白鶴梁題刻水下保護與展示提升概述
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作者:鄧佳 蔣銳 黃麒瑾
摘 要：水下文化遺產保護是我國文化遺產保護事業的一項新興課題。白鶴梁水下博物館作為目前國內外唯一的水下博物館，要解決的不僅是題刻原址水下保護，同時還涉及保護水下遺址的結構是否安全、題刻在水下的展示效果是否良好以及題刻所存環境是否適宜等多專業、多學科的系統工程，需要在開放運行中不斷探索。白鶴梁水下題刻也因其保護技術難度大，展示工程復雜，在開放的過程中出現一些不可避免的問題，因此近年來，無論是在保護還是展示利用上，白鶴梁水下博物館集合各方力量和技術，不斷改進和優化，解決白鶴梁題刻水下照明、參觀窗玻璃、潛水維護等瓶頸問題，以期解決白鶴梁題刻在水下保護和展示所出現的問題，為白鶴梁可持續發展奠定基礎。
關鍵詞：白鶴梁題刻；保護利用；展示提升
DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.01.009
0 引言
水下文化遺產就地保護雖然并非唯一的保護方法，但已成為水下文化遺產管理的重要組成部分。將水下遺址留在水底以取代發掘和搬遷，帶參觀者到遺址是展示水下文化遺產的重要方式之一。而將參觀者帶往水下遺址，往往會設計潛水運動。尤其隨著世界范圍內積極參與潛水運動愛好者的人數不斷增加，自然資源與文化資源保護對國家旅游業的影響逐步深入，發展水下文化遺產參觀，創設前往單個遺產的通道是一件可能會創造更大價值的益事。但是潛水運動并不適用所有想親身體驗水下文化遺產的人們。對于大多數人來講，進入博物館是一個更容易接觸和選擇的方式，所以建立水下博物館，實現水下遺產的保護和展示利用，對于公眾參與了解和保護水下文化遺產確實很有必要。埃及一直在計劃修建的亞歷山大港水下博物館，雖然聯合國教科文組織在2013年也派專人推薦這個項目，但遲遲沒有進展，雖然不確定最后是否能真正向公眾開放，但“水下寶藏”對很多人來說都很有吸引力。
白鶴梁水下博物館的修建，就是為了讓這段記載了自唐廣德元年起1200余年間的72個枯水年份水文資料的題刻，讓這座保存完好的世界“第一水文站”和世界罕見的“水下碑林”能夠繼續展示在世人的面前。根據聯合國教科文組織的定義，白鶴梁水下博物館為世界上第一座游客可通過非潛水方式參觀的水下博物館。游客可直接通過乘坐90m的梯到達長江水下38m深處，步入參觀廊道，進入白鶴梁題刻核心區進行參觀①。白鶴梁自開放以來每年公眾接待量達20余萬人，使公眾對水下文化遺產保護與利用的價值有了更深入的認識。
白鶴梁水下博物館開放至今已達10余年，從最初的建成開放僅3天就因水質不清等原因導致無法觀賞題刻，博物館只能停止對外開放，到如今白鶴梁水下博物館全年再無因任何運行問題而閉館，這期間曾出現的如保護體內水質惡劣、藻類滋生、題刻表面生物膜附著、燈光照明效果不佳、鋼構件腐蝕嚴重、參觀玻璃出現“銀紋”等大大小小的問題，通過白鶴梁水下博物館一次一次的努力改進而得以解決。水下照明系統、水下參觀窗、保護體水環境作為實現白鶴梁題刻就地保護及展示利用三大決定性因素，為了讓這一優秀的傳統文化能繼續展示在世人面前，為了白鶴梁水下博物館的可持續發展，筆者將白鶴梁水下博物館10余年在這三個方面的改進優化做詳細介紹。
1 白鶴梁題刻保護及展示利用三大決定性因素
1.1 水下照明系統的優化改進
如何讓世人在水下依然能觀賞到白鶴梁千年石刻，不斷探索改造保護體內水下燈光系統是實現這一愿望的必經之路。白鶴梁自開放以來前后共改進了三次水下燈光照明系統，從最初的滿足基本照明需求到現在的豐富照明效果，每一次改進都是新技術的嘗試、新產品的運用。
1.1.1 第一代照明系統
白鶴梁題刻早期的水下燈光系統安裝是與水下保護工程建設同步進行的。2006年4月，首先完成了LED燈具、照明電纜、電纜穿艙件等題刻保護體內設備的安裝，保護體每組燈由9盞燈具組成，每盞燈具有8顆燈珠，每組功率達216W，整個保護體共安裝150組（圖1）。直到2009年5月，白鶴梁水下保護工作整體完工后，對水下燈光系統整體進行運行調試，當時的照明基本滿足水下題刻的觀賞需求。
但在白鶴梁水下博物館試運行幾個月后，隨著水循環系統等設備的啟用，保護體內的水環境發生了較大變化，照明造成水溫上升，致使大量的藻類植物生長，尤其在燈具周圍，適宜的溫度和光照，藻類繁殖近1米長，同時也造成150組燈具的殼體、安裝支架等鋁合金材質出現了較為嚴重的腐蝕現象。大量的腐蝕物或漂浮在水中形成了白色的絮狀物，或沉積在題刻表面，影響了水的透明度，加快水質惡化，使得白鶴梁題刻展示受到嚴重影響。
1.1.2 第二代照明系統
為盡快解決第一代燈光照明出現的問題，2009年底白鶴梁水下博物館啟動了水下燈光系統的整改工程。采用了當時先進的LED照明技術，使用發光效率更高的LED芯片，優化后的LED燈具結構緊湊小巧，便于水下更換（圖2、圖3）。每盞不銹鋼LED燈具直徑僅150mm，由20顆燈珠組成，功率為60W，單燈能耗下降40％，保護體整體能耗下降50％，節能效果非常顯著。燈具殼體采用不銹鋼和非金屬材料，提高防腐能力，消除了燈具腐蝕及腐蝕物對水體的污染。根據保護體題刻位置合理調整燈光布局，整改工程于2010年3月底完成，整改后水下燈光系統的燈具數量由150盞減少到108盞，題刻保護體內的平均照度仍然保持在350lx以上。
1.1.3 第三代照明系統
白鶴梁水下照明系統經過初次整改，雖然解決了燈具的腐蝕問題，提高了燈具的可維護性，使水下燈光系統的能效也大大提高，但水下燈光系統的設計仍存在以下幾點問題：一是108盞二代燈具均勻地分布在保護罩體內部，保護體內雖照度均勻，題刻可見，但游客在觀賞過程中視覺效果平淡，無法突出保護體內的重點題刻；二是一代、二代水下照明系統都不能對燈具的照度進行調節，無法獨立地操作每一盞燈具，僅能實現簡單的分組開關操作；三是第二代照明系統光源單一且投射光線的直線性差，同時較大的光束角使得題刻字跡上無明顯的光影對比效果，題刻的展示效果平淡，無法滿足公眾對題刻觀賞的需求；四是根據重慶大學近幾年對白鶴梁題刻水環境現狀的分析，發現光照引起的水溫上升是導致白鶴梁保護體內題刻表面生物膜、藻類生長的重要因素之一，而簡單的開關型照明控制方式，導致過多無為的光照，不利于對抑制保護體內藻類的生長和水環境的凈化水質。
2015年白Q梁水下博物館再次進行水下燈光系統改造，建立了水下燈光系統的智能化控制平臺，實現對水下燈光亮度的程序化控制。智能化控制平臺能夠將控制指令發送到系統中的任何一盞燈，能夠獨立地調節、開啟或關閉每一盞燈具，從而能夠圍繞需要展示的重點題刻，配置適當比例的背景光和效果光。將原有的108盞燈具改造更換為新研制的LED背景燈，并加裝20盞LED聚光燈，利用背景燈與聚光燈對10余處重點題刻區域進行互相配光，使用背景光、效果光對題刻進行明暗對比襯托，同時利用光線漸變方式來增強游客觀賞題刻的立體光感，渲染了題刻的表現力、視覺引導力和觀賞震撼力，大大提升了保護體水下題刻的展示效果，同時提高了照明系統的工作效率，減少無謂的照明，達到抑制藻類及題刻表面生物膜生長的目的（圖4、圖5）。
1.2 參觀窗改造
白鶴梁題刻水下參觀廊道是整個原址保護工程的重要組成部分，它安裝于水下保護體內外江側水下導墻上，兩端分別與水平交通廊道相通。在整個參觀廊道上共安裝了23個參觀窗，游客通過這23個參觀窗口來欣賞淹沒于江底的白鶴梁題刻。每個觀察窗都是雙層玻璃結構，內外徑玻璃厚度84mm到88mm，在確保安全的前提下，便于在保護體內蓄水后更換玻璃。最初安裝的參觀窗玻璃自2005年使用至2014年7月，因長期處于高水壓和潮濕的環境中，在2013年底發現玻璃出現“銀紋”，透光性和強度變差，存在一定安全隱患且影響水下題刻展示效果。
為確保參觀廊道的絕對安全及參觀效果，白鶴梁水下博物館隨即開展了參觀廊道觀察窗改造及玻璃更換工程。錦西化工研究院以YB-3航空有機玻璃為基礎，根據白鶴梁題刻展示的特殊性，不斷試驗玻璃制造工藝：一是通過對制造YB-3有機玻璃引發劑種類的優化，找到最優引發劑的用量，最終解決了因白鶴梁參觀窗厚，聚合時間長，制造成功率低的問題；二是選取最優有機玻璃水浴聚合溫度，經反復試驗確定了30℃、12h的低溫水浴，有效解決了有機玻璃炸板的問題，研制出了特殊的有較高抗壓強度、透光性、抗沖擊性和表面硬度的有機玻璃②。使用改良后工藝制作的參觀窗主要技術參數見表1。然而在水下近40m處，更換重近150kg的玻璃尚無任何經驗可以借鑒，亦是一次極大的挑戰。因水下作業難度及風險極高，最終在中船重工第七一九研究所與白鶴梁水下博物館的一起努力下，定制特殊工具，克服種種困難，才順利完成了對參觀玻璃的更換（圖6、圖7）。
1.3 白鶴梁題刻保護的水環境優化
白鶴梁循環水系統是保障白鶴梁題刻在水下可展示的核心因素，水質的好壞直接影響到題刻的展示效果。筆者曾在《白鶴梁題刻保護工程循環水凈化工藝》③一文中對白鶴梁自開放以來的水環境優化改進過程進行了詳細闡述，固此處僅做簡要說明。
1.3.1 改進水循環處理工藝
白鶴梁題刻水下保護工程在建設時同時專門安裝了循環水系統與長江水相通，通過容器內水壓抵消其外部的長江水壓力，對進出容器的長江水進行過濾，以確保水質清澈透明，便于題刻觀賞④。但因外江水濁度高、變化也較急劇，尤其是在長江汛期，導致處理水質較差且循環水系統運行成本高⑤。對此白鶴梁水下博物館為解決這一問題，通過逐步摸索，不斷調整循環水運行方式：一是更改循環水系統補水方式，將最初從江水抽取水的方式更換成江岸上自來水補水，同時抽取保護體內水進行自循環處理。二是優化白鶴梁水處理系統工藝流程，對江岸上的凈化單元增加遮光裝置，隔絕了光照，有效破壞了藻類的生長條件。三是取消原工藝的加藥環節，最初的循環水系統中，PAC等藥劑投加在過濾器前端，使得一些微絮體透過后端的過濾系統進入了保護體，從而增加保護體內水質濁度。取消加藥裝置，可以明顯減少進入保護體內的微絮體，以及減少化學藥劑可能對題刻存在的影響。四是將循環水處理末端精密過濾器原濾芯5μm更換為1μm，進一步提升了經處理后進入保護體的水質。
1.3.2 增加水環境監測系統
白鶴梁保護管理處自2012年開始與重慶大學合作建立了白鶴梁水下文物環境保護科研基地，持續對白鶴梁題刻所處的水環境開展研究。監測方式是通過潛水員進入保護體內，在上、中、下游取出水樣后進行實驗分析，研究結果對白鶴梁水循環處理有一定的指導作用，但有一定滯后性。2016年白鶴梁保護管理處向國家文物局申報了《白鶴梁題刻文物本體和保存環境監測項目》，保護體內水質監測作為該項目的其中一個子項，在2019年完成了安裝。其監測方式是在保護體長軸端中部的工作臺下方安裝一臺水質監測傳感器，通過水下帶屏蔽線纜將信號傳輸至線纜轉接艙內的數據采集設備，采集設備將數據實時傳輸到監測系統平臺。通過實時監測水體濁度、溶解氧、pH值、電導率、溫度等參數，掌握保護體內題刻表面生物膜、藻類等生長規律，及時采取有效措施保持水質健康，抑制生物膜和藻類生長，提升題刻展示效果。
2 結束語
當前白鶴梁題刻的展示以綜合研究為基礎，以文物保護為前提，地面展示與水下展示相結合，全面展現白鶴梁題刻的科學、歷史和藝術價值⑥。
葛修潤院士說：“白鶴梁水下博物館是世界首例，沒有可借鑒的經驗，一切可能出現的問題都要靠我們自己不斷發現、解決?！闭绺鹪菏克f，在國內外尚無同類水文化遺產開放運行管理經驗可借鑒的世界級難題下，白鶴梁保護體出現了水體渾濁、藻類生長、燈光照明不佳等種種問題。10余年來，白鶴梁水下博物館不斷摸索自開放運行以來面臨的各種難題，幸得在各方協助、社會力量支持的情況下，讓白鶴梁運行過程中面臨的困境都逐一克服，使得白鶴梁題刻這一文化瑰寶能在水下繼續璀璨奪目。
注釋
①胡黎明.白鶴梁題刻水環境現狀與水下展示提升問題[J].中國博物館，2015（3）：108-114.
?、卩嚰眩Y銳，楊娟.航空有機玻璃在白鶴梁題刻水下參觀廊道的應用[J].遺產與保護研究，2019（2）：123-126.
?、坂嚰眩盥√?白鶴梁題刻保護工程循環水凈化工藝[J].凈水技術，2016（6）：100-105.
?、堍堇顮枺盾S華.白鶴梁題刻水下保護工程特殊過濾器性能試驗研究[J].給水排水，2005（3）：92-95.
⑥孫華，陳元.涪陵白鶴梁題刻的保護與展示[J].四川文物，2015（6）：72-81.
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