對(duì)西安城墻進(jìn)行“體檢”。 (受訪者供圖)

　　青磚、飛檐、瓦當(dāng)、椽梁……仲夏之夜，約上三五好友，漫步在古城西安不經(jīng)意間就會(huì)走進(jìn)一條老街，或是遇上一座古建筑，仿若穿越了時(shí)光。然而，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歲月沉淀，古建筑不可避免地會(huì)漸生斑痕、遭遇腐朽、染上霉菌、產(chǎn)生銹跡……西安有這樣一群人，在盡量不損傷古建筑的同時(shí)，運(yùn)用各種科學(xué)、先進(jìn)的“診療”設(shè)備對(duì)古建筑精準(zhǔn) “把脈問(wèn)診”，助力古建筑“逢春”，煥發(fā)新的時(shí)代光彩。

　　新技術(shù)手段 為古建筑“強(qiáng)筋健骨”

　　6月28日晚，西安鐘樓附近擠滿(mǎn)了拍照的游客，他們用與鐘樓同框的方式，表達(dá)對(duì)這座城市的喜愛(ài)。“太美了!”歷經(jīng)600多年風(fēng)雨的鐘樓，在暖黃色燈光勾勒下，呈現(xiàn)出璀璨綺麗的模樣，來(lái)自重慶的游客石喬忍不住驚呼。

　　西安鐘樓，如何讓它持續(xù)性地散發(fā)著獨(dú)特魅力，西安“古建人”下足了功夫。

　　查看榫卯結(jié)構(gòu)殘損情況，探究主要構(gòu)件的殘余承載力，如果說(shuō)大木作是中國(guó)古建筑的“筋骨”，那西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院院長(zhǎng)薛建陽(yáng)和他的團(tuán)隊(duì)就是通過(guò)新技術(shù)手段為古建筑“強(qiáng)筋健骨”的人。

　　傳統(tǒng)的“落架大修”需要將老舊構(gòu)件、部件依次卸下，瓦、椽、桁條……卸下后分類(lèi)碼放，檢測(cè)維修完成之后再一一復(fù)位。薛建陽(yáng)的團(tuán)隊(duì)卻是將人工智能和數(shù)字技術(shù)引入到古建筑保護(hù)領(lǐng)域，“對(duì)古建筑進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)測(cè)，好比給病人看病，通過(guò)‘心電圖’等現(xiàn)代診療設(shè)備先把病癥找出來(lái)，然后對(duì)癥下藥，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的預(yù)防性保護(hù)。之前，我們?cè)鴾y(cè)試過(guò)西安鐘樓在遭遇不同強(qiáng)度地震時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)，還對(duì)鐘樓重要構(gòu)件的殘損現(xiàn)狀通過(guò)傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測(cè)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立三維數(shù)據(jù)庫(kù)和殘損信息庫(kù)，對(duì)鐘樓的健康與安全狀況進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。使用傳感器可以有效避免因接觸對(duì)文物造成的二次傷害，同時(shí)還能大幅提高工作效率。”薛建陽(yáng)說(shuō)。

　　前不久，為全面提升西安鐘鼓樓文物建筑預(yù)防性保護(hù)水平，薛建陽(yáng)被聘為西安市鐘鼓樓博物館古建筑保護(hù)專(zhuān)家，并與博物館簽約了館校共建“古建筑保護(hù)與傳承實(shí)踐基地”戰(zhàn)略合作協(xié)議。他說(shuō)，“古建筑是活著的歷史，是不可再生的。在遵循歷史性、藝術(shù)性、科學(xué)性的基礎(chǔ)上，我們有責(zé)任將這些中國(guó)傳統(tǒng)文化的瑰寶保護(hù)好。”

　　采訪中，薛建陽(yáng)告訴記者，他們團(tuán)隊(duì)還將研發(fā)基于智能算法的古建筑材料、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和子結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，搭建古建筑木結(jié)構(gòu)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)與運(yùn)維平臺(tái)。“我們希望引入先進(jìn)材料對(duì)古建筑傳統(tǒng)修繕工藝更新升級(jí)，基于性能提升的高效自復(fù)位增強(qiáng)技術(shù)與加固設(shè)計(jì)方法，比如用科技手段在古建筑上取出針頭大小的木質(zhì)材料就能進(jìn)行分析;或者給斗拱里面放入具有彈簧性能的新材料，防止地震時(shí)斗拱發(fā)生傾斜等，以此推動(dòng)古建筑的傳承與發(fā)展。”薛建陽(yáng)表示。

　　數(shù)字虛擬

　　為古建筑“修補(bǔ)”歷史記憶

　　今年5月，西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院副院長(zhǎng)王慧琴和她的團(tuán)隊(duì)操控著無(wú)人機(jī)，按照預(yù)先劃分好的區(qū)塊，為西安城墻進(jìn)行了一次“體檢”。這項(xiàng)工作前后持續(xù)數(shù)月，數(shù)以千計(jì)的影像資料數(shù)據(jù)庫(kù)，將為后期城墻病害的預(yù)防與處置提供重要依據(jù)。“通過(guò)無(wú)人機(jī)掛載的多光譜成像技術(shù)，我們可以全面掌握城墻表面的病害情況，比如鹽析、剝落、附著的生物病害等。這種檢測(cè)技術(shù)精度很高，不僅是肉眼難以發(fā)現(xiàn)的，對(duì)于體量較大的古建筑也能更高效，節(jié)約時(shí)間成本。”王慧琴說(shuō)。

　　王慧琴的團(tuán)隊(duì)主要研究文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合陜西省文物保護(hù)研究院的專(zhuān)家，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)助力文化遺產(chǎn)保護(hù)，將光學(xué)成像、計(jì)算機(jī)人工智能等多學(xué)科方法融合應(yīng)用于文物科技保護(hù)，比如說(shuō)壁畫(huà)數(shù)字虛擬修復(fù)。壁畫(huà)歷經(jīng)千年風(fēng)霜，已褪色，細(xì)節(jié)日漸模糊，復(fù)原難度增加，團(tuán)隊(duì)利用多光譜成像技術(shù)，成功“解讀”這些壁畫(huà)的深層信息，精準(zhǔn)識(shí)別顏料種類(lèi)和病害情況，為壁畫(huà)的保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

　　2023年，該團(tuán)隊(duì)在陜西省文物保護(hù)研究院承擔(dān)的天津薊州獨(dú)樂(lè)寺泥塑壁畫(huà)前期研究項(xiàng)目中取得了顯著成果，之前他們還嘗試過(guò)給陜西歷史博物館的《馬球圖》進(jìn)行虛擬還原。“我們利用多光譜成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫(huà)顏料種類(lèi)、病害情況以及隱藏歷史信息的精確識(shí)別，通過(guò)上千個(gè)分鏡頭，完成壁畫(huà)的全景多光譜圖像拼接，同時(shí)獲取壁畫(huà)顏料在不同波段下的光譜信息，為壁畫(huà)的保護(hù)和修復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。我們希望盡量還原出壁畫(huà)的原貌，探索背后的歷史與科學(xué)價(jià)值。”團(tuán)隊(duì)成員王可副教授表示。

　　“未來(lái)，我們將在文物智能探測(cè)與無(wú)人巡檢方向開(kāi)展研究。希望通過(guò)數(shù)字科技的應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)文物的多維多元信息組織、知識(shí)發(fā)現(xiàn)與認(rèn)知驅(qū)動(dòng)，最終完成數(shù)字化保護(hù)從同平臺(tái)到多平臺(tái)技術(shù)的跨越，滿(mǎn)足文物保護(hù)、展示、利用等多樣需求。”王慧琴說(shuō)。

　　新型材料

　　讓古建筑煥發(fā)新光彩

　　一件件或大或小的金屬文物是中華文明璀璨歷史的證明與結(jié)晶，但這些金屬文物的材質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然環(huán)境中容易腐蝕劣化。監(jiān)測(cè)腐蝕狀態(tài)、抑制腐蝕發(fā)生、清理文物銹蝕部分等工作一直是金屬文物保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　“2022年6月，我們?cè)鴮?duì)位于西咸新區(qū)空港新城的北杜鐵塔進(jìn)行過(guò)腐蝕問(wèn)題的檢測(cè)，花了一年多的時(shí)間。由于鐵的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)于金、銀、銅等金屬要活潑，加之鐵器在成分、結(jié)構(gòu)和制作工藝上的特點(diǎn)，使得這類(lèi)文物極易腐蝕。歷經(jīng)歲月侵蝕，北杜鐵塔在自然環(huán)境中就面臨著嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，影響建筑主體的外觀、穩(wěn)定性和安全性。”西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院綠色智能再制造團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人王強(qiáng)教授說(shuō)。

　　如何在不破壞文物的情況下得到和其腐蝕相關(guān)的精確數(shù)據(jù)?對(duì)于戶(hù)外的大型鐵塔建筑，怎樣進(jìn)行腐蝕情況檢測(cè)?王強(qiáng)表示，“如何對(duì)古建筑影響最小，最大程度保留原有建筑的形貌和功能，基于這兩個(gè)基礎(chǔ)，我們通過(guò)三維激光掃描，構(gòu)建出北杜鐵塔原有的結(jié)構(gòu)，并虛擬出鐵塔的形象，通過(guò)3D建模進(jìn)行病害分析。同時(shí)利用X射線、CT掃描等無(wú)損探傷的技術(shù)手段，穿透材料厚度，對(duì)鐵塔材料本身進(jìn)行成分分析，有無(wú)裂紋、缺損等，然后提供病理分析和解決辦法。”

　　檢測(cè)是第一步，修復(fù)方案是第二步。“通過(guò)分析鐵塔的材料成分和環(huán)境影響因素，我們開(kāi)展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，分析鐵塔的銹蝕機(jī)理，提出激光清洗文物表面的技術(shù)方法。同時(shí)利用專(zhuān)有的涂層技術(shù)，制備了不同成分的腐蝕防護(hù)性涂層，并系統(tǒng)評(píng)價(jià)了涂層的耐腐蝕性能。我們希望通過(guò)新型材料讓古建筑恢復(fù)原有的光澤和神態(tài)，保存的時(shí)間也能更長(zhǎng)久。”王強(qiáng)說(shuō)。

　　留存到今天的古建筑，每一座都有獨(dú)一無(wú)二的形象特征，它們是歷史文脈的承載者，也是鄉(xiāng)土記憶的見(jiàn)證者。如今，觀念的更新與新技術(shù)的加持為古建筑注入新的活力。王強(qiáng)坦言，“希望通過(guò)新技術(shù)手段，讓古建筑以健康的狀態(tài)重新融入現(xiàn)代生活，煥發(fā)新的時(shí)代光彩。也讓生活在現(xiàn)代的人們更了解歷史，讓傳統(tǒng)文化得到更廣泛的傳承。”(記者 王嬌莉)