記中國與希臘專家團隊在激光清洗文物的合作工作

來源:中國對外文化交流協會    關鍵詞:激光清洗, 激光研究所,    發布時間:2019-01-28

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編者按

本篇文章作者曲亮為中國對外文化交流協會“藝術專業與管理人才國際交流項目”派往希臘電子結構與激光研究所的交流人員,該項目由國家藝術基金資助。曲亮來自故宮博物院,交流期間,他對激光技術應用于文物保護領域開展了考察研究。下面,他將和大家分享有益經驗。



2018年6月30日,我開始向希臘南端的克里特島首府伊拉克里翁(Iraklion)進發,開啟了這次藝術專業與管理人才國際交流項目的旅程。

FORTH和IESL

與其他同時獲得資助的同仁們不同,我所赴交流的單位不是博物館、樂團、劇院等文化機構,而是一個有些另類的純理工研究所。它的名字叫做FORTH,是Foundation for Research and Technology-HELLAS的簡稱,也就是希臘研究與技術基金會。


FORTH是希臘政府教育、研究與宗教事務部下屬的7個科研機構之一,除了中央管理局和出版社等管理機構外,其下下轄六個研究所,分別是電子結構與激光研究所(IESL)、分子生物學與生物技術研究所(IMBB)、計算機技術研究所(ICS)、應用與計算數學研究所(IACM)、地中海學研究所(IMS)和化工科學研究所(ICE-HT),組成了FORTH的主要研究力量。

IESL-FORTH外景(引自機構官網)

電子結構與激光研究所,也就是IESL,是FORTH的前身克里特研究中心(RCC,與克里特大學合辦)初創時的三個研究所之一。IESL的研究領域包括激光,微/納米電子學,聚合物和軟物質,以及天體物理學,在其研究專長-激光技術領域的水平很高,享譽歐洲。


IESL位于希臘南端的克里特(Crete)島首府伊拉克利翁郊區,克里特島是愛琴海最大的島嶼,距離非洲大陸僅300公里,是希臘著名的旅游勝地,也是愛琴文化的發源地。公元前2000年的米諾斯(Minos)文明遺留的科諾索斯(Knossos)遺址就位于伊拉克利翁,顯示了這里悠久的歷史與深厚的文化底蘊。也許正是這個原因,IESL很早就利用激光等現代科學的相關技術,投身于文化遺產的保護與研究工作中,并取得了豐碩的成績。


IESL有近200名研究人員,主要從事激光、電子學和天體物理學等方面的基礎研究、設備開發應用和培訓工作,其中就有一個10人左右從事文化遺產保護與研究的研究組,多年來一直在文物激光應用和設備方向深耕,尤其是文物激光清洗方向,他們的工作起步很早,積累了大量基礎研究成果和應用案例。他們在希臘雅典衛城完成的石質雕像等文物的激光清洗工作,曾獲得過國際文物修護學會(IIC)頒發的凱克獎(Keck Awards),以獎勵其工作成效,尤其是文化遺產保護工作在公眾教育上取得的突出成績。


本次我的訪問交流目的地就是IESL的文化遺產保護研究組,旨在希臘訪問他們的實驗室的基礎上,學習該研究組在研究人員組織架構、研究項目管理,以及科學技術應用與文化遺產事業及其公眾教育上的經驗,并深入學習和交流激光清洗技術的設備使用和研究方法。

故宮文物保護與激光技術

故宮博物院收藏了180萬余件套文物,絕大多數都是國家珍貴文物,故宮博物院文??萍疾繐撝翰乜梢苿游奈锏谋Wo修復與其科學研究的工作,共有工作人員160多人,主要分為文物修復、文物科技和輔助功能三個部分。其中文物修復部分按照材質可分為金屬、陶瓷、漆器、鑲嵌、書畫修復、木器、紡織品、唐卡壁畫、鐘表、書畫臨摹和囊匣制作11個工作室,主要負責院藏和院外各種文物的修復和保護工作,其中有四項國家級非物質文化遺產項目。而文物科技部分共有研究人員30余名,主要從事文物預防性保護、文物檢測分析與文物保護科學保護方法的研究工作,我所在的檢測分析室主要就是負責文物修復過程中的檢測分析以及激光等新技術應用的工作。


文物保護工作不僅僅只是傳統修復技術的傳承,其中還需要大量現代科技的參與與融合,一則可以為文物材質、病害等信息的確定提供準確而全面的信息支持,二則可以為保護與修復工作的具體開展提供合適的新材料、方法與評價手段,增強保護修復過程中的科學性和合理性。激光技術自20世紀被發明以來,已經廣泛的應用于國防、工業與民生的方方面面,滲透進我們每個人每天的衣食住行之中,在文化遺產領域亦不例外。不論是博物館展覽中常見的全息技術,還是文物三維外型的高精度掃描獲取,都離不開激光技術的貢獻。


隨著科學技術的進步,激光技術應用于文物保護領域已經成為趨勢,主要集中在以下三方面:

1.文物的激光清洗工作,主要是利用不同波長激光作用于物質表面所產生的熱效應、機械效應和化學效應,去除傳統方法無法去除或去除效率較低的文物污染物,達到文物表面高效清潔的效果。

2.文物的激光光譜分析技術,即利用各種波長的激光為激發光源,通過與文物表面產生作用,獲取原子或分子光譜以確定材質與工藝信息的技術。

3.文物的激光監測和勘察技術,是使用激光光源配合數據處理方法,獲取文物表面結構信息和位移變化等信息,長期觀測文物病害發展過程的技術。因此故宮博物院的文物保護工作不論是在文物檢測、病害監測方向,還是具體的保護修復處理過程中的清潔方面都急需激光技術的參與,這也是我們建立中希文物激光技術聯合實驗室的初衷。


2016年,故宮博物院與FORTH簽署了合作框架協議,全面開展文物激光技術方面的技術交流、設備開發、人員培養和國內輻射等工作。同年7月,在希臘總理的見證下,聯合實驗室正式在故宮博物院掛牌,我作為聯合實驗室的主要參與人,深知機遇與責任并存,需要盡快熟悉希臘方面激光相關技術的方法與設備特點,并根據故宮藏文物甚至中國文物特點,參與開發和改進適合的相關設備,建立研究與應用方法,并達到培養技術人才和宣傳推廣的行業示范效果。因此,正是得幸于中國對外文化交流協會藝術專業與管理人才國際交流項目的機遇,我有機會赴合作方IESL-FORTH的實驗室深入進行交流和學習,作為故宮博物院長期訪問IESL實驗室的第一人,這不僅是促進我個人在具體技術和科研管理上的進步,更是旨在完成雙方合作的框架內盡快達到聯合實驗室工作初步設想的要求。


在FORTH

交流的每一天都彌足珍貴,我在FORTH期間主要開展了3方面的工作:

一是深入了解了IESL-FORTH中的文化遺產保護小組(Group of CH,以下簡稱GCH)。

作為這次交流的合作伙伴和訪問目標,自己在有限的時間內盡力的融入GCH的工作中,深入了解了其成立原因、歷史沿革和組織結構,與GCH內每位研究人員甚至研究生都進行了單獨的交流,了解了他們的研究內容和方向。以此,我更好地掌握了GCH擅長的技術和其用于文化遺產保護領域的方向與目標,了解了他們在希臘乃至歐盟中完成、在研或者規劃中的一些項目內容。

與GCH主要研究人員在FORTH的合影


二是全程參加了由FORTH和歐盟HERACLES項目合辦的“OPT0-CH 2018 meets HERACLES Summer Workshop”暑期課程。


課上,我們從理論和實踐角度快速學習了該機構在激光清洗、激光分析和激光診斷上的技術特點,相當于在初來希臘就上了一個速成班,這對于我后面實際交流和合作實驗帶來了極大的便利?!癘PT0-CH”系列暑期課程是IESL-FORTH舉辦的兩年一次的經典培訓課程,對象主要包括世界范圍內博物館及修復機構的專家、青年研究人員和院校相關專業的研究生,主旨是培訓學員使用光子學相關的技術進行文物清洗、文物分析和文物診斷的理論和實踐能力,授課老師基本是IESL中GCH的研究人員、FORTH其他相關研究領域的專家學者,以及世界范圍內相關領域的知名專家,該培訓課程在歐洲十分有名,已經連續舉辦過多次。


本次課程除了經典的OPTO-CH課程的保留科目外,還加入了歐盟HERACLES項目的相關培訓內容。HERACLES項目是歐盟各國合作的一項文化遺產風險評估項目,旨在加強文化遺產、遺跡應對環境改變的風險評估能力,其中包括各種文化遺產的檢測和診斷手段,希臘、意大利、葡萄牙、德國都是該項目的主要參加國,IESL-FORTH是該項目的主要參加單位,而位于伊拉克里翁的諾索斯(Knossos)遺址和威尼斯要塞(Venetian fortress)是該項目的主要示范遺址??梢哉f,有幸參加這次暑期課程,除了解到IESL-FORTH的相關文化遺產技術外,還了解了參加HERACLES項目的意大利和葡萄牙合作單位的相關技術,更有幸親身在遺址內部了解該項目的目標、技術手段和運行機制等平時難以了解的內容,是本次出訪交流獲得的意外之喜。


本次課程參加的學員有20人,來自希臘、意大利、葡萄牙、加拿大、中國、羅馬尼亞等多個國家,大家在五天的課程中了解到多國多個研究機構的技術內容,包括1.光學成像;2.實驗室激光安全;3.光聲成像和太赫茲成像;4.激光清洗;5.激光誘導擊穿光譜;6.激光拉曼光譜;7.激光散斑監測;8.科諾索斯遺址的保護與修復;9.環境風險評價手段和相關分析檢測手段;10.HERACLES數據平臺的搭建。報告內容極為豐富,達到了20多場,同時還加入了豐富的實踐環節,包括設備的使用和遺址現場檢測,讓學員們在理論和實踐兩個層面都得到了深入的學習。豐富的課程內容和對實踐的重視,讓我印象深刻,獲益良多。

參加OPTO-CH2018 Summer School學員與老師的合影


三是完成了攜帶樣品的部分實驗。

相較于其他交流層面的出訪,我這次的行程有一個十分重要的任務就是通過攜帶故宮樣品進行實驗,親身了解對方的技術特點和研究流程,并取得實質的研究成果。出發之前,我就與機構項目負責人Pouli博士取得了充分溝通,并通過郵件討論了此次交流所攜帶的樣品和要完成的實驗內容。在國內我提前一個月準備了故宮有代表性的帶有污染物的石材樣品,樣品的準備既考慮了石材種類的多樣性,也兼顧了典型污染物的類別,這些樣品都是故宮乃至國內石質文物有代表性的樣品。


在參加完暑期培訓課程后,我被分入GCH,像一名普通研究人員一樣,Pouli博士為我辦理了出入門卡,并指派了她的一名研究生與我一起完成樣品的研究工作。整個樣品的研究和清潔實驗,完全按照希臘方面的操作規程和研究進行的,其細致程度與國內有很大的區別,后文我會詳細的討論這種差異及帶來的不同效果。雖然由于時間問題,我并沒有完成所有樣品的測試和實驗工作,但已經取得了兩個樣品的完整數據,并跟合作方相約,將可以遺留的樣品留在了FORTH,在郵件溝通基礎上,由對方研究人員繼續完成所有的實驗。


成果與收獲

作為一個國家級別的科研機構,FORTH從事的主要是自然科學領域的前沿研究

01

通過本次實地的交流與訪問,對其內部所設立的文化遺產保護小組(GCH)的產生緣由和發展歷程有了直觀的了解。從GCH的建立歷程來看,其建立與發展得益于希臘的文明古國地位和FORTH在光子學上的深厚基礎,還有就是學科帶頭人的興趣與重視程度,缺一不可。


希臘有燦爛的古代文明與歷史遺物,為此類科研提供了大量的研究對象。在自然科學研究機構進行文化遺產的交叉學科研究則需要一個文理兼修的學科帶頭人,這個角色除了把握交叉研究的方向,還需要有一定的話語權,FORTH這個方向的學術帶頭人就是曾歷任FORTH主席和希臘教育、研究與宗教事務部副部長的C.Fotakis博士。有意思的是,我國的很多情況跟希臘都很相似,例如我國冶金史研究的權威機構-北京科技大學科技史與文化遺產研究院,其前身冶金史研究所就是我國著名金屬學研究大家柯俊院士一手創建和發展起來的,正是他在金屬學上的深厚造詣和對中國古代冶金技術的濃厚興趣,使得我國在此領域的研究上一直保持世界一流水平。


因此,對于文化遺產領域的基礎科學和前沿研究,不能單純指望文物博物館單位,而應該百花齊放,鼓勵在相關自然科學領域的科研機構,利用自身的優勢參與到相關的研究工作中,與文物收藏單位相互合作,這樣才能將研究視野和水平提升到國際一流水平。

FORTH的文化遺產保護領域工作歷程圖


GCH的內部架構獨有特點

02

GCH的人員中除了物理學的科學家,還有兩名專長于不同材質修復的修復師,他們的學科背景并不是自然科學,而是文物保護系統教育出來的。這樣的人員背景架構很好地解決了純自然科學背景研究團隊難以更好消化和理解文物保護需求的問題,使得研究更有針對性和目的性,極大加強了效率。同時,這兩位修復師除了在團隊中發揮其專業知識的優勢外,也扮演了GCH與文物收藏單位良好的潤滑劑的角色。


同國內一樣,希臘的文物收藏單位基本是博物館,FORTH本身沒有文物,進行的研究與保護工作的對象都需要與收藏單位進行合作對接,如果沒有具有修復和保護背景的人來進行溝通,其效率和效果可想而知。正是這樣比較合理的人員架構,使得GCH能夠順利的將自己在光子學上的研究優勢和成果,快速準確的引入到文物遺產保護領域的研究之中,同時很好的保證了GCH與文物收藏單位的合作研究,十分值得國內相關單位借鑒。


作為非博物館機構,FORTH還進行了大量的文化遺產保護領域技術培訓與公眾傳播工作。


FORTH在激光技術在文物保護領域應用的宣傳與傳播做得很好,曾獲得了IIC頒發的KECK獎。該獎勵兩年一次,旨在獎勵全球范圍內文物保護工作公眾教育的成績,FORTH是僅有獲獎的非博物館機構,十分值得博物館行業學習。


分析他們取得這些成果的原因,主要得益于他們在文化遺產保護項目中合理人員結構配置,及對技術傳播與公眾教育的格外重視。合理的人員配置保證了FORTH可以與文物收藏單位合理高效的溝通機制,而他們對于技術傳播和公眾教育方面的重視則決定了他們工作的目標除了開發技術和達成保護項目之外,更為重視文物激光技術的推廣與公眾教育。例如他們每兩年舉辦的暑期課程,就是意在將該技術應用到更多的國家和項目中,起到更積極的示范作用;而其獲得KECK獎的希臘衛城石像的激光清潔項目,在項目之初就考慮到了在修復現場的公眾教育意義,將修復現場放在了博物館展廳中,設立了圍欄和專用的平臺,并在旁邊擺放了視頻和展板資料,供游客在參觀博物館的同時,近距離觀看激光清洗的工作,了解其原理和實際效果,起到了很好的宣傳與教育的意義,非常值得我們借鑒。


另外,FORTH的文化遺產保護工作一直抱著開放的態度,其每一個暑期課程和合作項目,都會定期在社交媒體進行宣傳,也為他們的學術傳播打開了開放的大門。

本次訪問達到的另一個重要成果就是合作完成了部分故宮樣品的激光清洗實驗,在赴希臘之前,我們就通過郵件溝通,挑選了故宮典型的石材和青銅污染樣片,攜帶到IESL進行相關的激光清洗和效果實驗評價。在整個實驗過程中,希臘方面的研究人員給我印象最為深刻的就是其嚴謹的研究思路和細致頻繁的對樣品與實驗的討論。


可以說,對于實驗樣品的解讀與討論,以及實驗過程中每一步的討論制度,是希臘方面進行研究與實驗的慣例,這種集思廣益的制度保證了在實驗的每一步都能充分考慮各種因素,避免了實驗的盲目性。同時在實驗過程中頻繁的討論實驗結果,以此制定或調整下一步的實驗方案,對于實驗的順利進行的好處不言自明。

召開關于故宮樣品實驗的組內討論會

針對故宮樣品搭建的激光清洗和評價設備


在IESL專家和同事的幫助和指導下,我較好的熟悉了希臘方面關于激光清洗技術的研究思路,他們對于文物樣品的激光清洗實驗十分嚴謹,不僅僅是簡單的進行效果試驗,而是有一套完善的操作規程,其中包括對樣品的解讀,使用其他方法對污染和文物基體的分析,對激光波長、能量和脈沖數的選擇實驗,使用多種方法對實際效果的評價實驗等等。在此基礎上,我完成了故宮大理石樣品的激光清洗的實驗全過程,積累了大量有益的實驗數據與實驗流程方面的經驗,可以說收益良多。


在此,感謝中國對外文化交流協會、故宮博物院、希臘電子結構與激光研究所的諸位良師益友。

中國對外文化交流協會


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