我国文物保护领域首个多场耦合环境模拟实验室 为莫高窟营造一个安全、生态之家

【强省会·兰州绝技】系列报道

我国文物保护领域首个多场耦合环境模拟实验室

为莫高窟营造一个安全、生态之家

我国文化遗产领域首个多场耦合环境模拟实验室

实验室

　　去敦煌，倍感震撼的莫过于数字展示中心内的球幕影院，垂目的菩萨萦绕在侧，莫高窟内的壁画近在眼前，翩翩起飞的飞天女神触手可及，身临其境已成现实。但很多人所不知道的是，在位于甘肃省敦煌市莫高窟数字展示中心东侧一角，有一片并不显眼的房屋，却以“外貌朴素，有着超强大脑”而闻名。这就是我国文化遗产领域首个多场耦合环境模拟实验室，也是我国文化遗产领域唯一的全气候大型物理仿真模拟平台。

　　让时间加速度

　　实验室中的“一年四季”

　　千古文物有灵性，万年古迹赤子心。

　　漫步在敦煌莫高窟内，不经意地一瞥，那婀娜多姿的壁画就能让你感受到一眼千年的穿越感。735个洞窟、4.5万平方米壁画、2000多尊彩塑，这座坐落于河西走廊西部尽头的文化殿堂得以延续至今，得益于以常书鸿为代表的一代又一代莫高窟人，为了让莫高窟延年益寿，营造一个安全、生态之所，脚步从未停歇，探索从未停止。

　　2008年酝酿，2009年获得科技部立项，2012年正式启动研究设计。土建工程于2015年7月开工建设，试验仓体设备安装于2016年4月进场，2018年8月设备安装工程初步结束。2020年12月多场耦合环境模拟实验室通过验收投入运行。单看实验室名称的确有点不知所措，但说到它的“超强大脑”时还真是为之一震。

　　多场耦合环境模拟实验室具有时间可控、精度可调、环境可重复、可进行多场耦合模拟、足尺样品模拟等优势，三个仓体配合使用，可模拟从零下30℃到60℃的温度，从10%到90%的相对湿度，可以实现不同赋存环境遗址一年四季中风、霜、雨、雪、日照等各种气候条件的变化情况。

　　“多年前的文物保护得看老天爷的脸色，风吹雨打，极端天气对文物造成的伤害是不可逆的。而在多场耦合环境模拟实验室中，时间可以被‘加速’，像干旱环境，模拟一个年周期仅需四五十天时间。这项重大发明，大大加速了模拟侵蚀研究周期，为文物保护争得宝贵的时间。”在甘肃省敦煌文物保护研究中心常务副主任、敦煌研究院保护研究所副所长裴强强看来，整个文物保护团队和自己从事的工作无异于为一名“千岁老人”把脉问诊。在多场耦合环境模拟实验室内所营造的自然环境，实现高相似度试验墙体“加速”劣化模拟，揭示“千岁老人”逐渐衰老的各阶段症状，为如何防治以及开具哪种“药方”提供重要的理论依据和技术支撑。

　　冬季仓中，来自锁阳城遗址的样本上，皑皑白雪正演绎着自己的使命，细微变化都不可忽视；风雨仓中，来自庆阳北石窟寺的样本，“风雨交加”在这里显得格外隆重；夏季仓中，取自秦东陵遗址的样本表面沟壑纵横，“沧桑”有了不可取代的意义……

　　文物保护研究由“摸着石头过河”转为“自己砌砖架桥”，现任敦煌研究院保护研究所副所长王彦武感知到“呼风唤雨”的乐趣和收获，这也为枯燥的实验工作增添了一丝乐趣，“比如拿夏季仓来说，可以实现日照，可以控制环境温度，也可以控制湿度。这样我们就可以同时加载多个边界条件，实现多场耦合的作用。除了同时之外，也可以在不同仓体中先后叠加，雪雨和日照叠加变得可控。因此，根据设置的样品条件和试验数据就能筛选出更好的加固方法，最终最大限度减少遗址产生破坏，研究成果也将投入到全国不同环境下文物遗址的保护应用中，让石窟寺、土遗址等岩土质文物劣化等方面的研究成果开花结果。”

　　让设备更智能

　　第二代多场耦合实验室呼之欲出

　　多年来，尽管敦煌研究院已发展成我国拥有世界文化遗产数量最多、跨区域范围最广的文博管理机构和最大的敦煌学研究实体，在保护、研究、弘扬方面处于全国乃至国际领先地位，在文化遗产领域开了无数先河，争得无数第一，取得多项专利，荣获多项大奖，但莫高窟人依然只争朝夕，与时间赛跑。

　　因为莫高窟人深知，文物保护，他们等不起。

　　正是因为等不起，敦煌文物保护团队所有成员和裴强强们希望多场耦合环境模拟实验室的“超强大脑”的运行快一些，再快一些。快到100年弹指一挥间，这样，文物保护就能把无奈变成希望，把痛心变成惊喜。

　　第一个期望就是让实验数据的观测实现智能化，第一代多场耦合环境模拟实验室升级为二代后，其一就是设备仪器捕捉到的信息更加精确，这将为诊断土遗址风化、壁画酥碱等问题提供准确监测的技术手段；其二是大大缩短模拟板块的加载周期。以前一个年周期需要四五十天的时间，升级后的设备如果一年能实现加载100年的实验成果，那么，北石窟寺的砂岩文物经过长期的风化作用，砂岩表层产生的多种风化病害抢救工作就有了希望。

　　多场耦合环境模拟实验室从无到有，从敦煌研究院老专家李最雄（1941年11月—2019年7月2日）和王旭东（2014年12月至2019年任敦煌研究院院长）做出把风雨“搬进”多场耦合环境模拟实验室的决定的那一刻起，无论是李最雄先生无数的前期野外探索与实践，或是王旭东在全国文物保护的困境中大胆“破局”，风声雨声风雨声在敦煌就有了非同凡响的意义。

　　也正是因为多场耦合环境模拟实验室的重大发明大大缩短了研究时间，为文物保护争得宝贵的时间，敦煌研究院副院长郭青林的心愿──“我们期望通过我们的这种研究，能够把它的前世和今生，以及未来把谜解开”正在逐步实现。

　　莫高窟人的心愿也在指日可待的路上──“希望多场耦合环境模拟实验室二代研发早日成功，实现智能、精确、便捷和加速老化的模拟升压，迎接我国乃至国际专家面临的更艰巨的挑战让它发挥更大的作用”。

　　兰州日报社全媒体记者 高宏梅 （图片由敦煌研究院提供）