X射线摄影技术在漆下彩画识别中的应用

高 伟，徐砾莹，张 帅，杨 钊，任禹丞，张怀予，孙国军

(1． 赤峰学院历史文化学院，内蒙古赤峰 024000； 2． 赤峰学院学报编辑部，内蒙古赤峰 024000)

0 引 言

X射线摄影技术在文物领域中的应用始于20世纪二三十年代[1]。最开始，它仅用于纸质文物的真伪鉴别。我国于20世纪70年代将X射线摄影技术引入文物研究领域，主要用于金属器的结构探测(探伤)和工艺技术分析[2-3]，鲜见于其他类型文物的研究，而以X射线摄影技术辅助修复木质古建构件上的彩画，更是新的尝试。

X射线摄影的成像原理，为这种尝试提供了可能。X射线具有穿透性，且穿过物体后会产生衰减，衰减程度取决于物质的衰变系数μ和物体的厚度h。依照传统建筑一般做法，天花彩画使用的是矿物颜料，成品常带有起伏的沥粉轮廓线。各色颜料具有不同的衰变系数，而各部位的彩画也极有可能生成不等厚度。所以在X射线摄影中，越是颜料的边界、交界处，成像效果上的对比差就愈加明显，这使得图案轮廓能够清晰呈现。

本研究所用标本取自喀喇沁亲王府，为议事厅原始天花板。喀喇沁亲王府属全国重点文物保护单位，是内蒙古地区现有的年代最悠久、封建等级最高、建筑规模最大、保存最好的清代王府建筑[4]。其中，议事厅的建筑等级最高。所选天花板的主要损害来自于白漆涂抹。基于《中国文物古迹保护准则》第31条：“……必须在科学分析、评估其时代、题材、风格、材料、工艺、珍惜性和破坏机理的基础上，根据价值和保存状况采取现状整修或重点修复的保护措施。……”[5]的阐释，结合当今技术手段，处理白漆并获取下层彩画的可行方案有三，在此简述。方案一：文物技术清理法，较为传统，但应用成熟，使用稀料、香蕉水等良好的有机溶剂对油漆进行清理，过程需重点控制溶剂对彩画层的影响。随着油漆的清除，长时间的平衡体系被打破，对揭露天花实施稳定保护亦是难题。方案二：成分检测法，借助科学仪器对污染物进行成分分析，依据化学特性找到针对性的溶剂。此方法贵在精确，能够保证天花图案完好，但检测过程为有损，好在用量甚微，依旧具有可行性，西北大学文化遗产学院实验室和中国文化遗产研究院等单位具备相应设备和技术能力。方案三：X射线摄影法，优势在于无损，X射线会对具有生物活性的细胞和组织造成损伤，对无生命的纯物体则没有影响。但若彩画使用了含有荧光物质的颜料，便会在长时间照射下发生脱落，不过彩画被油漆封闭已久，二者结合体系十分平衡。而实验进行的又为低次数、短时间、低强度的照射，所以此方案确定为无接触、无干预的无损尝试。

1 实施过程

1．1 受损天花概况及实验前处理

受损彩画的载体为正方形榆木天花板，边长有细微误差，各边维持在107～108 cm之间，木板薄厚不甚精确，但总体差距不大，平均厚度接近2 cm。天花板正面为彩画图案，背面为原始木材锯解面，木质基层有零星受潮、发霉病害，为亲王府原始建筑构件无疑。天花板由宽度不一的长方形木板拼接而成，背面垂直于接缝方向开两条榫槽，穿入两根木条为榫，整体结构十分牢固。属于明清高等级建筑中常见的“井口天花”(也称“硬天花”)。

该天花图案于20世纪70年代中后期遭到涂抹。涂抹材料分为白灰浆(主要成分为氢氧化钙，亦称熟石灰、消石灰、石灰乳或石灰浆)和白漆两种。病害类型一致为：污染物附着性病害[6]。在2002年实施的喀喇沁亲王府修缮工程中，石灰浆覆盖的天花板经简单物理处理，即显现出原始图案，但由于长时间的氧化腐蚀，彩画已失去颜色；而油漆覆盖的天花板未能实现修缮，仅以原状、原位保存。在所有的石灰浆涂抹天花完成清理后，共得到3种图案，分别为佛八宝图、四季莲花图和八仙贺寿图。后将这三种图案人为填色，以高密度写真的形式复制于喷绘布(广告布)上，粘贴覆盖在所有原始天花板上。由于未考虑到此后再次修复的可能性，粘贴面层时选用了普通工业胶水(俗称“大力胶”)。所以，对于每一块白漆涂抹的天花板，彩画图案之上依次覆有白漆层、胶层和广告布面层。

鉴于X射线成像的穿透和叠加特性，为确保最终成像清晰，需揭去广告布面层。胶层位置如图1所示。刷涂痕迹明显，胶层薄厚不匀，粘合坚固，揭取过程中拉丝明显，胶丝密集有力。经局部小面积试验，以棉签沾95%酒精消毒液轻擦，可有效融断胶丝，去除粘性，使广告布面层与油漆层有效分离。面层之下，漆层薄且坚固，未见明显空鼓及开裂。本次实验只选取了一个标本，但这块天花板极具代表性，不仅带有全部常规受损信息，并且是2002年修复中唯一做过清理尝试的油漆标本，病害特征明显。如图2所示：天花图案的中心及右下部分有明显的被砂纸和尖锐物刮擦的痕迹；而画面左上部分(尤其是边界处)的漆面保存完好，可见在涂抹后未经其他扰动。

图2 天花表面正视图

1．2 仪器及参数

经历多年的发展，X射线摄影机已由原始的模拟式演化为CR(computed radiography)、DR(digital radiography)式。如今，DR(数字化)式X射线摄影机已成为医用设备的主流。本次实验与赤峰市市区一所公立医院合作完成，所用仪器为加拿大IDC公司生产的DR(数字化)式X射线摄影机，设备型号：X2200。

在专业工作人员的协助下，最终确定实验强度为：60 kV/3．2 mAs。此强度一般用于手、脚等组织较薄的器官的透视成像，属医用设备的常规范围。

1．3 成像效果与对应分析

本节所展示图片，仅进行了整体亮度和黑白对比度的调节，未做任何细节修饰。

为了完整呈现漆层下图案，同时又尽量减少X射线照射次数，实验将分部位对天花板进行照射成像。根据所用X射线摄影机的成像篇幅，将天花板划分为五个区域，如此既能保证对图案中心、重点范围的覆盖，同时也兼顾了边缘部位，详情见图3。按图3所示的天花板摆放方位，五张X光片分别为：中央位置成像(图4，黄色边界)、左上位置成像(图5，绿色边界)、右上位置成像(图6，粉色边界)、左下位置成像(图7，红色边界)和右下位置成像(图8，蓝色边界)。

图3 成像位置示意图

图4 中央位置成像(黄色边界)

图5 左上位置成像(绿色边界)

图6 右上位置成像(粉色边界)

图7 左下位置成像(红色边界)

图8 右下位置成像(蓝色边界)

经成像，确定该天花板原始图案为“佛八宝图”：法轮居中，其余七种法器在周围环绕，从正右方的宝瓶开始，顺时针依次为宝伞、双鱼(金鱼)、宝幢(白盖)、盘长(吉祥结)、法螺和莲花。其中：法轮、宝瓶、宝伞、宝幢、盘长和法螺的成像较为清晰、完整，大部分细节可辨；而莲花图案和双鱼图案则较为模糊。

宝瓶作为天花板上唯一能够肉眼观察到、分辨出的器物图案，在X射线下的成像更加清晰。本实验将其作为位置和方向上的参照。结合图9d的细部位置示意，观察图9a，可知：天花板上的宝瓶区域明显经历过除漆打磨，但打磨程度不深，仍残存条状白漆，故彩画层未受到破坏；而宝瓶图案的边缘位置亦有胶层分布。对比宝瓶的成像结果，可见在彩画层得以保存的前提下，斑驳漆层和不匀胶层对成像的影响甚微。

而在X射线下同样成像清晰的宝伞图案，肉眼却不见任何痕迹，完全被覆盖在油漆层之下。如图9b所示，成像中的宝伞图案轮廓线非常清晰、完整，证明封存在漆层下的天花图案保存完好，未受到扰动的彩画层成像效果极为清晰。

反观成像效果最差的莲花图案，它恰好处在一小片打磨区域的中心，且打磨程度较深，原始彩画层已经破损甚至不复存在，而上面似乎还淋撒过不明污染物。如图9c所示，莲花图案的成像效果很差，几乎找不到轮廓线，只能凭分布规律确定它的大体位置，进而体会到那若隐若现的痕迹。将此观点推及同样成像不佳的双鱼图案上，也依旧成立。彩画层缺失的部位裸露着木纹，已经无法成像。

图5～图8中，对于原始图案上“包袱线”(烟云)部位的呈现都非常细腻。多层退晕卷筒轮廓的效果突出，立体感扑面。内外轮廓分层退晕的处理上，没有采用常见的“退三道”和“退五道”的搭配，而是采用了“退五道”和“退七道”的组合[7-8]，工艺精湛，等级较高。

图5～图8中，出现的横向浅色光带是两根厚木条的成像，它们位于天花板背面，以榫卯结构穿入，用于加固。在X射线成像中，通常密度越大、厚度越大的物体成像颜色越浅，而密度接近空气的物质成像颜色则很深，这一经验不但合理解释了厚木条的成像，也有益于对原始图案层次和颜色的大致感知。光带处属于天花边缘，为重复循环图案，无需重点成像。若调整机器的摄像参数，可使光带处清晰成像，但其他部分的成像效果会过深。图8右下角出现的钥匙成像，仅为实验中标注方向所用，无其他意义。

2 成果与讨论

首先，该成果最直观的意义是检验2002年修复时所复制的图案是否准确。经比对，主要发现以下三处差别：第一，佛八宝排列顺序有一处颠倒，即宝伞与双鱼的位置；第二，部分法器的形状和轮廓略有出入，如法轮上下原本带有的两团火焰造型(详见图10)就没有体现在复制图案中，再如宝瓶、宝伞的几处细节；第三，氛围感上的差距甚大，原始画面富有立体感、背景繁复华丽，层次深浅叠加，图10显示天花图案的中央区域内飘带缠绕、旌幔翻卷、香火弥漫，“包袱线”区域的退晕分层清晰明朗，而复制品的表达则过于单薄。所以总体上，2002年复制的图案主题信息无误，器物外形基本准确，但受制于色彩缺失等诸多因素，画面整体比较简略，缺乏质感和神韵。

图10 X光片拼接描线图

其次，该成果最现实的意义在于指导修复。X光片上提供的准确信息将成为文物修复师的重要参考，在处理精细部位前有充分预判，增加工作的容错率，有效减小损伤。受原理所限，X射线成像的效果只能是黑白图像，而无彩色信息，但若将前文所述的三种方案互相结合，则天花图案的完美复原并非不可能。

再次，实验方法可直接检测出受损天花中有无新图案。喀喇沁亲王府议事厅面阔七间，每间天花18块(3×6)，共126块(18×7)。其中，石灰浆涂抹天花板仅为18块，所占比例不足15%，但已然呈现出三种图案。所以，在其余的108块油漆涂抹天花板中有可能隐藏着另外的图案。只需采用本实验中的方法，即可准确、便捷地得到答案，且过程完全无损。此外，鉴于特殊原因，议事厅原始天花板遭遇过多次扰动。在修缮工程中，工作人员也无法对天花板的分布进行定位和编号，所以天花板现有的位置信息并不准确。但若能洞悉全部图案种类和对应数量，再结合房间体量和梁柱结构，则很有可能推测出天花图案的排布规律。这是利用现代科技手段破解历史遗留信息的典型案例，具有实践意义。

最后，本实验为经历相似受损的一类文物提供了图案复原的希望，也为中国古代天花彩画的系统研究提供宝贵资料，此为最深远意义。单以本研究为例，议事厅天花的风格集满、蒙、汉、藏于一身[9]，在定性上属于清代北方官式[10]，但在内容上又带有浓烈的宗教元素和强烈的个性色彩。四季莲与佛八宝两幅图案不同于常见的藏传佛教六字正言天花；而八仙祝寿则是道教元素的体现，“暗八仙”的表达手法含蓄隐喻，带有江南之风。三幅图案的中央部分都采用了苏式彩画的“包袱”格局，艺术风格与北方官式彩画有很大区别[11]。《中国清代官式建筑彩画技术》和《中国清代官式建筑彩画图集》两部重要著作对龙凤、团鹤、花草等常见主题的清代官式建筑彩画记录详尽，而具有宗教元素的图案只收录了“六字正言天花”一类，未见与议事厅天花相似者。除了并存佛道、融汇南北之外，议事厅天花究竟还蕴藏着多少心思和突破，这是很有研究价值的课题。

3 结 论

本次研究验证了利用X射线摄影技术辅助漆下彩画修复的可行性。同时，该手段也是对文物的恰当保护。它丝毫不影响文物的原真性，又秉承了最小干预原则，将肉眼不可见的图案提取出来，从而最大限度地还原历史原貌。此举可丰富文物信息，揭示文化内涵，使文物(古建筑)的价值评估结果更科学、更准确。笔者团队还在其他遭受油漆涂抹的木质器物上进行了重复实验，因为实验原理不变且科学，故结果稳定且理想。

X射线摄影技术在漆下彩画修复中的应用前景十分广阔。依据前文分析，本次实验选取的标本是一块极其特殊的天花板，它经历的受损最多、交织的信息最复杂，所以在成像效果上也最没有保障。推断可知，其他天花板的成像效果一定会比本次实验更好。本案例证明了X射线摄影技术可以应用在木质文物领域，且作用显著。

实验所用仪器仅为普通医用级设备，而非专业精密级科研设备。目前，此类设备已经在乡镇级医院完成普及，这为寻求合作提供了坚实的基础，而且古建构件或文物本体都不适宜长途运输，如能就近进行合作，即是对标本的保护。另外，便携式X射线摄像设备更具有实际意义，它可以在现场进行实时分析，尤其适用于那些不便拆卸和移动的文物，例如大门、柜门上的图案，甚至墙壁上的绘画，但在实地操作时要注意防护。

近年来，随着高光谱技术的兴起，X射线摄影技术似乎淡出了研究人员的视线。诚然，高光谱技术在某些领域优势明显，成果直观、新颖，是当前的大趋势。但是，在应对那些有污染物覆盖、特别是多层或不均匀覆盖的文物时，X射线摄影技术仍然具有不可取代的作用。

致 谢：感谢原喀喇沁亲王府博物馆副馆长、古建专家吴汉勤老师提供的宝贵信息。