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在文物保护的门类中，有一类叫石质文物保护。四川通高71米的石刻造像乐山大佛、希腊雅典卫城中姿态各异的雕塑、故宫博物院保和殿后檐巨大的云龙御路石雕，都隶属其中。

这些石头自山中来，经能工巧匠雕刻打磨，承载着时代艺术与文明的精华，沉默、厚重地停驻于一地，在雨水、风沙、紫外线等种种外力侵蚀下，仍能保持原本的结构，但很难保持“本色”。尤其是以大理石为原料的文物，颜色变化最为明显。这些千百年前的白色石头，如何让它们以最美、最真实的面目示人，是故宫博物院文物保护工作者一切努力的初衷。

修缮“水晶宫”

故宫博物院之中，有一座历史悠久的“未完工建筑”——延禧宫灵沼轩。该建筑也是故宫博物院内仅存的以砖石和金属为主体结构的西洋式建筑。

20世纪初叶，末代皇帝溥仪即位后便下旨为隆裕皇太后修建一座以铜为柱、玻璃为墙的“水中宫殿”灵沼轩，因为历史上的延禧宫曾多次遭遇大火，为与火对冲，遂决定引水入内。

根据史料记载，灵沼轩计划修建三层，最下面一层在水池之中，地上有两层，第一层四面当中各开一门，四周环以围廊，主楼每层9间，四角各附加一小间，共39间。建筑的墙壁、地板均为玻璃，“四望空明”，墙壁的玻璃夹层可蓄水养鱼。帝后闲暇之时，可徜徉其中，观鱼赏景。灵沼轩的设计理念类似现在的水族馆，当时被称为“水晶宫”。

然而，由于清政府国库亏空，该建筑一直到辛亥革命爆发，溥仪退位都未能完成，残留下大理石基座和钢结构。“水晶宫”有很强的中西合璧风格，以大理石雕砌，并用铸铁架构，其石质立柱的柱头和基座部分结合了希腊古典柱式和中国仰覆莲柱础的样式风格。

这些大理石如今已被厚厚的黑色结壳所覆盖，有些区域更是出现了一些“铁锈斑”，后人很难从这些污迹斑斑的建筑中想象“水晶宫”建成后的精美与恢宏，因而“水晶宫”大理石的清理，也成为修缮工作的重要一环。然而，科学修缮，首先需要权威准确的诊断报告，彻查文物病历和健康状况，才能确定修复方案。

这些大理石是什么材质？这些大理石上面的黑色结壳和“铁锈斑”究竟是什么？面对这些污渍，怎样清理是最有效的？这一切都需要故宫博物院文物保护工作者一一破解。

故宫博物院古建部副主任、中国—希腊文物保护技术“一带一路”联合实验室副主任、正高级工程师赵鹏介绍，结合现有遗迹和史料看，“水晶宫”主要结构为钢材和大理石。这些钢材极有可能购自欧洲，历经百年而不倒已属不易，大理石则属于白云石型大理石，即公众熟知的汉白玉，这种大理石材质在故宫博物院中很常见。

采集并分析大理石之上的黑色污染物，是一个略显枯燥且极费功夫的过程。故宫博物院文保标准部副研究馆员李晨毓的第一次取样持续了半个月，在故宫博物院区域内，选取建筑石材上肉眼看起来黑色结壳较厚的地方进行刮取，但由于样品体积过小，厚度不到1毫米，大部分只有几百微米，“风一吹就没了”，合适的样品数量并不是很多。而且，在这个过程中，为避免伤害文物，动作需要十分小心。

在分析样品过程中，为了让样品的横截面以更好的形态呈现在实验仪器下，还需要将小部分样品封存在指甲盖大小的树脂中，经过机器的粗略打磨和成千上万次的手动抛光。“手动打磨的过程必不可少，机器打磨太快，很难进行精细化的操作，可能一不小心就给磨没了，浪费了样品。”故宫博物院文保标准部副研究馆员刘瀚文告诉《中国报道》记者。而这样的树脂块，他已经数不清打磨了多少个。

综合显微拉曼、场发射扫描电镜和X射线荧光等元素分析方法，他们发现，黑色结壳主要包括二水合硫酸钙和碳，以及铝、钾等少量的金属元素，而“铁锈斑”确实是由于钢铁结构生锈对周围大理石产生的影响。

为何采用激光清洗？

“水晶宫”的清洗也为希腊电子结构与激光研究所（IESL）同故宫博物院的深度合作提供了机会。

“有意思的是，无论是中国的还是希腊的，全世界的大理石面板上的污染物都很接近。”刘瀚文说。

在分析样品并进行清洗实验的过程中，希腊电子结构与激光研究所（IESL）的Paraskevi Pouli博士一直参与其中，其所在的团队在清洗大理石文物污染物方面有着丰富的实战经验。

早在2012年，国际文物保护修护协会（IIC）就向雅典卫城博物馆和希腊电子结构与激光研究所（IESL）颁发了凯克奖（KECK），以表彰他们使用创新的激光系统清洗现藏于雅典卫城博物馆的伊瑞克提翁神庙中的女像柱，并向公众开放修复过程。

激光清洗技术得益于激光技术的迅猛发展，成为20多年来发展迅速的一种清洗方法，并广泛应用于科技、军事等领域。激光清洗应用于文物的基本原理是高能量的激光束聚焦在文物表面与其发生热学和力学等相互作用，使表面附着物吸收激光能量而脱离文物基体，从而达到去除文物表面污染物的目的。

传统清洗石质文物的方法包括砂纸打磨（物理清洗）和化学清洗等，但这些清理不够精细。此外，这些清洗某种程度上不可控，甚至可能对文物造成伤害。相比之下，激光清洗更为精确，也更加可控。操作者通过控制激光光束的参数，如光斑大小、重复频率等，可以精确定位清洗所需要的激光能量，从而在不伤害文物的前提下洗掉污染物。

不少欧洲国家已通过利用激光清洗技术，使古建筑焕然一新，如法国亚眠大教堂、德国科隆大教堂、奥地利史蒂芬大教堂等。2013年，克罗地亚的文物保护者完成了一项历时10年的大型古迹清洗项目，用激光洗去了古罗马帝国时代建筑戴克里先宫积累了1700多年的污垢，这是克罗地亚乃至欧洲第一次大规模使用激光清洗技术清理一座古建筑。

“激光清洗技术在世界范围内逐渐得到肯定和普及，作为一种新的文物清洗技术，未来也有可能应用到‘水晶宫’的清洗。”李晨毓告诉记者。

抵达“水晶宫”之前

虽然激光清洗技术在文物上得到了验证，但目前市场上的激光清洗设备能实现混合波长输出的较少，一般都是输出单一波长，在清洗大理石上的黑色结壳时可能发生变色问题。想要找到最适合于故宫博物院的清洗设备，就必须自研。有着光学专业背景的李晨毓，也担当起开发自研设备的重任。

经过两年的研发，2023年，故宫博物院与合作单位中国科学院空天信息创新研究院根据清洗文物的实际需求，研制出可同时输出1064nm、532nm和355nm三种波长并能混合输出波长的激光清洗设备，该设备不仅可以利用振镜清洗小的文物碎块样本，还能实现较大文物的激光清洗。

有了设备只是第一步，并不意味着可以马上启动清洗，文物的珍贵让每一步实验都必须经过严密的审核和论证。在大家的普遍印象里，建筑石材似乎很常见，但故宫博物院的每一块石材都很宝贵，哪怕是掉落的石块，也不能随便拿来做实验，科研人员需要先制作文物的“高仿”：采购与文物相同的大理石石材，根据此前采集的表面污染物成分数据，制作与污染物成分相近的模拟样品，并将其涂敷在采购的石材表面。有了“高仿”后，再进行实验。激光清洗实验需要大量的严密计算，包括激光波长、颜色、能量密度、扫描次数、重复频率等，此外还要考虑多重参数的排列组合，以保证用最佳组合达到最好的清洗效果。

实验发现，在模拟样本和碎石块样本中，当1064nm近红外激光和355nm紫外激光的能量分别为16.8mJ和1.2mJ时，对较厚的黑色结壳污染物有良好的清洗效果。实验还发现，即使采取相同的参数，操作者手法的不同也会对激光清洗效果产生较大的差异。

刘瀚文告诉记者，在这个过程中，新的问题接踵而至，“怎样的清洗是合适的清洗”也需要严格定义。“清洗文物不是清洗衣服，不是洗到最干净才是最好的。清理到什么程度，是一个很重要的课题。”

随着时间流逝，有些大理石表面只是稍微有了些包浆，看起来反而更有历史的气息，如果通过打磨把它们统统抹掉，反而破坏了文物本身的气质，同时将脆弱的大理石基体暴露在酸雨环境中。在实验过程中，研究人员也需要非常小心，避免过度清洗。

虽然故宫博物院内有着数量众多、体量巨大的建筑石质构件，但要从实验室里的清洗走向真实的古建筑清洗，需要经过审慎严格的实验、论证和审批。激光清洗技术何时能真正抵达“水晶宫”，还需要一步一个脚印地摸索。

据了解，目前国内只有少数单位开展了激光清洗技术的应用，如山西大同云冈石窟、四川绵阳碧水寺以及四川乐山大佛等，对该技术的研究仍以高校科研团队为主导。

由于激光清洗的技术门槛较高，所以推广起来有难度。《中国报道》记者在采访中了解到，中国—希腊文物保护技术“一带一路”联合实验室的目标之一，就是希望开展石质文物激光清洗的精细化与规范化研究，搭建不同类别文物不同污染物去除安全阈值的研究与验证平台，并制定可指导实操的技术手册与标准体系，让这项技术更安全有效地在国内进行推广应用。

撰文：《中国报道》记者 李士萌