古建筑馆舍博物馆文物预防性保护技术的研究与应用——以天水市博物馆为例 - 学术研究

古建筑馆舍博物馆文物预防性保护技术的研究与应用——以天水市博物馆为例

　时间：2021-09-16 15:10:49　来源：学术研究部点击：

李宁民王小应

概况

　　甘肃省天水市博物馆的建筑年代距今30年至10年不等，与全国重点文物保护单位伏羲庙合二为一。在伏羲庙区及建设控制地带建有文物库房、保护修复中心、展厅等，全部为仿古园林式单层院落建筑。现有藏品3万余件，主要藏品类别有石器、陶瓷器、金属器、古籍书画、杂项、民俗文物、现代书画等。其建筑结构与形式的优点——与伏羲庙的古建形制从视觉效果上为古今一体化；但其仿古建筑也存在空间高、密封差，文物保存环境比较难控制，且库房与展厅距离较远等缺点(图1、2）。

图1 全国重点文物保护单位伏羲庙

图2 展厅外环境

　　2010年底，按照国家文物局关于文物保护环境的新规范和技术要求，天水市博物馆结合实际，研究制定了本单位馆藏文物预防性保护规划，即用8年左右时间，分两个阶段实施。一是进行以温湿度为主的环境检测，积累数据，找寻文物保存环境存在的主要问题；二是根据存在的主要问题，研究制定文物保护环境监控的技术措施，达到国家关于馆藏文物预防性保护项目的要求。

　　一、开展文物保存温湿度监测，为实施监控奠定基础

　　2011年，天水市博物馆率先在甘肃省内实施了《天水市博物馆展厅、库房温湿度自动监测系统工程》，建立了覆盖文物库房和展厅的温湿度自动监测系统。该系统采用德国德图公司产品，由无线、有线、英特网联接结合，并由基站、英特网探头、无线探头、路由器、转换器组成。即无线探头上传信号到路由器，路由器再上传到基站，英特网探头也连接到基站。基站将汇总信息接入主控电脑，从而实现无线有线英特网相结合组成监控网。最终在主控电脑上自动生成每个探头的日报表、周报表、月报表，并自动计算统计出一小时、一天、一周内的温湿度平均值、最大值、最小值，方便对数据的提取研究。同时该系统还具有异地远程监控，手机短信向相关责任人报警等功能。
　　通过4年时间的监测，2014年底我们认真分析研究了监测的数据，并结合文物保存的空间环境认为：本单位文物保存环境比较恶劣，温度、湿度和空气质量均不达标。其原因如下：

　　1.1库房文物保存环境状态及病害分析。天水市博物馆原文物库房仅有200平方米，文物柜架数量较少，且内部空间严重不足。文物没有按照一物一匣要求保存。柜架内的文物摆放密度已经达到安全摆放要求的极限，一些文物只能摆放在地面上，保管设施和手段远达不到国家对文物保存环境控制的最低要求。
　　文物库房内的温度和湿度无法调控，达不到馆藏文物保存温湿度相关规定的数值，许多藏品因此而面临着锈蚀氧化、霉变起斑、褪色变色、起翘起甲、发潮变形、虫蛀糟朽等化学性、物理性和微生物性损坏。如：馆藏东汉青铜釜（图3），出土后长期放置于无任何温湿度调节的保存环境中，温湿度的大幅度波动和空气的不洁净，以及与其他铜质器物之间的接触，导致锈蚀产物不能稳定存在，粉状锈等病害相互传染，有害锈面积不断扩大；馆藏纸质文物病害类型主要有折痕、残缺、污渍、水渍、脱壳、虫蛀、糟朽、霉变（图4）等。因采用普通日光灯管照明且大部分文物没有采取遮光措施，同时缺乏基本的温湿度控制调节设备，在温湿度波动及光照影响下，纸张纤维素极易氧化脆化，导致纤维强度下降，形成断裂损伤。

图3 青铜釜有害锈

图4 书画类文物堆放造成病害感染

　　1.2展厅文物保存环境及其对文物的影响。天水市博物馆有陈列展厅8个，其中常设陈列厅7个，临展厅1个。各展厅均使用沿墙展柜、低平展柜、三面展柜、独立展柜。

图5 展厅照明情况

　　展厅在开放期间大门敞开，并且多个展厅中间相通，无形中增大了展厅的面积，使展厅内外空气交流更加充分（图5）。展柜密闭性较差，未做防潮、避尘、隔热处理，极易受到温湿度变化、灰尘、有害气体、霉菌等不利因素的侵蚀及影响。展厅陈列采用人工照明（图5），光源采用普通日光灯管、白炽灯等，无任何防护紫外线措施。

　　1.3文物保存环境监测结果分析。通过对2011年至2014年4年内库房及所有展厅的温湿度数据变化情况分析，每年2月份展厅展柜内相对湿度最低，展柜内极端相对湿度的上限接近80%，下限突破20%，温度则在摄氏10至26度之间，巨大的温湿度变化极不利于各类文物的长期安全保存，特别是纸质文物对保存环境中相对湿度最为敏感。图6、图7选取2012年2月一周书画和临时展厅展柜内温湿度的监测数据举例说明。

　　从监测数据看，临时展厅温差为7.4℃，书画展厅温差为6℃。对比博物馆馆藏文物保存环境日较差不得高于2-5℃的标准，临时展厅和书画展厅的展柜内微环境温度均未达标；临时展厅相对湿度的变化范围为22.5%-29.4%，书画展厅为25.0%-26.4%，而博物馆馆藏文物保存环境相对湿度波动值不得大于5%，临时展厅相对湿度变化较大。博物馆馆藏文物书画类保存环境相对湿度标准为50%-60%，检测结果显示，一周内书画展厅展柜内的微环境相对湿度变化范围在25.0%-27.90%，远远低于国家标准。

　　二、科学的实施保护项目
　　基于前期监测和科学分析的基础上，在国家和甘肃省文物局的关心支持下、敦煌研究院的指导下，2014年天水市博物馆制定了《天水市博物馆可移动文物预防性保护方案》，该项目主要由4个子项目组成，其目标是弥补甘肃省东南部地区在馆藏文物预防性保护和文物科技保护方面的不足，使天水市博物馆在文物预防性保护方面形成较为完善的、具有地域特点的文物保护体系和管理体系。该项目2014 年经国家文物局批准，总投资1400余万元，2014年下半年开始实施，2017年12月竣工并经甘肃省文物局组织专家进行验收通过。
　　在实施该项目过程中，我们对预防性保护的理念进行了大胆的创新，即以延长文物保存生命为出发点，从“稳定、洁净”的保存环境和保存利用安全环境为目标，坚持在文物保管、内部运转、展示利用等环节中全面改善的原则，既根据天水市博物馆现有文物库房面积、建筑格局以及馆藏文物类别及数量等情况，从保存的环境上、暨从管理使用的安全性上进行改善，同时也改造提升文物保护修复房屋和设备设施。

　　2.1改造文物库房，建立安全稳定的保护环境。大幅度扩大文物库房面积，由原来200平方米扩大到近1000平方米；文物保护修复中心由原来200平方米扩大到近700平方米，将库房区、修复中心和馆内其他区域隔离开来，院落安装铁栅栏。对建于早期的房屋屋面和墙体全部进行保温、防漏、防潮处理，建立比较稳定和节省能源的文物保存环境的空间。院内除办公室外的踏步全部改造为钢构防腐木缓坡道，使文物运输在馆内形成无障碍通道，解决文物在搬运过程中的安全隐患。库房、修复室大门全部改为外开，加设推拉防盗钢门，加装电子门锁，其他门窗封闭作防盗处理，室内地面铺设具有弹性、阻燃、防滑、易清洁的特种橡胶地板。在各藏品库房内安装无紫外线灯具。
　　本着安全、就近的原则，对温湿度与光照条件要求相近的文物，放置于同一库房。改造后形成了陶、瓷器、金属器、书画类、民俗类4个库房，同时在每个库房内分隔出文物提看室，便于进行文物提看和管理，改变了原来1个库房混合保管的问题。

　　2.2量体裁衣。定制文物智能密集柜和无酸囊匣,为陶瓷器和青铜器文物库房购置智能密集柜（图8），为书画文物库房购置樟木柜（图9），为民俗文物库房购置固定文物柜和承重文物架，同时为各库房还购置了樟木工作桌椅、电子密码保险柜，配套文物搬运车等其他相关设施。
　　为所有馆藏珍贵文物及部分脆弱和易受环境影响的一般文物订做了无酸囊匣（图10、11）和布套。

图8 陶瓷库房智能密集柜图

图9 书画库房樟木柜

图10、图11 无酸囊匣

　　为文物保护修复中心实验室、修复室采购了X射线成像系统、金相显微镜等设施设备 12台件，进一步提升了文物保护修复科技能力（图12）。建立了甘肃省明清字画纸质纤维结构区域性数据库，为科学开展纸质文物文物保护修复、鉴定奠定良好基础。

图12 文物保护修复中心实验室

　　2.3建立环境监测系统及数据库。此次预防性保护项目使用深圳华图公司ToMonitor无线环境监控系统。该系统采用最新的环境传感器与无线传输技术，提供网络化、智能化的无线环境实时监控技术支持。在监测区域共布设温湿度传感器探头（图13）76个，光照探头12个，CO2探头3个，VOC探头4个，PM2.5和甲醛、探头各2个。包括对温度、相对湿度、二氧化碳（CO2）浓度、二氧化硫（SO2）浓度、总挥发性有机化合物（VOC）含量、甲醛（CH2O）、展柜内光照度及紫外线辐射强度等各类环境参数进行监测，对甲醛、甲酸、乙酸、臭氧、二氧化硫等尚没有满足检测精度的无线传感监测仪设备指标，则通过配备便携式环境检测仪和建立“被动采样—仪器分析”等监测手段进行检测。各类探头均有实时显示功能，自带电池在正常工作情况下可使用一年以上。拥有控制所有探头，并自动记录温湿度信息的主机一套，备用机一套。控制部分预留可扩展联动接口，可以通过RS485/RS232/RJ45等接口或者网络进行通讯。通过局域网传输指令，与设备联动，如恒湿空调等设备设有通讯接口，则可使用该功能直接控制空调运转，达到调控的目的；以ToMonitor分布式软件系统实时保存所采集的数据信息，建立了大容量的“天水市博物馆环境历史数据库”。建立的天水市博物馆馆藏文物环境监测系统实现了对文物库房、展厅文物保存小环境，部分重点展柜、文物储藏柜等保存微环境质量及时进行感知和反馈。整个系统带有故障自查找报告功能（图14）。

图13 温湿度传感器图

图14 监测控制中心

　　2.4采用主动和被动结合的调控系统，控制文物保存环境。主动调控采用“净化-调温湿”集成调控装置。在文物库房、展厅展柜配备恒温恒湿机组，将展厅独立展柜更换为恒湿展柜（图15），同时在库房、展厅配备了空气净化机和超薄空气洁净屏，对环境空气进行多级过滤净化处理，去除掉空气中容易引起文物腐蚀劣化的臭氧、甲酸、乙酸、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物等污染物、有害气体。

图15 展厅独立展柜更换为恒湿展柜

图16 在监控平台对环境调控

　　调控系统采用HTF系列高精度恒温恒湿空调机组系统，由恒温恒湿机组（含室内、外机）、供排水系统、物联网控制系统等构成。通过无线通讯方式，管理员可利用监控平台对环境调控装置实现远程控制（图16），进行参数设定、修改、故障复位、开关机等，同时进行实时查阅和管理。
　　被动调控系统，则是应用高效、安全的调湿剂、吸附剂等调控材料控制文物保存微环境。同时在所有展厅出入口安装自动感应玻璃门，减少室内外空气流动。

　　2.5建立“天水市博物馆文物保存环境室外监测站”。天水市博物馆在实施预防性保护项目中同步建立了“天水市博物馆文物保存环境监测站” ，采用超声波对室外环境中风向、风速、雨量、温度、湿度、辐射、大气压等16气象要素进行全天候测量（图17）。

图17 文物保存环境室外监测站

图 18珍贵文物恒温恒湿保存柜

　　三、项目实施的效能评估
　　天水市博物馆通过实施文物保存环境监测和预防性保护两个项目，并经3年多时间的监测观察，检测掌握了博物馆整体环境质量状况和微环境变化情况，积累了大量珍贵的文物保护环境数据，最终形成了天水市博物馆馆藏文物“环境历史数据库”。数据显示：展厅、文物库房及重点文物展柜内各项环境指标基本稳定、均衡，符合国家文物局有关文物保存环境数值指标。
　　2018年至2019年的天水市博物馆：1、室外大环境温湿度情况：温度最高值是33.6℃，最低是零下9.5℃；相对湿度数据最大值是99%，最小值是4.5%。2、通史陈列展厅恒湿独立展柜内：平均温度：17.3摄氏度，平均湿度：37.1％，珍贵书画展柜与保存柜平均温度：20 ℃，平均湿度： 52％（图18）。3、临展厅紫外光照度平均值：1.4Lux、甲醛含量平均值：0.03PPM，4、通史陈列厅PM2.5平均值：54.1ug/m3、二氧化碳含量平均值：450.5PPM 、陶器展厅有机挥发物平均值：0.20PPM。

　　四、经验与教训
　　天水市博物馆馆藏文物预防性保护项目实施3年多来，取得了较好的成效，在理论和实践中也积累了一些经验，主要有以下几点：
　　4.1天水市博物馆馆预防性保护的基本原则，是研究分析文物保存现状、文物在保管、搬运、展示、修复等环节中存在的影响文物“生命”安全的问题，对于这些问题尽可能予以全面解决，而不是一般意义上的仅仅进行温湿度调控。
　　4.2认真开展调查研究，科学制定保护方案。首先单位派出专业技术人员参加由上海博物馆举办的全国预防性保护培训班，了解国内国际有关预防性保护的理念、最新成果，并参观考察了国内有关博物馆实施中好的成效和存在的问题；其次调研分析天水多年来大气环境变化情况以及博物馆周边环境污染状况；最后查找分析馆藏文物在保管利用过程中存在的潜在的安全因素和环境不适宜的问题，并制定科学的保护方案。
　　4.3加强人才培养。长期以来，文博单位一般都以历史、考古、博物馆学等文科类人才为主体，很少有学通信、控制等类人员。我们在项目实施过程中，就确定了专业的部室和专门学习通信工程的和文物保护修复人才的负责日常管护与运营。
　　古建筑类老旧博物馆馆藏文物预防性保护应用更少，难度更大，虽然天水市博物馆取得了一定的成效，但在实践过程中还存在一些问题：
　　1.天水地区水质较硬，自来水中各种矿物质含量高，加热时极易产生水垢。冬春两季室外空气干燥，外环境相对湿度极值低于20%，需要长时间增湿。恒湿机组在长时间加热产生水蒸气增湿的过程中，产生大量水垢，容易堵塞排水，造成机组故障。同时进水管线也容易老化渗水，使电子元器件短路，造成机组瘫痪。
　　2.天水地区冬春两季在室外环境极端寒冷干燥的情况下（温度低于–10℃，相对湿度小于10%），展柜内文物保存微环境相对湿度难以达标，只有采用人工的办法辅助增加相对湿度。同时根据室外大环境温湿度变化情况，灵活开关机组并调节参数，减少设备工作时间，提高工作效率，降低设备损耗。如在冬春两季温度适宜时，可只开恒湿机；在夏秋季湿度适宜时则可关停恒湿系统，只调节温度。
　　3.加强日常管理和维护是关键。单位应该制定专门的管理制度，并严格执行。加强相关专业知识的培训，提升管理维护人员技能和监控数据的整理和研究能力。发现设备运行问题和数据变化要及时进行分析研究，并进行维修，无法修复的，要及时联系维保企业进行修复。因此，必须要与设备供应商签订专门的维保服务合同。
　　希望这些经验和问题对其它博物馆，特别是古建筑类老旧博物馆在实施预防性保护项目中有所启示。

　　原文发表于《中国文物报》2021年8月27日004版。