在我國文化遺產(chǎn)保護領域的首個多場耦合環(huán)境模擬實驗室，1:1基于傳統(tǒng)工藝制備的夯土墻體試驗樣品正在經(jīng)歷“太陽”的照射。“太陽”由9盞架設在屋頂?shù)臒艚M成，經(jīng)過人工調(diào)節(jié)，一次照射周期就能模擬一輪太陽的東升西落。

“實驗室可以加速模擬漫長而微妙的自然變化，幫助更快獲知長城對不同環(huán)境的響應機制，以及對不同保護措施的耐候性。”敦煌研究院保護研究所副所長裴強強說。

這是敦煌研究院國家古代壁畫與土遺址保護多場耦合環(huán)境模擬實驗室的試驗場景。（受訪者供圖）

西北地區(qū)多以黃土夯筑長城為主，在漫長時光中，墻體根部掏蝕凹進、墻面風化剝落、裂隙發(fā)育等病害都在加速長城的“衰老”。

“文物保護要從搶救性保護向預防性保護轉變，就必須搞清楚文物劣化的深層次機理。”敦煌研究院副院長郭青林說。

長城體量大、周邊自然環(huán)境復雜。老一輩文物工作者在專注對長城本體進行“搶救”的同時，通過開展小體量的室內(nèi)實驗和足尺現(xiàn)場試驗積極探索預防性保護之道。國家古代壁畫與土遺址保護多場耦合環(huán)境模擬實驗室就是我國文物科技領域一次全新探索。

多場耦合，指模擬溫濕度、光照、降雨、降雪多因素時序性自然環(huán)境條件。裴強強介紹，實驗室從規(guī)劃到建成，前后歷時近15年，他們基于不同區(qū)域10年間的基礎氣候資料，分析總結提取了對長城影響較大的極端天氣和氣候環(huán)境，并想方設法在實驗室實現(xiàn)模擬加載。

2020年底，多場耦合環(huán)境模擬實驗室正式投運。這個實驗室不僅具有時間可控、變量可控、條件可重復、能進行足尺模型試驗等優(yōu)點，還能承載數(shù)噸重的大型土遺址樣品，可在較短時間內(nèi)模擬土遺址長期受自然環(huán)境影響出現(xiàn)的病害。

截至目前，甘肅省已經(jīng)突破并掌握了包括錨固灌漿加固技術、支頂加固技術、表面防風化技術在內(nèi)的一系列土質(zhì)長城保護關鍵技術，并形成了一整套成熟的保護理論和工藝技術規(guī)范。針對根部掏蝕土遺址病害發(fā)育機制與穩(wěn)定性問題，多場耦合環(huán)境模擬實驗室獲得了相關理論性指標。

這是9月11日在敦煌研究院國家古代壁畫與土遺址保護多場耦合環(huán)境模擬實驗室冬季倉拍攝的正在試驗中的土遺址監(jiān)測樣品。新華社記者張智敏攝

裴強強介紹，目前長城保護修復最大的難點還是對古代傳統(tǒng)工藝的科學認知。

萬里長城“因地制宜”建造，在千百年中矗立不倒，其背后體現(xiàn)了古人獨特的建造智慧。

甘肅東西綿延1600多公里，從東向西，土壤中沙子、石頭逐漸增多，土壤黏性逐漸降低。古人便利用紅柳、蘆葦?shù)戎参餅殚L城“加筋”，通過植物的拉接力提高墻體的整體穩(wěn)定性。長城的營造技術可以形容為傳統(tǒng)夯筑工藝的“升級版”。

裴強強說，古代技藝的傳承主要依靠工匠口口相傳，沒有留下詳盡的文字資料，科研人員只能通過分析試驗來模仿、模擬。比如，相傳在夯土中加入粥漿、羊桃藤、紅糖水等物質(zhì)，可增加墻體強度。他們也用試驗證實了它們的作用，但具體的配方、工藝仍需摸索。

在與多場耦合環(huán)境模擬實驗室相距不遠的另一座實驗室里，記者還看到許多不同的夯錘和各種圓柱狀的夯筑樣品。

“我們在無限趨近長城建造的真相，但總有距離和困惑。”裴強強說，未來他們希望通過研究試驗，不斷構建不同區(qū)域環(huán)境下長城建造技藝的指標性理論，深化對長城建造智慧的認識。

這是5月17日在甘肅省嘉峪關市拍攝的懸壁長城（無人機照片）。新華社記者陳斌攝

2022年9月，明長城西端起點所在的嘉峪關在實施一項長城保護修繕工程中，融合運用了研究性修繕理念。在修繕中，文物工作者除了在長城表面滲透PS材料（一種高模數(shù)的硅酸鉀溶液）進行加固外，還實施了紅柳麻絲加筋、麻撮加筋、草泥抹面、夯筑砌補等傳統(tǒng)工藝保護措施。

甘肅省文物局副局長仇健說，當前長城保護正由注重搶救性保護向搶救性與研究性、預防性保護并重轉變。