固与渗水治理提供精确依据。
在治理层面，各类修复技术因病害而异。无论壁画起甲、地仗酥碱还是空鼓开裂，每一种病害的修复都有科学仪器提供支撑。
水碧纹和保护团队研发了应用“海绵”类吸附材料对壁画表面厚重烟熏污染物进行清洁的技术，在不损伤颜料层的前提下逐步还原壁画色彩与线条。
鼯鼠污染防治与微生物治理是麦积山石窟开展的一项重要工作。
“项目组基于鼯鼠活动节律与排泄物成分的系统调查，在明确其习性及排泄物理化特征的前提下，结合污染部位表层材质特性，构建了集人工唾液贴敷清理、物理化学驱避与超声波干预于一体的综合防治体系，有效缓解了鼯鼠活动与排泄物对石窟文物的影响。”徐博凯说。此外，针对微生物病害，项目组正在运用高通量测序和扫描电镜等技术，开展污染区域微生物群落结构与组成的系统解析，期望为后续精准防治方案的制定提供理论支撑。
“十四五”期间，敦煌研究院先后攻克了墓葬壁画原位保护、彩塑稳定性诊断、砂岩石窟寺防风化、土遗址综合保护等关键技术，制定国家、行业标准27项，形成了一整套成熟的保护修复技术体系。
数字留存历史瑰宝
在莫高窟61窟，五台山全景图壁画静静铺陈，工作人员正进行数据采集。
“数字化不只是备份，更是让文物走出洞窟、走向大众。数据采集完成后，我们会进行加工转化，再利用一些智能化手段做成立体模型，通过场景化互动展示，让游客在展示地进行现场体验。”敦煌研究院文物数字化研究所副所长丁晓宏说，团队采集数千张均匀曝光、色彩准确的影像，再经自研拼接软件处理，将曲率变化极大的壁面还原为等比例高清平面图像。基于这些数据，利用VR/AR实时渲染与空间定位技术，让观众“行走”在千年画卷之中。
据介绍，数字化的作用主要是建立高清数字档案，让文物以数字形态永久保存，同时服务于学术研究、文化传播等。
截至目前，敦煌研究院已完成323个洞窟的数字化采集，数据总量超过600TB，实现210个洞窟拼接处理、227个洞窟的全景漫游节目制作和省内外16处大遗址的三维重建。
“数字化真正的价值在于‘用’。”丁晓宏介绍，2016年上线的“数字敦煌”资源库向全球免费共享高清图像，目前已覆盖78个国家，超过2300万人次浏览。2022年，“数字敦煌开放素材库”利用区块链技术实现数据授权追溯，用户可根据需求申请下载资源，研究者可提取元素与线条进行二次创作，普通用户可按名称甚至按色彩喜好调取敦煌素材。2025年5月上线的“数字藏经洞”数据库平台，已录入文物目录超74000条，发布敦煌文书超9900卷，标志着流失海外敦煌文物的数字化回归取得实质性进展。
在文化传播层面，数字化成果已从“高清存档”走向多元转化。从2014年至今，敦煌数字化展览已在美国、俄罗斯、以色列、摩洛哥等国家举办50余场。与腾讯合作的云游敦煌小程序等，则将敦煌文化元素带入年轻群体的视野。
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