文物保护学的理论探讨

孙满利，张景科

(1.西北大学 文化遗产学院，陕西 西安 710127;2.兰州大学 土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000)

文物保护是一门应用性学科,用现代科学技术的一切有利技术,最大可能真实、完整地保存文物所蕴含的价值信息,延长文物的寿命,减缓文物的劣变速度,它涉及社会科学、自然科学等多学科的理论与方法,文物保护经过多年发展,逐步在理念、技术方面取得了喜人的成就。文物保护已经成为一门显性科学,但是,由于文物种类繁多,文物保存环境多样,文物病害也表现不同形式,文物保护的技术与方法也各不相同。长期以来,文物保护的研究多集中在理念和技术方面,文物保护的理论一直借鉴相关学科的理论与方法体系,文物保护学由于缺乏基础理论体系,难以形成文物保护学科。文物保护理论的缺乏,也制约着文物保护技术的发展,文物保护技术的研发仍处于将相关学科成熟技术与文物特殊需求结合,通过植入、借鉴、集成相关学科的成熟技术推动文物保护技术发展与进步。

文物病害的治理是对文物存在的风险评估,通过管理和技术措施控制风险发生的一种人类活动。控制论是关于控制的理论, 自诺伯特·维纳提出控制论以来[1], 控制论的思想和方法已经渗透到了几乎所有的自然科学和社会科学领域, 20世纪60年代,国内就已经开展了控制论在哲学领域的探讨,改革开放后,逐步在自动化领域开始应用,金观涛等系统阐述了控制论理论与方法[2]，学者们也在地震[3]、水利[4]、油田[5]、环境[6]等地学领域展开应用研究,并提出了地质控制论[7-10]。控制论在文物保护领域还没有专门探讨,但是文物保护领域在风险理论应用研究中已经采用了控制论的基本方法和思路。风险管理理论起源于20世纪50年代,逐步应用于地质灾害评估[11]，20世纪70年代意大利将风险管理理论应用于文物保护领域[12]。在国内,风险管理最早应用于企业管理,逐步在金融领域展开较多应用与研究,也开始探讨在地质灾害评估中的应用[13],在文物保护领域，风险控制已经在博物馆管理[14]、火灾[15]、地震[16-17]、洪水[18]、遗址监测[19]、风险预警体系构建[20]、文物保护与修复[21]、壁画风险评估[22]、不可移动文物风险管理[23]等开始研究和应用。当前,文物保护技术发展已进入瓶颈阶段,建立文物保护学科自身的理论体系,将极大推动文物保护技术的进步与发展。

1 文物病害及文物保护

文物是人类在社会活动中遗留下来的具有历史、艺术、科学价值的遗物和遗迹,是物质遗存,文物的病害就是环境与文物相互作用、相互制约引起的影响文物的安全、功能和价值信息继续保存的问题,文物的病害是文物与环境相互作用的结果。影响文物病害有2方面因素:文物的材质和结构、文物的赋存环境。文物材质种类多,分无机质和有机质,文物的结构包含了结构组成与形制特点等内容;文物的赋存环境有多种形式,有室外与室内之分,也有地上、地下和水下之分,文物所赋存的自然环境、气象条件、人为环境也千差万别。文物保护就是采取管理与技术措施减缓文物的劣化,保存文物所蕴含的价值信息,文物保护技术的实质有2方面内容:①提高文物本身抵抗环境破坏的能力；②控制环境条件,降低环境对文物的劣化。文物保护技术可分为2类：①保护修复与加固,通过技术手段修复文物功能或对文物劣化部分进行补强加固提高文物安全程度、达到保存文物价值信息,减缓文物劣化速度的目的,实现延长文物寿命;②预防性保护,通过控制不良环境影响因素,改善文物的赋存环境,将影响文物劣化的环境因素控制在恰当的范围,从而降低环境因素对文物的破坏,进而达到减缓文物劣化速度的目的。这2类技术实质就是控制文物病害发生的2方面影响因素:内因(文物本身)和外因(赋存环境),控制的前提都是需要对影响因素的作用进行风险评估。

2 控制论和风险管理理论与文物保护

2.1 文物的控制论

控制论是关于控制的理论,文物保护就是对文物风险实施控制的技术,控制论是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。文物的控制论有2个基本特征：①被控制的对象必须存在多种发展的可能性,文物有发生病害的可能性,也有没有病害的可能性,病害有继续发展的可能性,也有稳定的可能性;②人可以通过一定手段对可能性进行选择,文物保护技术就是通过控制影响文物病害发生的内外因条件选择文物发展趋势的可能性。

2.2 控制过程与控制能力

文物的控制过程有3个基本环节：①分析文物发展的可能性空间是什么,文物可能会产生病害、病害可能继续发展、病害的发展速度可能快也可能慢、文物消失等;②在可能性空间中选择某一些可能性,如文物不产生病害、病害不继续发展、病害发展速度减低;③控制条件,通过改变影响因素使文物向选择的可能性发展。文物的可能性空间往往有比较复杂展开方式,如保护修复过的文物,有时会出现新的病害,也就是出现新的可能性空间。因此,控制不是一成不变的,往往还需要根据文物的发展，在不同阶段采取不同的控制条件。

控制能力也是需要探讨的问题,控制能力实质上是缩小可能性空间的程度,文物保护往往很难做到将可能性空间缩小到某种唯一状态,更多的是缩小到一定范围。将控制目标设定为某唯一状态往往会增加控制成本,导致控制失灵;而设定一定范围的控制难度会减低很多,控制容易成功。如有些馆藏文物环境控制中恒温恒湿是理想状态,但这是做不到的,我们只能将温湿度控制在目标值附近的小区间,这样才有利于实现控制。同样的问题,让文物永远保存下去是理想目标,也是不可能实现的。因此,目前的文物保护理念是尽量延长文物的寿命,这个目标实现的难度就会降低。文物保护效果评估一直是文物保护技术发展的短板,由于现阶段评估手段的不足,往往评估时缺乏量化手段,可以从控制能力着手,评价可能性空间是否缩小,进而对保护效果做出定量评估,也为未来技术发展提供思路,不断减小可能性空间。

2.3 控制方法

控制的方法有随机控制、记忆控制、共轭控制、负反馈控制等。随机控制是可能性空间缩小的过程,在文物病害调查时就需要涉及随机控制的问题,要达到控制有效,随机控制要求目标必须在探索范围之内,也就是说文物调查时需要全面,所有可能影响文物病害的因素都调查清楚。如大足石刻宝顶山治水工作,开始由于没有注意到岩体中的软弱夹层产生构造层间错动现象,一直对大佛头部等处出现少量、点状渗水不能有效控制。基于这样的原理,现在实行的文物监测工作,也应该对所有可能影响文物的因素全面监测,虽然有些因素目前可能对文物没有造成明显破坏,但也应该予以关注。有记忆控制可以提高随机控制的速度,从现有的研究可以看出,在保护材料筛选试验中,有较多的重复工作。许多研究工作没有充分借鉴前人取得的结论性成果,从有记忆控制的角度,可以制定文物保护技术的负面清单,提高控制效率。文物由于特殊性,分析测试往往需要无损技术,尤其在探测内部状况时往往缺乏必要手段,可以采用共轭控制方法。如常用的超声波探测内部缺陷,将内部缺陷转化成波速、测量波速、用波速解释内部缺陷,这就是一种共轭控制的办法,这种方法可以有效解决文物保护研究中方法不足的问题。实践中,文物保护的难度极大,很多情况使文物保护技术难以达到理性状态,只能不断逼近理想目标,这也是为什么文物保护是减缓文物劣化速度而不是防止文物劣化。文物保护的可再处理性原则也是基于这个现实,这实质上就是控制能力达不到需求的问题,负反馈控制扩大了控制能力,是一种不断趋向目标状态的过程,可以通过反馈、调整等多次控制,最终逼近目标。

从控制过程的第一个环节可以知道,要实现控制,首先需要了解可能性空间,这是一个信息收集的过程。在文物保护时,我们发现某个遗址基础掏蚀,这个掏蚀可能造成遗址坍塌,也可能不造成遗址坍塌,这种信息是不确定的。因此无法实现控制,控制需要一定的信息量,需要通过分析,确定造成遗址变形坍塌的概率,缩小可能性空间,才可能实现控制。实践中对遗址掏蚀不经过分析计算,都采取技术措施予以加固,既违背了最低限度干预原则,也不符合控制论的要求。

2.4 信息的传递

信息具有可传递性,没有可传递性不能称之为信息。传递需要通道,例如在石窟寺砂岩风化过程研究中,由于缺乏必要的监测设备等传递通道,遗址风化过程的微观机制就不能传递到人的认知,造成对风化机理研究滞后,对砂岩风化的控制技术研究一直比较薄弱。信息是客观存在的,但信息的传递具有主观性,这是信息的主观性。如遗址的含水率是客观的,但是,采用不同测试手段传递给人的结果可能不一样,这是由信息主观性决定的。为了保证信息的正确,就需要多种信息传递通道,控制论需要信息的重复性,在文物监测时,常常需要将人工检测和仪器自动检测结合起来,才能实现有效控制。传递通道的容量太小,信息难以及时传递,通道容量太大,信息受到的干扰增大。文物的病害程度往往是渐变的系列过程,实践中就需要对病害进行分类、分级,才能达到较好的控制效果。信息是可以储存的,但是,储存的信息往往只是文物的某一个侧面。文物是物质遗存,物质遗存是很难保存的,我们可以用文字、照片保存文物的信息,也可以用数字化技术保存文物的立体信息,但是,它肯定不是最全面的,信息量是有限的。因此,应该最大可能保存文物的实体,才可能保存无穷大的信息。

2.5 系统的研究方法

控制研究的对象是文物和赋存环境整体系统,文物保护控制的是文物病害的发生、发展,这就需要研究系统内影响因素和病害之间的因果关系。以往的研究试图采用因果长链法分析影响因素与病害的关系,由于文物的病害是多因素耦合形成的,因果长链研究应该有一个合适的限度,因此,采用该方法研究进展比较缓慢。概率因果法和网络因果法在未来遗址博物馆预防性保护研究中会有较大的应用前景。文物的某一环境因素发生改变,不一定某种病害一定会出现,只是病害有出现的概率。文物病害是多因素耦合形成,如霉菌的生长,既需要合适的湿度、也需要合适的温度。我们可以通过研究文物环境与病害出现概率,研究整个系统的因果网络来探究影响因素之间的因果关系。文物病害发生存在互为因果和自为因果的情况,病害的发展往往是一个加速的过程,如裂隙造成遗址变形,而遗址变形又会引起裂隙的进一步扩大,进而又造成遗址变形增大与加速。

在文物的病害发育过程中,大部分互为因果关系,分析这种关系,就需要考虑系统的稳态结构。遗址博物馆的遗址地面,因为温度的影响,地面土体结构风化疏松,随着疏松厚度增大,温度对遗址影响逐渐减弱,直至形成一个稳定状态。如果稳态结构的一方被改变,稳态结构就遭到破坏,遗址的病害就会重新发育。因此,对于已经形成稳定状态的遗址,不宜对遗址表面进行清理。选择可能性时我们期望文物与赋存环境整个系统趋于一个稳态结构,稳定态不是唯一的,可以通过提高文物性能达到稳定态,也可以通过改变环境达到稳定态。研究时,需要将所有稳定态找出来,选择合适的控制措施,建立对文物最为有利的稳定态。稳定和均匀是密切联系的,遗址内部存在裂隙,遗址体的结构产生不均匀,遗址内部应力分布就不均匀,可以通过灌浆措施,使遗址结构趋向均匀；同时,在材料选择上也要求尽量选择和遗址性能兼容的材料,这也是为了均匀。埋藏地下的封闭墓室是均匀的,墓室文物的病害是稳定的,当文物置于开放的环境,开放系统和外界有交换,是不均匀的,文物的病害会从稳定变为不稳定,控制的措施之一就是使文物重新处于稳定环境。

系统的稳态结构是不断变化的,系统常常会从一个稳定态到另一个稳定态,最终产生质变。文物的病害发生质变可以通过飞跃和渐变2种方式实现。如遗址的崩塌,更多是突然发生,是质变,而滑坡通常是先缓慢滑动,当滑动变形积累到一定程度,突然发生快速滑动,这个过程是连续的,是一个质变通过渐变实现的例子。文物保护时大家都比较关注飞跃引起的质变,对渐变引起的质变关注不够,如遗址的风化,遗址风化会缓慢减少遗址体量,直至遗址消失。对一些遗址体量已经因风化残留不多且有重要价值的遗址,这个问题应该予以高度关注。文物的质变是有条件的,文物保护就是针对文物病害的稳定态,不仅是文物环境的稳定态,研究影响稳定态的因素,控制引起飞跃和渐变的条件,从而达到保护文物的目的。

文物的预防性保护是一个控制过程,而控制可以采用黑箱理论认识文物本体和环境对病害的影响。当前,有2种研究思路：①研究单一因素和病害或多因素耦合和病害之间作用过程的机制,这方面进展比较缓慢,难以支撑控制的需求,这是一种打开黑箱的办法；②不打开黑箱的办法,通过统计学、概率学研究影响因素和病害的结果之间关系,不考虑中间的作用机制,这应该是未来研究的一个主要思路。

2.6 文物的风险理论

风险管理是研究风险发生规律和风险控制技术的一门新兴管理科学,通过风险识别、风险评估、风险决策、风险控制等方式,对风险实施有效控制和妥善处理损失的过程。

文物保护就是对文物存在的破坏风险进行控制的人类活动,也就是对文物的病害或潜在病害进行人为干预,消除文物消失的风险。运用控制论来保护文物,就需要对文物发展的可能性空间进行判断,控制目标选择也需要对文物存在的风险进行评估、决策,风险监控也是控制的一种。文物保护主要控制的是文物的风险,这是由文物的独特性决定。利用风险理论可以有效补充控制论中分析文物风险可能性空间的方法,也可以通过风险评估提高可能性空间目标选择的科学性,通过风险决策来选择适合的可能性空间目标。

文物风险控制论就是通过风险管理理论对文物的风险进行识别、评估、决策,采用控制论研究文物风险系统,进而控制文物病害的发生、发展,实现保护文物的目的。风险控制理论有2方面内容:①文物病害的发生、发育受到构造、结构、环境的控制,调查、研究、分析文物的病害需要运用控制论的原理和方法；②文物保护与修复需要采用风险控制来研究适合的文物保护技术。文物风险控制论是由一系列理论组成的理论体系,它包括了地质构造控制论、文物结构与材质控制论、文物环境控制论等,也包含了文物病害评估理论、文物风险预测理论、文物风险管理理论、文物病害控制技术等应用理论。

3 文物风险控制论在文物保护中的应用

3.1 在遗址类文物调查中的应用

土遗址、石窟寺、岩画类文物一般体量大,多存在于野外,是一类特殊的地质体,其病害的发育、发展受地质环境影响。在地质工程中有构造控制论、结构控制论、地质环境控制论等理论。这些理论可以分析研究遗址类文物病害,如新疆吐鲁番交河故城的崖体加固工程。交河故城在一柳叶形台地上,崖岸周长约3 600 m,高达30 m,崖面陡直,坡度80°～90°,部分崖面中部内凹,沿崖岸部分地段尚残留有高1.4～1.6 m,厚0.5～1.5 m的女儿墙,故城东崖岸受河流冲刷塌毁15～20 m,部分地段残留有大量建筑。土遗址病害可分为3大类型:稳定问题、水的问题和浅表层风化,采用构造控制论和环境控制论可以准确地分析崖体稳定问题。按照控制论要求,对可能影响崖体稳定的构造、结构和环境因素全面调查,经过分析发现交河故城崖体发育3组节理:NE向组,走向15°～35°,均值25°,倾角近直立;NNW向组,走向310°～330°,均值325°,倾角近直立;NWW向组,走向275°～295°,均值285°,倾角近直立。其中以走向25°和走向325°两组发育,走向285°组次之。发育一组卸荷裂隙,其优势破坏产状:走向NW,均值328°,倾角近直立,平行崖体走向,崖体结构体主要受4组裂隙控制。崖体地层微向南东倾,坡度3%,环境因素中地震和短时间强降水影响较大。经过分析,这些因素可能造成崖体存在错断式崩塌、拉裂式和倾倒式3种破坏风险,与崖体东侧比西侧病害严重的现象相符。

3.2 在遗博物馆预防性保护中的应用

汉阳陵遗址外藏坑的预防性保护是另外一种案例。汉阳陵位于今陕西省西安市北郊的渭河之畔,2006年,在已发掘的帝陵外藏坑上建设了全封闭式的遗址博物馆,将遗址与参观环境分离,并对遗址和环境进行全面监测。研究发现,由于建筑效能降低,未能做到全封闭,遗址环境和外界仍有交换,处于不稳定态。基于控制理论,提出了采用人工干预控制遗址内部环境以及对性能降低的玻璃隔离帷幕维修的观点。在研究时,基于遗址病害是多因素耦合形成,采用黑箱理论,研究了环境控制标准问题,虽然遗址环境仍处于不稳定态,但其变化波动明显减少,遗址的病害发育速度明显降低,说明了控制措施有一定效果。基于这个认识,提出以现有环境条件为基础,减少波动阈值的控制标准。

3.3 在壁画修复中的应用

文物是不可再生资源,文物修复过程中的风险往往对文物价值造成不可挽回的损失,如壁画的修复,可能存在方案缺陷、技术适应性缺陷、修复技术人员缺乏、修复环境缺陷等风险问题,这就需要对文物修复过程的风险进行全面识别与评估。例如修复技术人员缺陷的可能性因素有:修复人员业务水平不足、对修复特殊工艺不熟悉、对设计思想不理解、身体健康有隐患、精神状态不佳等等,这些因素造成修复效果有优、合格、不合格、文物破坏等多种可能性空间,这就需要按照文物风险控制论的要求进行质量控制,通过调查、分析全面掌握修复人员状况,对存在的风险进行评估,根据评估结果，可通过选择有经验修复人员、对人员进行针对性培训包括操作培训、制定操作规程、设计人员技术交底，随时了解技术、身体、精神等状况,并对出现问题及时反馈,根据反馈调整控制措施。对于修复技术应用,也是一个控制过程,一般通过试验、检验、反馈、调整、再试验、再检测的反复过程,这样也是控制文物风险的有效手段。

4 结语

文物的病害是文物与环境相互作用的结果,文物保护就是采取管理与技术措施控制文物病害,减缓文物的劣化,保存文物所蕴含的价值信息。文物风险控制论是建立在风险管理理论和控制论基础上的一种新理论,是针对文物存在的风险进行评估、控制的理论。在文物保护实践中,首先需要对文物的病害进行评估,评估文物面临的价值信息减少或丧失的风险,采用控制论研究文物病害的发生、发展及形成原因,分析文物可能存在的风险,采用控制论研究控制文物病害的技术与措施,对文物实行控制,使文物实体延年益寿。