石窟的保护-走进莫高窟

-石窟的保护-

>> 走近莫高窟 >> 石窟的保护

1950年国家将1944年建立的国立敦煌艺术研究所改名为敦煌文物研究所,开始了对敦煌石窟文物的保护。敦煌莫高窟、西千佛洞、安西榆林窟同属敦煌石窟艺术体系,也都是国务院颁布的第一批全国重点文物保护单位。

1951年文化部委託清华大学、北京大学、古代建筑修整所的古建、考古专家勘察莫高窟保护现状,制定保护规划。从50年代开始,针对莫高窟危崖、坍塌、壁画和窟檐处于坠毁的危险状态,抢修了5座唐宋木构窟檐,使其保持了原状;拟定全面维修保护方案,并先后批拨专款对三处石窟窟壁地质病害造成有崩塌危险的悬崖和数以百计的洞窟进行全面维修加固,从而确保了石窟的安全。

1962年文化部报经国务院批淮进行莫高窟加固工程,周总理批拨100多万元专项资金,1962年进行勘测,1963年开始施工,到1966年秋完成了第一、二、三期石窟加固工程,共加固岩壁576米,洞窟354个。

1984年,经国家文物局批淮,进行了莫高窟南区南段(第四期)加固工程,加固了第130—155窟之间26个洞窟长达172米的崖面,加上50年代进行的试验性加固工程,总计加固岩壁798米,洞窟407个,分别佔南区岩壁的84%和洞窟总数的82%。所有经加固的岩壁和洞窟三十多年来尚未发生过坍塌、倾覆等地质病害。

1984年,国家文物局批淮了西千佛洞加固工程方案,採用与莫高窟相同的挡牆支顶的方式进行加固。至1987年,历时三年的西千佛洞石窟加固工程全部竣工。共加固了长174米的崖面,并架设了通往15个洞窟的崖面通道和水泥栏杆。

特别是90年代竣工的榆林窟加固工程,採用锚索工程技术加固崖体,通过对锚索孔的特殊处理,可使崖面保持原貌。并採用高模数硅酸钾(PS)材料喷涂加固风化的岩面,对崖壁裂隙应用PS-F进行灌浆封闭。在加固工程的同时进行好崖顶防渗层铺设、崖面冲沟的整与西崖坡脚的防护,并架设了东西崖长达273米的栈道。这些先进技术的应用,使我国石窟加固技术提到了一个新的水平。

几十年来,敦煌研究院完成了敦煌莫高窟九层楼木建筑落架大修等数十项重大文物保护维修项目。同时,採用边沿加固等方法有效地整固了大量濒临脱落的壁画;修复了莫高窟、西千佛洞、榆林窟、东千佛洞等石窟大面积脱落、起甲和酥硷病害的壁画4000多平方米。加固了倾倒和骨架腐朽的彩塑;通过上述各项抢救性保护措施,使濒临坍塌、损毁的石窟、壁画和彩塑脱离了险境,得到了妥善保护。那些治理过的壁画和彩塑,经过多年的观察,依然保持了艺术造型的原有风格。

自1979年至今,研究院和国内外科研机构合作,先后承担了国家和甘肃省下达的30多项科研项目,获国家及省部级科技奖的有7项。其中“敦煌莫高窟起甲壁画修复技术”获文化部1985—1986年度文化科技成果奖一等奖;“应用PS-C加固风化砂岩石雕的研究”获1988年度文化部科技进步奖二等奖;1995年获国家科技进步二等奖。 “砂砾岩石窟崖体裂隙灌浆研究”获1995年度国家文物局文物科技进步奖二等奖。 1997年又获国家发明四等奖。 “一种硅酸盐加固用灌浆材料”1996年获国家发明专利。

1996年,列入甘肃省科委“八·五”重点科技攻关项目的“敦煌壁画的计算机贮存与管理系统的研究”通过了甘肃省科委组织的技术鑑定和验收;“濒危下跌文物信息的计算机存贮与再现系统”(包含“曙光天演Power工作站在文物保护应用中的研究及其在造型配套中的要求”)被国家科委列入“九·五”国家重大课题。 《古代土建筑遗址保护加固研究》于当年6月下旬通过由国家文物局组织的专家验收,该项目达到国际领先水平。

改革开放以来,国家和甘肃省对敦煌石窟文物保护投入的专项经费约2000千万元。现在正在进行的科研项目有国家文物局下达《中国古代石窟寺壁画和彩塑及其保护研究》、《敦煌莫高窟环境演变与石窟保护》、《敦煌莫高窟及周边地区环境演化科普教育》 、国家自然科学基金项目《多媒体与智能技术集成及艺术复原》等。

特别是莫高窟列入世界文化遗产以来,敦煌研究院与美国盖蒂保护所(GCI)、日本东京国立文化财研究所,日本东京艺术大学等国外科研机构合作,将世界上的一些先进技术应用到敦煌石窟的保护中。研究院同美国盖蒂保护所合作保护敦煌莫高窟项目是经联合国教科文组织牵线搭桥,由国家文物局和美国盖蒂保护研究所签订的旨在加强中国文物保护科研工作的国际合作项目。第一期工作始于1988年,1994年经国内外专家评估,给予高度评价,认为是盖蒂保护所研究所在国际合作项目中最成功的一个范例。第二期合作项目“莫高窟壁画保护研究”于1997年开始。

和日本东京国立文化财研究所合作保护敦煌莫高窟项目始于1988年,是日本在国际文物保护工作中最重要的项目;第二期合作项目于1998年结束。第三期合作项目于1999年由国家文物局批淮。此外,还同日本东京艺术大学、加拿大国家保护研究所等外国机构合作进行敦煌石窟文物保护研究。研究院同美国盖蒂保护研究所、中国文物研究所共同举办了“丝绸之路古遗址保护国际学术会议”。受联合国教科文委员会资助和国家文物局的委託,举办了“中国石窟文物保护研究培训班”。研究院还参加由美国盖蒂保护研究所、澳大利亚遗产委员会、中国国际古蹟遗址理事会(ICOMOS)、中国文物研究所合作进行的《中国文物保护纲要——文物保护理论与实践》这一国际合作项目。通过合作,促进了中美、中日的友好与学术交流。

在设施保护上,敦煌研究院利用香港邵逸夫先生捐款,在敦煌石窟安装了铝合金防盗窟门和玻璃屏风,有效地阻止了人为破坏。国家文物局另外拨专款安装了莫高窟的安全技术防范系统机房控制室及洞窟报警系统,给整个窟区安装了夜间巡逻照明灯,为昼夜控制全部洞窟、防止、监视人为破坏提供了硬件设施。

50年来,保护机构按部就班地扩大。 1952年敦煌文物研究所设立了保护组,1980年改为保护研究室,1984年随著敦煌研究院机构的扩大而改为保护研究所。保护研究所是我国最早从事石窟文物科学保护的专业机构,现在已发展成为一个主要从事石窟文物保护综合研究的科研实体。保护所下设环境室、分析室、修复室、档案资料室,并设有敦煌研究院保护所与美国盖蒂保护所、与日本东京国立文化财研究所合作项目研究实验室等。目前已形成一支由博士、硕士、学士及多种学科的30多人的高、中、初级专业职称相配套的文物保护科技队伍。并拥有X射线衍射仪、X荧光光谱仪、富利叶红外光谱仪、偏光显微镜、全自动环境监测仪等一批先进的大型仪器设备。

近十年来,敦煌研究院开展了石窟环境、病害机理、颜料变色、材料老化机理等系列课题。为便莫高窟得到有效保护,在经过多年对严重病害机理进行探讨,对石窟文物所处的环境、文物本身的质地、材料及工艺过程进行研究,弄清环境对文物本身影响因素,以及对石窟文物可能产生的病害提出预见,採取预防性措施:

石窟环境监测

莫高窟地处戈壁沙漠腹地,空气乾燥,雨量稀少,温度变化剧烈,是典型的大陆性气候。莫高窟地区多年平均降水量为23.2mm,而年蒸发量却高达4200mm。窟外极端最高气温为43.6℃ (1952年7月16日),极端最低温-28.5 ℃(1979年1月15日),平均气温10℃左右。但洞窟内的气象环境却表现出完全不同的特点:温度、湿度具有相当的稳定性。据对第335窟中型唐代洞窟的监测调查,窟内全年温度变化在5-20℃之间,年平均温度为12℃;全年相对湿度变化在6-40%之间,年平均相对湿度为18.3%。

客观而言,壁画和彩塑颜料层所施的天然矿物颜料本身比较稳定,在莫高窟内这种乾燥和稳定的环境裡,一般不易发生化学变化,不易变色和褪色,因此使一些壁画千百年来一直保持鲜豔的色彩。地仗层含有的麦草、麻、棉花、笈笈草、芦苇等材料在乾燥的气候条件下,不易霉变、腐烂,随之使地仗层在稳定的小气候环境裡的物理应力比较小,不易脱落,保持了壁画和彩塑的牢固性。总之,气候乾燥和小气候环境的相对稳定,使得许多洞窟的壁画和彩塑能比较好地得以存。这种干燥的气候和洞窟内稳定的小气候环境,给壁画和彩塑的保存提供了良好的自然条件。

儘管莫高窟大环境有利于洞窟壁画的保存,然而,环境的各项因素在不同的程度上影响著洞窟保护的有效性。从崖面的变迁和底层、上层洞窟壁画地仗发生酥硷、疱疹等病害来看,暴雨或集中式降雨仍时有发生,由此引发的山洪时常袭击莫高窟。顶层第194窟、第3窟、底层53窟、85窟等均有地仗层酥硷或疱疹状等病害。顶层洞窟的水分来源主要是集中式降雨,雨水沿崖体裂隙渗入洞内。随著强烈的蒸发使得崖体中的盐分随著水分的运移而移至地仗层,造成地仗酥硷。由此可见,洞窟病害与环境是直接相关的,深入了解洞窟环境对洞窟保护意义重大。

近十年,敦煌研究院致力对莫高窟崖体岩石和地表水的化学成分进行分析;对崖体地层形成的构造特徵及其形成的病害作了调查;对彩塑和壁画的製作材料、结构、性能做出分析和评估;设置全自动气象站监测温度、湿度、风向、风速、光照等窟区气象要素;并选择不同类型的洞窟,进行洞窟小环境的监测。

石窟治沙工作

早在五代风沙就已危及洞窟安全。据史料记载,40年代,敦煌石窟的最低层洞窟大部分被埋在沙中。敦煌石窟从创建至今的1600馀年岁月中,风沙时刻都危及到石窟的保存与环境。风沙对敦煌石窟的危害可概括为如下几个方面:

风蚀危害:主要是指风沙流对露天壁画、洞窟围岩的吹蚀和磨蚀作用,是一种破坏性极强的地质作用。如唐代早期洞窟203窟就是因此而遭到坍塌破坏,第460窟因强烈风蚀使石窟遭受薄顶之灾。风蚀已成为岩体坍塌、壁画褪色的主要病害之一。同时强烈风蚀已越来越明显的影响到游人的安全。

积沙危害:研究结果表明,偏西风是造成洞前积沙的主要因素。积沙不仅埋没洞窟,同时对窟顶造成巨大压力。 80年代以前,每年要从窟区清除积沙约3000—4000m3,不仅耗资巨大,而且因清沙所使用的翻斗车对洞窟产生强烈振动,时常造成振动性破坏。

粉尘危害:风沙流中所携带的粉尘物质受崖体临空面反转气流的作用,进入窟区形成降尘。观测结果表明,年降尘量可达365.4t/km2,用扫描电镜统计5000个粉尘表面形态,发现棱角状、次棱角状佔83%,这种棱角状高硬度的石英颗粒随气流的运动既对壁画、塑像进行磨蚀,又侵入壁画和彩塑颜料的空隙间,不仅严重影响了艺术效果,而且使壁画产生龟裂,随著粉尘的不断沉积,当量达到一定程度时,逐渐产生一种把壁画颜料层或白粉层向外挤压的能量,导致壁画颜料层、白粉层,甚至整个地仗大面积脱落。同时,大量粉尘沉降在壁画表面,给壁画修复除尘工作带来许多困难。

莫高窟人为石窟保存与风沙长期作斗争,并採取了相应的措施。从50年代开始,先后进行过数10次的防沙、治沙试验,更为有效的是进入80年代后期,敦煌研究院与中科院寒区旱区环境与工程研究所(原中科院兰州沙漠研究所)合作,在美国盖蒂保护所的直接参与下,进行莫高窟地区风沙危害综合防治试验研究工作,使防沙工作成效显著。

工程治沙:主要目的是控制偏西风所搬运的大量沙物质,在崖顶、崖面和木栈道造成的严重积沙。据此,在对莫高窟地区风沙运动规律和强度深入研究的基础上,採用防沙新材料——具有防火性能的尼龙网栅栏,设计并实施了三角形尼伦网栅栏防护体系。尼伦网栅栏累计总长3258m,高1.8m,孔隙率20%,阻力系数1.5。通过设在五个洞窟(窟号为:152窟、256窟、404窟、208窟和454窟)的同期洞前夜间积沙比较分析,设置栅栏后积沙减少了60%,直接保护了洞窟免受风沙流的打磨和严重积沙危害。

生物固沙:其主要目的是增大地表粗糙度,降低风速,阻固流沙向窟顶戈壁及窟区搬运,是莫高窟风沙危害综合防护体系中的重要措施之一,是长久之际。在组织有关专家论证的基础上,1992年、1993年,在莫高窟崖顶离洞窟1000m处的鸣沙山脚下,引进当今世界先进的滴灌技术,选择红柳、梭梭、花棒、沙拐枣、柠条等五种乡土沙生灌木,种植了一条长800m,宽12m的沙生灌木林带,直接阻固了来自鸣沙山的大量沙源向窟顶戈壁及窟区搬运。 1999年,在我国政府的支持下,将沙生植物林带扩大成2000m×12m的两条。

草方格沙障固沙:在阻沙栅栏内部200米宽的沙丘地段,设置草方格沙障,固定流沙。

化学固沙:旨在防止偏东风对崖面的强烈风蚀和剥蚀作用。由于莫高窟的崖体属第四纪酒泉系砾岩,接触式钙泥质胶结,孔隙大,力学强度低,极易风蚀、雨蚀,加之崖面是一个坡度为35о,宽约30m的覆沙、碎石斜坡,经常有覆沙、砾石掉入窟区,危及游人安全,严重风蚀导致窟顶变薄,造成岩体开裂坍塌,毁坏壁画。因此,通过1990年秋在现场选用AC、AS、SS和PS进行固沙试验,结果筛选出PS为耐侯性强、成本低、固沙效果显著,“是本地区化学固沙首选材料”(项目专家评估组提出)。这一实验成果已应用于榆林窟、莫高窟等处的岩体加固和固沙工程中。

防尘滤网试验:适当通风有利于洞窟壁画和彩塑的保护,因此莫高窟的洞窟都安装了带有百页窗的铝合金门。但大量灰尘通过百页窗进入洞窟,磨蚀、污染壁画。鑑此,于1992年选择莫高窟第323窟、335窟等六个洞窟,在洞窟门的百页窗上安装了防尘滤网进行试验。结果表明,防尘滤网可使进入洞窟的灰尘减少55%,且不会影响窟内通风,起到了防尘的良好作用。

敦煌研究院为防止风沙对石窟的危害已做了大量的试验研究工作,取得了一定的效果。但由于试验阶段已建成的防沙工程规模小,结构简单,功能单一,难以发挥整体有效的防沙功能。现在,真正来自鸣沙山的巨大沙源并未完全控制。为此,一个由敦煌研究院和中科院寒区旱区工程与环境研究所合作,从本区风沙运动规律出发,根据鸣沙山,砂砾质戈壁及莫高窟崖顶不同防护地带的具体要求,採用不同的防护措施,以切断或消弱鸣沙山沙源和固定流沙为目的,以固为主,固、阻、输、导相结合,由工程、生物、化学措施组成的多层次、多功能的综合防护体系将于近日启动,届时莫高窟的风沙灾害问题将得到根本解决。


石窟壁画保护

壁画图像是莫高窟最为珍贵的文物信息,有别于文字资料的记载,记录在壁画之上的图像资料提供了极为直观和形象的历史素材,从中我们可以看到不同时代人物的著装,劳动生活用具等方方面面,著名的人物形象-反弹琵琶就直接来自敦煌壁画。

敦煌莫高窟在经历了千百年漫长岁月后,石窟和壁画彩塑在各种因素的影响下,文物的损毁是难以避免。随著时间的推移,壁画的各种病害在直接威胁著壁画的生存,壁画所记载的文物信息在不断地减少。从30年代伯希和所拍摄的照片中可看到的壁画图像,在今天有相当一些已经看不到或模糊了,这是无法避免的自然规律,儘管多方面採取了有效的保护和维修措施,但终究难以避免。尤其是15世纪以后,明朝政府封闭了嘉峪关,敦煌遂成为荒芜之地,莫高窟也随之被弃而人迹罕至,少有人维护,加之偷盗、烟熏等人为的破坏,加重了石窟的残损。

莫高窟第26窟-北壁千佛-盛唐-酥硷莫高窟第55窟-甬道南壁供养菩萨-五代-地仗层脱落莫高窟第85窟-北披起甲壁画修复前记录莫高窟第245窟-南壁说法图-裂隙与起甲-回鹘

自1944年开始设立敦煌艺术研究所,特别是建国以后,在政府和各方面的大力支持下,进行了几次大的抢修工作,使莫高窟的危机状况有所改观,危岩的加固解除了崖壁和洞窟崩塌的危险,保证了石窟群的安全;对大面积脱落壁画的近600多平方米壁画进行了抢救性加固;另外还不断进行科学试验和材料筛选,对严重起甲和酥硷的壁画进行了加固试验,对部分有烟熏的壁画进行了壁画清洗的试验,取得了良好的效果。各方面的保护工作对积极保护敦煌莫高窟壁画这一珍贵文化遗产作出了应有的贡献。


石窟壁画图像信息保存

自80年代开始,敦煌研究院就採取措施,研究使用摄影的方法,之后又採用录像技术积极组织人力,将这些珍贵的壁画图像拍摄和录製下来,这种措施是对採用技术手段保护壁画的有力补充。然而无法避免得同一类型的事实是这些所拍摄的胶片和录製的录像带在保存中同样无法避免信息的损失,且不说拍摄当中是否能够纪录壁画图像的真实色彩和洞窟、彩塑的几何变化,单胶片和录像带的存档和使用就有很大的问题,随著时间的推移,胶片退色变黄、录像带退色等无法避免,而且这些材料在复制当中信息要减损,所以如何找到一种有效的技术手段纪录和保存壁画的图像信息成为壁画信息保护的一项重要课题。

八十年代起,随著计算机技术的快速发展,计算机在文物领域得到使用推广,除了利用计算机进行行政和业务的管理外,各文物管理部门和单位都加强了计算机进行文物信息保护的研究和探索。在发达国家,很多博物馆广泛使用计算机对文物资料进行管理,下大力气将文稿和图片资料数字化输入到计算机内,最近大英图书馆的国际敦煌项目就将两万馀幅珍贵的敦煌藏经洞手稿和画卷输入计算机中,并建立了相应的数据库,在互联网上供人们检索和查询;日本奈良国立文化财在对飞鸟时期遗址石雕进行全方位整体立体摄影的基础上,产生出数字复原像。在国内,早在1987年,煤炭部航测遥感公司曾对陕西省的两处重点文物单位: 西安东岳庙、耀县药王山的近500平方米古代壁画进行摄影成像,并应用计算机图像处理技术对部分壁画进行边缘增强试验;陕西秦兵马俑博物馆对出土文物编制包括实物图形在内的文物资料计算机档案,其中包括对修复保护工作的记录;上海博物馆和湖南省博物馆对馆藏文物製作图像和文字计算机档案;新近一些著名的文物景点如山东曲阜孔庙和北京故宫等相继投巨资建成高性能计算机系统,并开发出若干虚拟实景漫游模型。等等此类项目对保护文物信息,开发利用文物信息资源起到了良好的作用。

计算机数字信息具有无损複製、良好的传播性、便于保存管理和便于使用、检索、查询等优点,因而成为了一种非常好的文物信息保存手段。 1993年至1996年,在甘肃省科委的支持下,以敦煌研究院为主要承担单位,实施了"敦煌壁画计算机存贮与管理系统研究"科研课题。课题以敦煌莫高窟第45窟为研究对象,採用近景摄影测量技术,获取高质量、高精度壁画图像摄影反转片,採用数字扫描方法得到壁画的数字图像,经过几何纠正和色彩还原等图像处理,得到较高质量的数字图像,并辅以各类文字说明和相关文物档案等属性资料,初建了敦煌壁画高保真图像信息系统。该项目的实施,使敦煌研究院获得了初步经验,探索了利用计算机进行複杂文物信息获取和保存的技术路线,取得了预期的效果。 1996年9月底,该课题由甘肃省科委组织进行了课题阶段性鑑定。

近年来计算机技术突飞猛进,使得高容量,快速复杂的图像数据的处理成为可能,而价格的下降以及国产高性能计算机工作站平台的出现,为计算机在文物领域的普及推广奠定了基础。因此有必要在前期工作的基础上,开发和建立起一套适合我国国情的文物计算机信息保存实用化技术平台,进一步研究和解决前期工作中出现的问题,并以此为基础,进而将这项高技术向全国文物单位推广,这必将极大地促进我国文物信息保护的发展。 1996年在国家科技部、国家文物局、甘肃省科委和敦煌研究院等各级组织的关注和鼎立支持下,设立"濒危珍贵文物的计算机存贮与再现系统研究"课题,该项目被立为国家科技部社发司的九五科技攻关课题。同期实施了国家863资助的"曙光天演Power PC工作站在文物保护中的应用" 课题。课题的开展进一步深化了敦煌壁画保护中应用计算机的认识,利用有限的资金建立了一套基础计算机存贮处理的软硬件平台,作了更为深入的和实用化的应用研究工作。

1997年立项1998年开始实施国家自然科学基金委"敦煌壁画多媒体复原"项目,该项目由浙江大学和敦煌研究院合作进行,其中的一项主要内容是敦煌莫高窟洞窟壁画虚拟漫游和国际互联网洞窟漫游技术的实现。应用此项技术实现了洞窟壁画的逼真重现,并且可以作为一项导航工具,用于引导浏览、查询详细的敦煌壁画资料,是一项有广泛应用前景的先进技术。 1998年底敦煌研究院与美国西北大学共同开展"数字化敦煌壁画合作研究"项目,这是敦煌研究院所建立的有关敦煌壁画计算机数字化研究领域中的国际合作项目,对于引进先进技术,开展国际交流,培养技术人员都有巨大的意义。