连克疑难杂症，文物修复如今用上哪些“黑科技”？

☆“一项技术在别的行业‘可以试错’，但在文物上，很多时候没有第二次机会。”

文丨南方周末记者 王华震

责任编辑丨刘悠翔

先民们很早就发现，用火烧土，就有可能把泥土烧成坚硬的土块。漫长的实践中，人类接连掌握了陶土的选择、火候的控制、陶窑的设计，当最后把泥土烧成一个可以使用的硬质陶器的时候，他们必然被火的力量所深深震撼。制陶技术是人类最早掌握的热加工工艺之一。

当对火的精确运用达到某个程度的时候，金属的冶炼也就出现了。陶窑的温度越来越高，最终逼近乃至达到铜的熔点，1084℃，于是青铜器的冶炼开始了。制陶与青铜冶炼，在技术上有着深度交集。它们都是人类早期时代的某种“黑科技”。

千年之后，当后人面对已经破损的古代青铜器与陶瓷器的时候，他们会想象一种技术，这种技术能够重现先民凝聚在器物之中的神采与荣光。于是从很早开始，对古物的修复便是一门郑重且如履薄冰的手艺。这门手艺虽然重要，但在古代，它的传播途径狭窄，大众对此知之有限。而到了当代，文博知识的普及、相关纪录片的热播，让更多人接触到了这个看起来非常小众的行业。这个行业背后的文物修复师们，也来到了媒体的聚光灯下。

张珮琛与戴维康分别是上海博物馆的青铜器与古陶瓷器修复师，他们的身后是根脉深厚的传统修复经验——上海博物馆拥有“青铜器修复及复制技艺”与“古陶瓷修复技艺”两项国家级非物质文化遗产代表性项目，而他们的眼前，则是一条被现代科技与理念所改变的更为复杂的修复实践之路。他们俩合著的新书《文物医生：当国宝遇见非遗与科技》于近日出版。在书中，他们不仅讨论了传统技艺的可贵之处，也向读者介绍了修复行业内最新的“黑科技”。在接受南方周末记者采访的时候，他们会谈起新技术应用在修复工作上的特殊性。“一项技术在别的行业‘可以试错’，但在文物上，很多时候没有第二次机会。”张珮琛说。书中介绍的工业级CT扫描技术、AI、AR和3D打印技术，往往都经历了一个比较漫长的验证过程。

上海博物馆于1958年设立文物修复工场，是国内最早组建文物修复与复制团队的专业机构之一。早在新中国成立之前，上海的青铜器与古陶瓷的修复技艺已经享誉全国，当时上海作为全国最大的工商业城市，大量的文物与专业人才汇聚于此，古董交易与私人收藏蔚然成风。新中国成立之初的上海博物馆，吸纳了这些来自民间的能工巧匠。“他们未必有今天意义上的‘文物保护学’背景，但他们有着非常扎实的传统技艺基础，对金属材料、焊接、錾刻、作色等工艺有长期实践经验。”张珮琛说，这些人才构成了上海博物馆文物修复体系的传承源头。

而当代的“可识别、最小干预”的修复理念，也对传统技艺提出更多新的要求。“修复师真正困难的地方，不是‘怎么修’，而是‘在哪里停下来’。因为很多时候，停手比动手更难。”张珮琛对南方周末记者说。

CT，看到器物内部的秘密

1952年，上海博物馆创立之初，海关移交入藏了一件颇为特殊的青铜器。这件高10厘米、口径15厘米的青铜器，整体呈现商代晚期典型的艺术特征，侈口束颈，鼓腹圜底，腹壁一侧装饰兽首鋬。最引人注目的是，器腹底部铸有四字铭文“叔作□盂”。按照惯例，这件器物既然自铭为“盂”，那便应该要称为“盂”。

然而，和同时期的其他盂相比，它却显得颇为特殊。青铜盂通常体型较大，现存青铜盂的高度都在40厘米以上，口径超过50厘米，且多为圈足设计。关于它被海关移交之前的“身世”，人们所知甚少。来历不明，器型特殊，但从纹饰来看却又绝不像是赝品，研究人员打算用CT扫描看看它究竟有什么内在的“秘密”。

▲CT扫描“青铜盂”。受访者供图

随着CT扫描仪的启动，青铜盂在检测区缓缓旋转，一道道X射线扫过器物表面，就像给骨折的病人照CT一样，逐渐生成了一帧帧清晰的画面。

CT扫描是一种无损检测方案。所谓的无损检测分析，指在最大限度保护文物完整性的前提下，获取精准的科学数据，包括X射线探伤技术可以揭示文物内部结构、高光谱成像（HSI）可以展现表面细节、X射线荧光光谱技术（XRF）则提供了有关材料成分的数据。

传统的X射线探伤技术，单一的X射线只能生成二维影像，且无法避免影像重叠的问题。而CT技术则通过旋转的X射线源和先进的计算机重建算法，能够创建出精确的横断面三维图像，有效避免了影像重叠和遮挡问题。“这种技术不仅可以清晰呈现文物的内部结构特征，还能精确显示细微的铸造缺陷和后期修复痕迹，为文物的研究和保护提供更全面、更精确的科学依据。”张珮琛说。

CT片子出来之后，所有人都对这件青铜盂刮目相看。这件看似完整的青铜盂，很可能曾经被大幅度改造过。

▲CT扫描影像显示“青铜盂”器身底部与口沿处出现的六处奇特图形特征。受访者供图

器底的影像中出现了三处等边三角形的明显痕迹。这些三角形大小相等，呈品字形均匀分布于器底外围，且每个三角形都有一个角朝向器底中心。这种布局与同时期三足酒器的足部位置非常相似。而器物口沿两侧的对称图形，则恰好对应同时期斟酒器口沿部常见的柱头位置。这一切都暗示这件器物很可能原本是一个三足的酒器，只是三足已经被拆卸。

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最引人注目的是器底的中心位置，出现了一个长90毫米、宽35毫米的规整矩形框，恰好将器腹内部的铭文完整框选其中。整个器物底部弥漫着神秘的黑色沉积物，“仿佛在诉说着一个不为人知的历史故事”。

修复师使用高精度显微镜对器腹内底部铭文进行再次观察。在高倍显微镜下，原本肉眼看似清晰的四字铭文，呈现出“字口边缘粗糙，笔画底部不平整，有明显的后期伪刻痕迹”。

经过一系列的分析和推测，这件所谓的青铜“盂”的身世被破译：它原本是一件商代晚期的兽面纹斝，在漫长的埋藏和流传过程中，因某种原因导致三足与两柱严重残缺。旧时古董商人为了追求利益最大化，不仅没有进行合理修复，反而将三足与两枚柱头的残存部分全部切割与打磨掉，又在器底切割原器物，补上了伪刻。就这样，一件残缺的斝变成了一件带铭文的盂，作为完整器物流入古董市场，身价百倍。

AR，虚拟图层的精准导航

这次摆在CT扫描仪器面前的，不再是一个完整的器物，而是一件被压扁后的青铜鼎，混合着泥土、石块、铜锈，板结在一起，变成一坨坚硬的铜石混合物。

这是2016年南京高淳夏家塘遗址出土的一组春秋时期的青铜器。因墓室坍塌及地层挤压，器身严重变形、断裂，还包裹着前述坚硬的铜石混合物。

▲高淳夏家塘土墩墓遗址出土的铜鼎，鼎身、泥土与石床上的石片发生锈蚀粘连。受访者供图

▲CT扫描按材质显示（蓝色果冻状为泥土），便于鼎内残足和碎片的寻找与辨识。受访者供图

CT片子里可以看出，这坨铜石混合物内，还有好多个器物碎片。修复师的首要任务，是将器物碎片与其他物质分离出来，但问题是，青铜碎片已经变得极为脆弱，如果贸然动手切割，很容易误伤器物。不妨设想，如果修复师在实施切割的时候，能实时看到“混合物”内部的情况，那就能精准避开器物碎片，误伤的概率就能极大地下降。

增强现实技术（AR）在这种情况下就有了用武之地。戴着AR眼镜逛博物馆已经不再新鲜，但是AR技术进入文物修复领域，还有待更多的探索。一种特定的算法首先将CT扫描数据转化为AR可调用的三维导航模型，通过系统集成，修复人员可在操作现场佩戴AR眼镜，眼镜里显示的是文物内部碎片的空间关系、腐蚀状况及材质分层。这一图层的虚拟信息会叠加到修复人员真实面对的器物，让他在工作的时候能看到肉眼无法直接观察到的信息。

张珮琛戴上了AR眼镜，他说，虚拟信息的图层“只有20毫秒左右的图像延迟”。面前的青铜器一旦进入可视范围，系统即启动识别程序，并在300毫秒内完成“虚拟模型的激活与三维空间的配准”。此时，鼎腹内复杂的“混合物”通过差异化着色，清晰地呈现了出来，泥土、石块、铜的颜色在AR眼镜内完全不一样，碎片位置、腐蚀状态、结构层级一目了然，为清理与提取工作提供直观导航。

借助这个导航，修复师以0.05毫米/分钟的速度，逐渐分离了鼎体与石块、泥土，还从鼎腹内成功分离并提取十余片大小各异的青铜碎片。这些碎片中有些是鼎身，有些是鼎足。“这种精细操作既确保了脆弱文物本体的安全，又能有效保留重要的考古信息。”张珮琛说。

▲AR眼镜在修复中实现虚实融合、空间定位、虚实交互等功能。受访者供图

修复工作中发现的最重要的考古信息，可能要算工作人员在鼎的内耳侧发现了典型的“焚失法”铸造特征。所谓“焚失法”，即通过焚烧有机模芯形成空腔，进而铸造复杂结构的铸造法。“这一技术的存在，不仅丰富了对吴越地区青铜工艺演化的认识，也印证了江南本地铸造体系的独立性与创新性。”张珮琛说。

在AR技术的辅助下，修复团队历时两个月，完成了这件春秋青铜鼎的抢救性修复工作。通过这次修复，不仅器物本体复原了原来的光彩，数字层面的记录与保存也同步展开，张珮琛在书中写道，“通过‘CT扫描+AR重建+Unity建模’所构建的三维可视化平台，项目团队为这件青铜鼎建立了一套包含几何形态、材质信息、腐蚀结构、修复步骤与操作日志的完整数字档案，实现了文物在实体层面与数据层面的‘双重重生’”。

AI，拼图背后的结构逻辑

20世纪八九十年代，考古工作者在偃师二里头遗址的贵族墓葬中，发现了数件镶嵌绿松石的兽面纹牌饰。它们有的是铜制托底、有的是木质托底，大约呈圆角矩形或亚腰形，数百个被打磨好的绿松石薄片被镶嵌在托底之上，组成神秘的兽面图案，其精湛的工艺水平令包括张珮琛在内的很多现代工匠感到惊讶。

目前国内外考古出土、机构或个人收藏的绿松石牌饰大约有30件。上海博物馆就收藏了其中两件，都是早年从甘肃齐家文化遗址附近征集而来。两件之中的一件铜托底亚腰形牌饰，征集来的时候中间就有比较大的缺损，丢失了几十片绿松石，形成了一个大窟窿。

要将这件牌饰修复如初，最关键的无疑是对缺失绿松石片的科学补配。长期埋藏之后，大量粘结材料已经老化失效，很多碎片脱落、错位。“修复团队面对的并不是‘拼图游戏’，而是如何重新理解它原本的结构逻辑。”张珮琛对南方周末记者说。

如果传统的修复师面对这件文物，他往往只能根据自己的经验和理解，来构拟缺失绿松石片的数量、形状、拼接方式。但是张珮琛认为，这种主观性较强的修复方式，在当今强调科学保护的修复理念下，需要变得更加严谨。

AI的图像处理能力和深度学习能力是其优势所在，在这个案例里，图像处理正是修复的核心诉求。

首先是智能分析。工作人员将现存几十枚绿松石牌饰的图片、详细资料与绿松石片排列的线图导入AI系统，有了这些“养料”后，系统设定了多个维度的特征参数，包括每块绿松石的长度、宽度、长宽比、面积和色度值等，并通过对这些特征参数的统计分析，总结出绿松石在行列中的分布规律。例如，绿松石的面积呈现出从中心向边缘逐渐减小的趋势，形状则由中心区域近似正方形向边缘过渡为长方形。

▲AI算法设定了多个维度的特征点，包括每一片绿松石的颜色。受访者供图

接着是智能模拟。基于此前分析的规律，AI通过算法推荐修补所需的绿松石数量、尺寸、形态和颜色参数，并生成最贴合原始风格的排列组合方案，使修复后的绿松石不仅视觉效果自然和谐，也更能有助于还原文物的艺术特征与历史风貌。而且AI 生成的排列方案在细节优化方面有更强大的可塑性：从边缘曲线的平滑处理到整体轮廓的精细化调整，系统都能提供专业的解决方案。生成的方案也可以输出多种实用格式，包括用于加工的精确线框图、带有AI智能配色方案的线框图、与绿松石原料对应的切割图以及初步的三维模型。

▲通过AI算法得到的最为符合数据规律的排列方式。受访者供图

最终在AI的辅助下，补配区域的绿松石片被确定为7列5行的排列方案，修复师根据精确的颜色参数，去挑选合适的绿松石原料，经过手工切割、抛光与镶嵌，重现了这件三千多年前的珍贵文物的光芒。

▲在AI辅助下亚腰状牌饰补配修复前后。受访者供图

3D打印，可拆卸式修复

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那件1952年海关移交的“青铜盂”，被修复人员看穿了真面目之后，面临着该如何修复的选择。“可识别修复”，这是目前文物修复行业所秉持的原则，但将文物修得完整、美观的“艺术性修复”是修复传统中最为人瞩目的一点。“可识别修复”与“艺术性修复”，无论是在理念上，还是实践中，二者都存在着不小的张力。

“可识别修复”和“艺术性修复”之间的争论，是老生常谈的话题。“如果往欧洲修复理论史上追溯，可以看到从19世纪的风格性修复，到后来《威尼斯宪章》、布兰迪修复理论，都在不断讨论同一个问题：修复到底是要恢复一个完整的视觉形象，还是要保留文物作为历史证据的真实性？”戴维康说。作为上博的古陶瓷修复师，戴维康认为，真正成熟的修复，不是简单地把痕迹全部抹掉，“而是在整体审美、观看效果和可识别性之间找到平衡。传统手艺进入博物馆以后，恰恰可以发展出一种更高级的可识别修复：它不粗糙、不突兀，恰好符合博物馆的审美”。

带着这样的理念，这件青铜兽面斝被摆上了修复台。文物团队查阅了大量的考古资料和文献，试图寻找类似的完整器型作为修复的参考。在日本白鹤美术馆的藏品中，他们发现了一件晚商兽面纹斝，器型、大小、纹饰都与上博这件极为接近。有了复制的对象，修复团队决定采取可拆卸式3D打印技术来为这件斝配齐三足与柱头。

蓝光扫描仪以0.01毫米的精度捕捉着器物表面的细节，几个小时的扫描之后，数百万个数据点组成的三维数字模型就此诞生——白鹤美术馆内的这件斝有了一个数字分身。数字建模完成之后，工业级3D打印机开始嗡鸣，在紫外光的照射下，液态树脂逐渐固化为三只器足与柱头的蜡模。接下去就是传统“失蜡法”的再现：修复师们先将蜡模浸入特制的耐火陶瓷浆料中，经过反复涂覆、干燥，形成坚固的铸造型壳。随后，型壳被送入高温炉中焙烧，蜡模在高温下完全熔化流出，留下一个与原件分毫不差的精密型腔。然后再将配比好的高温青铜合金熔液倒入型腔。凝固之后，打开型腔，闪耀着金黄光泽的青铜器足便呈现于眼前。修复人员在器身上嵌入一小块铁片，又在器足上嵌入高磁力磁铁，这样器足与器身便可以根据展览或研究的情况随时分离或组合。

▲利用可拆卸式配缺结合3D打印铸造修复完成的商晚期兽面纹斝。受访者供图

并不是所有文物都要像这件青铜斝一样被修复到如此的程度。很多时候，保留残缺，是对历史真实的尊重。“在实际工作中，我们首先判断的并不是‘能不能修完整’，而是‘应不应该修完整’。有些残缺如果已经成为文物历史的一部分，我们会选择保留，它们可能比复原后的完整器形更有价值。”

很多古陶器在考古博物馆中只做白石膏的修复，更多的可能带着残缺展示，在戴维康看来，修复到哪一步，并不是谁高谁低的关系，“而是面对不同展览目标所采取的不同修复策略。考古展示有考古展示的语言，艺术展示有艺术展示的语言，综合性博物馆也会形成自己的展陈审美”。

“上海博物馆的展陈其实有很鲜明的审美语言。你如果仔细看上博的陶瓷、青铜、书画展厅，会发现其中展陈的文物是有鲜明审美特点的。”戴维康对南方周末记者说，“我们会考虑某件器物最终进入怎样的展陈环境，它是作为考古材料呈现，还是作为艺术品呈现；是突出残缺痕迹投资股票配资，还是突出完整造型；是让观众看到修复痕迹，还是尽量减少视觉干扰。”