文化遺產預防性保護技術現狀及發展趨勢

近日，一場文博技術產品研發與應用的交流盛宴引起業內廣泛關注。來自江浙滬的文物管理部門、科研院所、文博單位及文博技術企業的負責人、專家技術人員，就「技術在文博行業中的應用」在上海展開交流研討。

以下是本次交流會科研單位代表董亞波先生的發言內容：

一、文化遺產預防性保護技術與應用現狀

的文物資源非常豐富，目前有不可移動文物76萬多處，其中有七批全國重點文保單位，總數4296處；第三次文物普查后統計出可移動文物有一億多萬件套。

然而，的文物保護狀況令人擔憂，不可移動文物保存狀況較差的佔17.77%，差的佔8.43%，有4.4萬處已經由各種原因已經消失了。館藏文物也有50.66%存在腐蝕損害，重度以上腐蝕的佔16.5%。

因此，我們需要採用合適的手段應對文物腐蝕損害。

首先我們需要對文物進行充分的檢測和分析。這個檢測和分析的目的就是要獲取文物的價值信息，到底為什麼需要保護它，以及我們要知道到底存在什麼樣的病害原因，因此需要依賴一系列的文物監測手段。

第二是保護修復。當文物已經出現一些不可容忍的病害的時候，我們要進行修復。現在國內已經有不少企業正在研發生產文物修復的專用裝備。

第三是預防性保護。現在的文物保護的理念，已經逐漸的從被動修復轉向以及預防性保護，通過對它的環境進行調控來防止文物出現更嚴重的劣化，希望延緩文物的腐蝕。

但是不管怎麼說，文物畢竟是一個實體，還是會不可避免地消亡。

因此我們還需要利用數字化手段，將文物的全方位信息採集下來、保留下來它的「魂」，以實現它的「永世長存」。

當然了，我們的數字化成果要能夠共享給我們的研究人員、共享給我們的觀眾，發揮它的作用。

在預防性保護方面已經得到了非常大的進展。

全國有上百家博物館實施了預防性保護工程。主要是進行了博物館環境的調控和評估，調節文物所在的小環境和微環境，並且對調控的結果的有效性進行監測和評估。對文物的收藏、儲藏等方面，配備了專用的儲藏櫃、囊匣等裝備，給文物提供比較好的儲藏條件。

很多不可移動文物也已經開展了相關的文物保護工作。

一方面是做了基礎的技術研究，包括開展了壁畫地仗層的鹽分遷移活動研究、遺址博物館的大氣-土-水環境與文物病害關聯關係研究等。

另一方面，通過技術論證之後，在包括敦煌莫高窟、雲岡石窟、龍門石窟、克孜爾石窟等的石窟寺文物，包括金沙、秦俑、漢陽陵等的遺址博物館，包括應縣木塔、杭州飛來峰佛像、保俶塔、上海護珠塔、大理崇聖寺三塔等的古建築文物，均開展了大氣環境、風沙環境、水環境、文物微環境、遊客環境、文物本體病害等的監測工作，建立起比較完善的預防性保護監測預警體系。

在這麼多預防性保護工作中，我覺得在技術方面還存在一些不足：

第一個比較重要的問題是我們的基礎是嚴重滯后的。從根本對文物的病害問題原因的分析、理解、掌握還非常不足，這樣就導致了我們在進行預防性保護、監測、調控的時候，機理不明；我們應該採用什麼樣的監測設備、監測頻率和採集精度，並不是特別清楚；報警預警閾值也無法準確設置；出現了風險以後，也不完全清楚應該用什麼方式進行調控。

第二是監測和管理出現脫節。由於對文物的病害機理不夠了解，導致不能把監測的結果直接用於進行保護管理，所以監測和管理保護是脫節的，不能和保護工作形成合力。

第三是對監測的數據缺乏有效利用。導致這個問題的主要原因我相信也是因為在基礎研究方面的不足導致的。

二、基於風險管理的文化遺產預防性保護框架

我下面簡單介紹一下我們最近做的一些工作，把風險管理理論運用在預防性保護裡面，嘗試著去解決一部分預防性保護工作裡面的問題。

基本有四個步驟。

第一是要明確遺產所面臨的風險。

第二是要評估風險的程度。

第三是要找出風險的環境策略。

第四是要去評估每一項策略的成本和周期。

在預防性保護中，我們希望是通過調節控制文物所處環境，來減緩文化遺產的緩慢變化，以達到保護的目的。

因此，風險管理理論對預防性保護來講非常具有有針對性和價值，可以為預防性預防性保護提供決策性框架。

首先我們要對風險因素進行監測和評估。

文化遺產預防性保護是建立在對遺產環境和病害充分、全面、實時了解的基礎上，這些信息包括大環境，大氣壓、風沙、水，文物保存環境的溫濕度、光照、紫外等這些微環境信息等，對文物的本體病害發展有著直接關係。

文物載體信息，包括載體穩定性、鹽含量、生物病害情況、風化情況等，這些也對文物會帶來很大的影響。

最關鍵的是，要對文物本體進行最全面的感知，本體的溫度、含水量，本體有沒有出現褪色、變色、開裂、材質變化等病害。

現在對環境的監測信息已經較為充分了，但是對本體的監測手段還是非常缺少的，因為本體的變化是非常微小、非常長期的變化，對它的長期感知技術還有很大的挑戰。

而對本體信息感知的不足，是現在很大程度制約預防性保護技術發展的主要因素之一，也是今後在預防性保護裡面需要重點突破的因素。

在擁有了充分的監測數據的基礎上，要對數據進行清洗、變換、合併、預處理。

在這些數據處理完了以後，我們需要把環境變化跟文物本體變化結合起來，進行相關的分析，來評估、識別到底有哪些風險。

在這裡面我們可能會運用多種模型，包括環境評估模型、風險評估模型、健康評估模型等，來評估出我們到底存在哪些風險的種類，當出現較為嚴重的風險因素時，需要及時發送風險預警信息。

當我們認識到風險的存在了以後，就需要根據風險處置預案，啟動相關的風險處置流程。

在風險處置預案當中，需要注意兩件事情：

第一是需要制定風險處置的行動計劃；

第二是要制定一個資源調配計劃，說明需要做什麼，以及需要什麼樣的資源。

在風險處置過程中，需要對風險處置的結果進行評估和記錄，我們對這些處置所做的措施是不是充分、是不是足夠，還要進行反思和提煉，並對相關的風險處置預案進行調整。

上述任務應成為文化遺產風險管理的核心。採用物聯網、大數據等關鍵技術，來構建文化遺產的預防性保護，進行關聯性因素分析，來掌握並且預測文物的變化，並且對它實施干預。

三、大數據技術在文化遺產預防性保護的應用

大數據分析是預防性保護裡面非常重要的工具，大數據的應用現在從技術上來講是三個層次。

第一層次是數據管理和簡單的統計分析，目前很多企業已經在做這樣的工作，實現對文物環境和本體全方位監測數據的採集和管理。

第二層次是要採用智能分析挖掘技術，來建立起一個可視化的遺產評估分析模型。通過可視化技術可以大大提高遺產監測數據的可理解性，通過流式數據處理可以提高海量監測數據處理的效率，通過深度學習等機器學習手段，可以為監測數據的深入發掘利用提供全新的手段。

第三個層次是要進一步引入創新性的大數據思維，要從數據角度出發來解決文化遺產保護的基礎核心問題。由於文化遺產的材料特性、結構特性等具有很大的個體差異性，長期歷史保存狀態有加大了這種差異性，導致了能夠應用在現代建築、現代材料等領域的很多方法不能直接沿用到文物本體的分析上來。

因此，把整個思路倒過來，從數據出發，用大數據的思維，通過大量監測數據的積累來反推文物本體的變化，從數據相關性模型來建立本體病害機理表徵模型，由經驗知識總結轉向基於數據的知識發現，這是今後有可能去實現突破的一個目標。

我們現在已經開展了一部分面向文化遺產預防性保護的大數據應用。主要流程是從基於數據的關聯性分析，到基於評估模型的風險分析，再通過趨勢預測分析來進行預防性保護決策支持。

例如，我們對莫高窟的微環境進行充分分析，建立了相應的可視化環境場模型，從而可以發現洞窟內的溫濕度場的分佈情況和異常情況。

利用環境場模型，我們對洞窟內的感測器布設方案也進行了優化，提出了最佳的感測器部署的數量和位置。

在此基礎上，我們採用CO2氣體作為示蹤氣體，建立起洞窟的動態空氣交換律模型，再利用這一模型對洞窟內的濕度變化進行了較為精確的分析預測。

可以看到，在窟外因為降雨而導致濕度升高的情況下，窟內的濕度升高過程與我們預測的過程非常相似。

有了這一預測模型，我們就可以預測每個遊客團隊未來對洞窟微環境的影響，從而選擇出每個遊客團隊最佳的參觀路線。

通過分析可以發現，採用這種優化方法，可以顯著降低大部分洞窟的環境超標時間，最終洞窟環境總的超標時間可以降低27%。

因此，通過遊客參觀路線的優化，可以把監測的數據和實際的文物保護管理結合在一起，指導保護管理工作的開展，這也是我們開展預防性保護監測的目的，也是我們大數據分析能夠在文化遺產保護裡面發揮作用的一個手段。

我相信我們很多國內的單位和企業也都在致力於相關的工作，我相信也希望能夠看到更多更好的成果能夠運用到文化遺產的保護裡面。

謝謝大家！

作者簡介

董亞波 ，浙江大學計算機學院副教授，石窟寺文物數字化保護國家文物局重點科研基地、浙江省文物保護傳承專用裝備技術聯盟、文化遺產保護科技區域創新聯盟（浙江省）技術專家。

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內容來自「文博技術產品研發交流會」現場發言

本文僅代表作者觀點，不代表文博圈立場

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