石質(zhì)文物因?yàn)槠錃v史意義和藝術(shù)價值，一直受到社會各界的關(guān)注。然而，石質(zhì)文物在長期的歷史變遷過程中，受自然環(huán)境及人類經(jīng)濟(jì)、社會活動等方面的影響正在遭受著不同程度的破壞。傳統(tǒng)方法雖能在一定程度上保護(hù)石質(zhì)文物，但是，隨著工業(yè)社會的發(fā)展，石質(zhì)文物病害呈現(xiàn)復(fù)雜化和多樣化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)方法由于其技術(shù)等條件的限制，存在對石質(zhì)文物病害診斷不當(dāng)而產(chǎn)生次生破壞的風(fēng)險。科技保護(hù)方法則可以對石質(zhì)文物病害進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與診斷，采用新型科技材料及工藝對石質(zhì)文物進(jìn)行保護(hù)、長期監(jiān)測，進(jìn)而延長石質(zhì)文物的壽命。本文綜述了近年來石質(zhì)文物科技保護(hù)在病害機(jī)制診斷、清洗方法、新型材料、監(jiān)測技術(shù)及信息技術(shù)運(yùn)用等方面取得的重要成果。

一、石質(zhì)文物保護(hù)的相關(guān)研究

1、石質(zhì)文物病害及檢測技術(shù)研究

（1）石質(zhì)文物病害產(chǎn)生原因及破壞機(jī)理

ＷＷ／Ｔ0002—2007《石質(zhì)文物病害分類與圖示》［１］界定了文物表面生物病害、機(jī)械損傷、表面（層）風(fēng)化、裂隙與空鼓、表面污染與變色、彩繪石質(zhì)表面顏料病害、水泥修補(bǔ)７種石質(zhì)文物破壞的類型。近年來也有不少學(xué)者針對石質(zhì)文物病害產(chǎn)生的原因及其機(jī)理展開了詳細(xì)而深入的研究。

謝振斌等［２］通過一系列模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為通過凍融、水解等作用形成的水的運(yùn)動，是砂巖表層裂變、砂巖內(nèi)部化學(xué)成分遷移和鹽類物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要原因。此外，一些有害氣體、苔蘚等生物、可溶性鹽也是崖墓風(fēng)化破壞的關(guān)鍵因素。邵明申等［３］發(fā)現(xiàn)承德避暑山莊的一些砂巖文物上面也產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的風(fēng)化病害，進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室通過對這種砂巖檢測所得的巖石學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等數(shù)據(jù)分析該種砂巖文物的風(fēng)化機(jī)理，發(fā)現(xiàn)巖體內(nèi)的鹽分膨脹及鈣質(zhì)膠結(jié)物的溶解是該種砂巖風(fēng)化剝落及粉化破壞的主要原因。除了ＷＷ／Ｔ0002—2007《石質(zhì)文物病害分類與圖示》載明的病害種類外，其他產(chǎn)生石質(zhì)文物病害的原因也是不容忽視的，張克燮等［４］認(rèn)為水文、氣候、地質(zhì)構(gòu)造等因素在一定程度上也會產(chǎn)生石質(zhì)文物的環(huán)境地質(zhì)病害。金皓［５］通過對寧波地區(qū)氣候、降雨的分析，認(rèn)為溫濕度、凍融、酸雨、風(fēng)沙等外部環(huán)境因素綜合作用是石質(zhì)文物病害產(chǎn)生的重要原因。王翀等［６］從露天石質(zhì)文物風(fēng)化角度，分析了藻類、地衣、苔蘚等生物及復(fù)雜生物群落對石質(zhì)文物的破壞機(jī)理，提出了一些處理和預(yù)防石質(zhì)文物表面生物破壞的方法。

（2）石質(zhì)文物病害檢測技術(shù)

采用一些無損或微損檢測技術(shù)對石質(zhì)文物的病害進(jìn)行科學(xué)診斷是合理制訂石質(zhì)文物保護(hù)方案的前提和基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在石質(zhì)文物保護(hù)領(lǐng)域也運(yùn)用了很多先進(jìn)的檢測設(shè)備和檢測技術(shù)，這些設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用大大提高了對石質(zhì)文物病害診斷的準(zhǔn)確率。

對石質(zhì)文物的檢測工作主要有超聲波無損探傷、電法勘探檢測裂隙等，分析工作有成分分析、晶相分析和力學(xué)狀態(tài)分析等［７］。孫進(jìn)忠等［８］運(yùn)用瑞雷波和超聲透射波對義烏古月橋橋身?xiàng)l石、北京西黃寺抱鼓石和故宮漢白玉欄板進(jìn)行了無損檢測。張志國等［９］運(yùn)用超聲波法對北京出土的乾隆御碑的內(nèi)部損傷情況進(jìn)行了檢測，該種方法甚至可以通過定量探測碑體內(nèi)部裂縫的發(fā)育程度及其走勢來判斷其風(fēng)化程度。楊雋永等［１０］用Ｘ射線衍射（ＸＲＤ）對新昌大佛寺石塔礦物成分、密實(shí)度、孔隙率等理化性能進(jìn)行檢測，用超聲波測量儀、回彈儀和劃痕儀進(jìn)行石塔風(fēng)化程度的檢測，采用便捷式熒光儀配合Ｘ衍射儀檢測石塔表面風(fēng)化成分；同時，通過測量基因序列后與全球基因數(shù)據(jù)庫比對來分析微生物的種屬關(guān)系，進(jìn)而為合理設(shè)計石塔修復(fù)方案奠定了基礎(chǔ)。張新鵬等［１１］在對花山巖畫勘察分析的同時進(jìn)行了聲波測試，對采集的巖體波速和開裂厚度的數(shù)據(jù)進(jìn)行了建模、擬合，隨后定量計算出巖體風(fēng)化厚度，進(jìn)而找出該類巖體開裂的主要原因。張中儉等［１２］利用三維掃描結(jié)合超聲波技術(shù)對承德避暑山莊部分不規(guī)則形狀的石質(zhì)文物的裂隙發(fā)展深度進(jìn)行了無損定量檢測。此外，方云等［１３］用探地雷達(dá)來檢測龍門奉先寺大佛的裂隙，該技術(shù)因其具有精度高、無損和快速的特點(diǎn)而極大程度地簡化了對一些隱藏巖體裂隙和巖洞的調(diào)查工作，有利于對一些不易取樣的石質(zhì)文物開展科學(xué)研究。孫亞麗等［１４］在衢州古城墻采集多塊不同巖性的巖石，然后在同等風(fēng)化條件下進(jìn)行了風(fēng)化速度及風(fēng)化剝落深度的研究，進(jìn)而定量得出了砂巖、礫巖等７種巖石抗風(fēng)化能力大小的關(guān)系，為石質(zhì)文物風(fēng)化病害診斷提供了理論依據(jù)。黃志義等［１５］在研究北魏宣武帝景陵地下墓室時，認(rèn)為雷達(dá)與紅外熱成像技術(shù)兩者相結(jié)合對墓室滲水病害的檢測與治理有良好效果。張慧慧［１６］通過在實(shí)驗(yàn)室模擬巖石滲水情形，驗(yàn)證了可以用紅外熱成像法對大型石質(zhì)文物病害等級進(jìn)行劃分的設(shè)想。周霄等［１７］從溫度分布角度，對承德永佑寺避暑山莊后序碑進(jìn)行紅外探測，借助24ｈ內(nèi)溫度場的變化圖像分析其內(nèi)部裂隙及水分狀況，進(jìn)而測出碑體內(nèi)部裂隙走向，為后序碑的穩(wěn)定性保護(hù)提供了依據(jù)。

2、石質(zhì)文物的主要清洗方法

一般而言，石質(zhì)文物表層的污染物在一定程度上展現(xiàn)了其悠久的歷史，應(yīng)該將其保留下來。但是，在當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)和環(huán)境污染日益加劇的情形下，石質(zhì)文物和古建筑表面污垢的沉積病害對其本體石材的壽命造成了極大的威脅。在這種情況下，清洗便是石質(zhì)文物和古建筑保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。

石質(zhì)古建筑和文物具有特殊價值，在清洗前要做好充分的準(zhǔn)備工作，確保在不對其產(chǎn)生副作用的前提下達(dá)到一個科學(xué)合理的清洗效果。陸文寶［１８］認(rèn)為，在對石質(zhì)文物清洗前應(yīng)做好石質(zhì)文物環(huán)境調(diào)研，對石質(zhì)文物劣化情況進(jìn)行分析，分析污垢類型并選取合適的清洗方法，然后進(jìn)行清洗試驗(yàn)等一系列工作。

目前，石質(zhì)文物清洗方法有手工、物理、化學(xué)清洗和吸附脫鹽技術(shù)等［１９］。張秉堅(jiān)等［２０］主要介紹了幾種常用的清洗方法，如水清洗、化學(xué)清洗、洗粒子噴射和激光清洗。水清洗法包括水浸泡、高低壓噴淋、噴射霧化蒸氣等。化學(xué)清洗方法主要有螯合法、生物法、吸附材料和貼敷技術(shù)、表面活性劑法等，因?yàn)榉筚N法具有耗用藥試劑量少、易于在垂直面和頂面敷貼、時間可控等特點(diǎn)，所以它是大體量石質(zhì)文物化學(xué)清洗的一種重要方法［２１］。粒子噴射清洗作為一種物理清洗方法，具有清洗效率高、可控度好及無化學(xué)殘留等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理主要是在微粒子沖擊作用下使污垢層直接從石材表面剝離或者微粒子沖擊運(yùn)動將污垢磨損去除，因此，對表面簡單的積塵、土銹及其鈣化結(jié)殼等無機(jī)形態(tài)的污染物，清洗效果比較好［２２］。激光清洗污染物范圍廣泛，且具有無損、精度高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)［２３］，其清洗原理是激光照射在污垢表層，在污染微粒或表層吸收能量后，產(chǎn)生汽化或光分解等作用，進(jìn)而達(dá)到清洗污垢的效果［２４］。此外，葉亞云等［２５］研究了在激光輻照下砂巖的損傷程度，先試驗(yàn)性地用激光清除砂巖表層墨跡污垢，得到了一些激光清洗的參數(shù)并且總結(jié)了能夠達(dá)到最佳激光清洗效果的方法，隨后在四川綿陽碧水寺進(jìn)行了外場實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而證實(shí)激光能安全有效清洗煙熏污垢。齊揚(yáng)等［２３］也在云岡石窟驗(yàn)證了激光清洗的效果。

3、石質(zhì)文物的相關(guān)保護(hù)材料

石質(zhì)文物具有特殊的歷史文化價值，且具有不可再生性，因此，在對石質(zhì)文物加固保護(hù)之前，應(yīng)結(jié)合所保護(hù)石材特征仔細(xì)了解保護(hù)材料的物理化學(xué)性質(zhì)，謹(jǐn)慎選取保護(hù)材料。

目前，應(yīng)用于石質(zhì)文物修復(fù)的無機(jī)材料有氫氧化鋇、石灰水等灌漿加固材料，以及油、蠟等表面封護(hù)劑，常用于石質(zhì)文物保護(hù)的有機(jī)材料主要有環(huán)氧、丙烯酸類樹脂和有機(jī)硅樹脂等。劉佳等［２６］對各種無機(jī)、有機(jī)材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比。無機(jī)材料，如石灰水、氫氧化鋇、硅酸鹽加固材料，以及油、蠟表面封護(hù)劑，能在巖石表面形成保護(hù)層，但對巖石內(nèi)部的保護(hù)作用并不大，彈性、疏水性、黏結(jié)力等性能并不理想；環(huán)氧樹脂，能在常溫常壓下固化，黏結(jié)性強(qiáng)、收縮性小、耐霉菌，是較強(qiáng)的抗化學(xué)溶劑，但耐候性、疏水性及滲透性差，易堵塞水蒸氣的流通，紫外線照射后易變黃；丙烯酸樹脂，有良好的耐侯性、疏水性、成膜性，且附著力好，但形成的膜非常脆，耐堿性、耐候性差。有機(jī)材料，如有機(jī)硅樹脂，有良好的滲透性、憎水性、耐候性、呼吸透氣性，但附著力較差，固化溫度高，固化時間長，保護(hù)膜易破裂；有機(jī)氟聚合物，有優(yōu)良的防水、抗氧性能，耐紫外線、耐酸堿、耐粘污，具有超耐候性，但附著力和耐低溫性、透氣性差，且價格昂貴。

近年來，隨著社會對石質(zhì)文物的重視，不少機(jī)構(gòu)也研制出了一些用于石質(zhì)文物保護(hù)的復(fù)合材料和新型材料。洪坤等［２７］認(rèn)為仿生無機(jī)材料因?yàn)榫哂辛己玫哪湍バ浴⑹杷笟庑浴h(huán)境友好性等特點(diǎn)，在石質(zhì)文物保護(hù)方面具有較好的研究價值與應(yīng)用價值。劉玉榮等［２８］介紹了介孔材料具有較高的比表面積和規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)，且介孔涂層材料應(yīng)用于石質(zhì)文物保護(hù)具有良好的透水性和疏水性，較強(qiáng)的抵抗酸雨的能力及無裂縫等優(yōu)點(diǎn)，但是，在目前的應(yīng)用過程中還存在著介孔涂層的有序度不是很高、孔徑分布范圍較寬等缺點(diǎn)。范敏等［２９］認(rèn)為有機(jī)硅具有較好的黏結(jié)性、疏水透氣性，優(yōu)良的耐候性、保光性等特點(diǎn)，對石質(zhì)文物的加固和抗風(fēng)化都能起到較好的作用，但是，受巖石濕氣的影響，有機(jī)硅易產(chǎn)生輕微變色，其抗老化性能需進(jìn)一步改善。王麗琴等［３０］研制了一種納米ＴｉＯ２改性石質(zhì)文物防水材料，通過在重慶大足石刻上的試驗(yàn)，證明該種材料耐鹽性、透氣性及耐光性等比改性前有顯著改善，并且可以長期保持它良好的憎水性。

4、石質(zhì)文物監(jiān)測技術(shù)

石質(zhì)文物的監(jiān)測主要用于了解現(xiàn)存石質(zhì)文物的保存狀況，石質(zhì)文物本體材料風(fēng)化速度，以及風(fēng)化到何種程度需要預(yù)警。同時，監(jiān)測石質(zhì)文物的各項(xiàng)理化數(shù)據(jù)，對其未來病害發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，并在監(jiān)測過程中采取措施及時干預(yù)以減少不利因素對石質(zhì)文物的破壞，對石質(zhì)文物實(shí)施動態(tài)保護(hù)，從而大大降低破壞后修復(fù)的風(fēng)險和成本。此外，對石質(zhì)文物定期進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測也可以對某些材料和技術(shù)的修復(fù)效果進(jìn)行跟蹤檢驗(yàn)，以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)石質(zhì)文物修復(fù)或其他石質(zhì)文物的修復(fù)提供技術(shù)支撐。

目前，對石質(zhì)文物的監(jiān)測主要側(cè)重于對石質(zhì)文物力學(xué)性能監(jiān)測、本體材料監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等方面。如呂恒柱［３１］通過建立蘇州虎丘古塔監(jiān)測數(shù)據(jù)庫及古塔變形的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果輸出古塔沉降觀測曲線、形變趨勢預(yù)測圖、超警戒線異常點(diǎn)等數(shù)據(jù)圖表，科學(xué)直觀地對虎丘古塔進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警。周偉等［３２］對頤和園佛香閣進(jìn)行激光掃描，然后進(jìn)行整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接，并對通天柱用橢圓方程進(jìn)行擬合，進(jìn)而對其傾斜偏移等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，為古建筑精細(xì)化保護(hù)奠定了基礎(chǔ)。葛琴雅等［３３］采用一種優(yōu)化后的ＡＴＰ生物發(fā)光法，在文物的現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行抑制菌效力測試；同時，該方法還可以監(jiān)測藥劑在文物上的殘留情況，進(jìn)而為石質(zhì)文物微生物病害的科學(xué)治理提供依據(jù)。孟誠磊［３４］利用表面粗糙度儀、紅外熱成像儀等一系列先進(jìn)設(shè)備對靈隱寺雙經(jīng)幢進(jìn)行了表面風(fēng)化和水遷移活動的監(jiān)測，得出該雙經(jīng)幢風(fēng)化和微生物污染嚴(yán)重的結(jié)論，進(jìn)而建議進(jìn)行清理修復(fù)；對麗水市延慶寺塔進(jìn)行砂漿強(qiáng)度監(jiān)測，得出砂漿強(qiáng)度和塔身傾斜具有相關(guān)性的結(jié)論；還對龍德寺塔修補(bǔ)前后砂漿強(qiáng)度和成分進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而證明其修補(bǔ)材料的合理有效性。方云等［３５］采用位移傳感器及三芯應(yīng)變片、小型氣象站、ＭｉｎｉＴｒａｓｅ等設(shè)備，采集位移、力學(xué)、溫濕度、土體濕陷性等數(shù)據(jù)，對唐順陵天祿石雕進(jìn)行了變形監(jiān)測，并通過對比分析不同因素與石雕形變的相關(guān)性來判斷天祿石雕裂隙的變形方式，確定影響石雕穩(wěn)定性的最不利因素，從而為搶救保護(hù)該石質(zhì)文物提供了科學(xué)依據(jù)。崔亞平［３６］通過設(shè)置相應(yīng)的傳感器采集溫濕度、太陽輻射強(qiáng)度、紫外線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，對廣州南越王墓進(jìn)行了長達(dá)３年的環(huán)境監(jiān)測，通過分析得知，與潮濕相比，濕差對于墓室?guī)r石造成的危害更大，溫差、紫外線、照度也對石質(zhì)墓室風(fēng)化起一定作用，進(jìn)而提出通風(fēng)、除濕、空調(diào)等控制手段綜合配合來維持氣候狀況的穩(wěn)定性，同時，對光棚進(jìn)行針對性的改造來減少光照、紫外線對墓室的破壞；但是，監(jiān)測過程中也存在不能實(shí)時獲取數(shù)據(jù)、監(jiān)測指標(biāo)較少、缺少與監(jiān)測相匹配的數(shù)據(jù)系統(tǒng)等問題。

5、現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用

隨著社會的進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)等逐漸與石質(zhì)文物保護(hù)緊密結(jié)合起來，這些信息技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用為石質(zhì)古建筑和石質(zhì)文物的科技保護(hù)起到了積極的推動作用，有利于石質(zhì)文物的數(shù)字化保護(hù)，以及延長石質(zhì)文物的壽命。

近年來，有不少專家學(xué)者將現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)用于石質(zhì)文物的搶救性保護(hù)，取得了顯著成效。如李樹坤等［３７］對石質(zhì)文物三維掃描的方法和原理進(jìn)行了介紹，并結(jié)合具體工程提出了三維激光掃描技術(shù)在石質(zhì)文物精確三維量算、虛擬修復(fù)、變化檢測等方面的應(yīng)用。何勇［３８］介紹了在云岡石窟的保護(hù)工程中，運(yùn)用ＧＩＳ、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、三維掃描等技術(shù)對石質(zhì)文物本體進(jìn)行永久化的數(shù)字保護(hù)。陶濤［３９］設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了重慶大足石刻千手觀音造像三維展示系統(tǒng)，隨后實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸控等常用的幾種三維模型的交互技術(shù)。馬文武等［４０］通過對某工程土建施工中發(fā)現(xiàn)的石碑高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基于閾值的最小噪聲分離變換，提取了原始影像中模糊不可見人偶圖像，并對其顏料成分進(jìn)行了分析，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為后期石碑的修復(fù)和研究提供了依據(jù)。葛懷東等［４１］引入自適應(yīng)三維重建系統(tǒng)與三維全景空間測量技術(shù)，構(gòu)建南朝陵墓石刻數(shù)字化保護(hù)方案，為以后石質(zhì)文物的保護(hù)與研究提供了依據(jù)。此外，意大利佛羅倫薩大學(xué)的ＰｉｅｒｏＢａｇｌｉｏｎｉ等［４２］提出了構(gòu)建一個關(guān)于文物保護(hù)的多媒體數(shù)字圖書館的設(shè)想，可以將所保護(hù)文物的各種信息，特別是對其修復(fù)保護(hù)的各種圖片、錄像等資料實(shí)時錄入到該數(shù)字平臺，為文物的后續(xù)保護(hù)提供可靠依據(jù)。