青銅器修復(fù)中的新理念與新方法探索

王大霖 李延利 王鑫光

摘要：為了減少青銅器修復(fù)中的保護(hù)性損傷以及提高青銅器保護(hù)修復(fù)的效率，通過(guò)使用三維技術(shù)對(duì)陜西省甘泉縣博物館館藏的斷腿青銅馬、殘損簡(jiǎn)化獸面紋鼎開(kāi)展修復(fù)實(shí)踐，旨在豐富博 物館展陳內(nèi)容的同時(shí)，以此為例進(jìn)一步探索青銅器修復(fù)中的新方法和新理念。本次修復(fù)實(shí)踐不僅對(duì)今后利用三維技術(shù)在其他材質(zhì)文物的修復(fù)工作方面具有借鑒價(jià)值，還對(duì)以文物價(jià)值修復(fù)為導(dǎo)向的新理念進(jìn)行了探索，同時(shí)論證三維技術(shù)未來(lái)將在文物修復(fù)方面發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：甘泉縣青銅器；三維技術(shù)；文物修復(fù)

我國(guó)的青銅文化歷史悠久，存世青銅器數(shù)量巨大，但損壞情況復(fù)雜。若只是按照傳統(tǒng)修復(fù)方法進(jìn)行修復(fù)，則有些青銅器無(wú)法達(dá)到理想的修復(fù)效果。而包括三維掃描技術(shù)和三維打印技術(shù)在內(nèi)的三維技術(shù)，是近些年先進(jìn)的高精度無(wú)損傷式立體掃描技術(shù)及增材制造技術(shù)的總稱(chēng)，在諸如工業(yè)技術(shù)、人體醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。以三維掃描技術(shù)為基礎(chǔ)形成的虛擬修復(fù)技術(shù)，不僅能夠使青銅器的修復(fù)效率和容錯(cuò)率顯著提高，減少對(duì)青銅器的保護(hù)性損傷，還能豐富博物館的展陳形式與內(nèi)容，從而提升展出文物與觀眾的交互性。

一、三維技術(shù)及其在文物修復(fù)中的應(yīng)用

三維掃描技術(shù)的原理是利用激光掃描儀對(duì)物體發(fā)射激光，收集反射信號(hào)獲得目標(biāo)物表面大量點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，從而快速建立起目標(biāo)物三維數(shù)據(jù)模型的一種自動(dòng)化掃描技術(shù)[1]。三維打印技術(shù)又稱(chēng)增材制造技術(shù)，其基礎(chǔ)原理就是基于目標(biāo)物的三維數(shù)據(jù)模型，使用某些特定材料對(duì)實(shí)物進(jìn)行從下至上逐層堆積打印，從而區(qū)別于傳統(tǒng)的“減材制造”，具有縮短制造周期、節(jié)約成本和一體化生產(chǎn)復(fù)雜產(chǎn)品等優(yōu)勢(shì)。因此，通過(guò)掃描青銅器的殘缺外形形成數(shù)據(jù)模型，制作出相對(duì)應(yīng)的缺塊，將缺處填補(bǔ)之后再進(jìn)行做舊，從而達(dá)到補(bǔ)缺的目的[2]。

三維技術(shù)在文物信息采集方面具有多方面優(yōu)勢(shì)：無(wú)損性、效率高且準(zhǔn)確性大，能夠無(wú)間斷作業(yè)[3]。而快速成型技術(shù)是在經(jīng)三維掃描形成的文物三維虛擬模型上，通過(guò)使用粉末金屬或者其他具有黏合性的材料形成所需的造型，這一技術(shù)在文物復(fù)制和修復(fù)等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。例如1999年發(fā)現(xiàn)于意大利阿爾卑斯山脈奧茨山谷的“奧茨人”的頭骨復(fù)制工作[4]；再如上海博物館由于館藏的出土象牙無(wú)法滿(mǎn)足展陳需要，便通過(guò)三維掃描技術(shù)與三維打印技術(shù)進(jìn)行了成功復(fù)制，既滿(mǎn)足了博物館與觀眾的需求，也不會(huì)對(duì)象牙文物本身造成損傷[5]；還有卜為民先生利用三維掃描技術(shù)與快速成型技術(shù)成功復(fù)制了新石器時(shí)代早期的陶器[6]。可以說(shuō)，在文物復(fù)制領(lǐng)域，通過(guò)三維掃描技術(shù)將文物的整體信息全面數(shù)據(jù)化，再經(jīng)三維打印技術(shù)將文物完美地復(fù)制出來(lái)，這不僅使修復(fù)后的文物更加忠于原型，還可復(fù)制一些難以在博物館進(jìn)行展陳的文物或者具有重大價(jià)值意義但無(wú)法繼續(xù)保存的文物，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法無(wú)法復(fù)制文物的缺憾。

而在文物修復(fù)領(lǐng)域，最早在1996年至2001年，德國(guó)美因茨州立博物館、德國(guó)考古研究所與埃及博物館合作，將激光掃描應(yīng)用于獲取2件古埃及銅塑的全部三維數(shù)據(jù)[7]；20世紀(jì)90年代，德國(guó)美因茨州立博物館還與陜西省考古研究院合作，對(duì)一件被盜的中國(guó)慈善寺唐代菩薩頭像開(kāi)展復(fù)原工作[8]。

三維技術(shù)在文物修復(fù)領(lǐng)域中發(fā)揮的巨大作用，主要集中于殘缺文物碎片的拼接以及殘缺文物缺損部位的復(fù)原。在這兩個(gè)修復(fù)領(lǐng)域中，若使用傳統(tǒng)修復(fù)技藝，不僅修復(fù)周期長(zhǎng)、成本高、效率低且易造成二次損傷，不適合我國(guó)青銅文物的修復(fù)需要。因此，目前在文物破碎殘片的拼接方面，更多的學(xué)者都把注意力放在斷裂面的文物碎片數(shù)字化匹配拼接算法上[9-10]，這不僅能夠有效避免在匹配連接過(guò)程中出現(xiàn)鄰接碎片相互滲透的現(xiàn)象，還解決了在破碎文物碎片較多且形狀多樣的困難條件下，傳統(tǒng)修復(fù)方法很難完成的匹配拼接問(wèn)題[11]。

在以往的殘缺部位修補(bǔ)中，都是基于缺塊堆成部位的整體外形和紋飾進(jìn)行推算，以及依賴(lài)于文物修復(fù)工作者的長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)，從而進(jìn)行殘缺部位的補(bǔ)配修復(fù)，因此不可避免地會(huì)出現(xiàn)修復(fù)失敗的情況。而在修復(fù)失敗后會(huì)對(duì)殘缺部位進(jìn)行重拆，或者對(duì)器物進(jìn)行打磨、矯正，這個(gè)過(guò)程會(huì)對(duì)文物造成損害以及丟失文物的原始信息。同時(shí)，由于人工因素會(huì)導(dǎo)致文物的修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。三維打印技術(shù)的使用無(wú)疑能夠避免上述問(wèn)題。三維技術(shù)應(yīng)用于文物補(bǔ)配修復(fù)中，一般將缺塊類(lèi)型分為片狀、跨區(qū)域和結(jié)構(gòu)性缺塊：片狀缺塊是指缺失部位在青銅器上還存有相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)；跨區(qū)域缺塊是指缺失區(qū)域?qū)ΨQ(chēng)性結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的丟失，無(wú)法在青銅文物上尋找到對(duì)稱(chēng)信息；結(jié)構(gòu)性缺塊是指具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu)的缺失[12]。因而缺損部位的還原其實(shí)質(zhì)就是尋找文物幾何相似性的問(wèn)題，即文物本體中具有對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)或者文物之間的相似性特征。通過(guò)這些特征對(duì)文物進(jìn)行有依據(jù)的修復(fù)，使得被修復(fù)的文物能夠忠于原型、保持原貌。因此，利用三維技術(shù)對(duì)文物進(jìn)行掃描后形成破損文物的數(shù)字化模型，經(jīng)過(guò)軟件設(shè)計(jì)并結(jié)合修復(fù)專(zhuān)家意見(jiàn)，調(diào)試出符合器物整體外形特點(diǎn)的殘塊，再結(jié)合快速成型技術(shù)將其真實(shí)補(bǔ)配。這樣不僅能夠提高文物修補(bǔ)中對(duì)器物精度的要求，使器物更加符合原狀，還可避免傳統(tǒng)接觸式采集器物信息以及傳統(tǒng)修復(fù)技藝對(duì)器物本體造成的二次破壞。同時(shí)，由于三維掃描的精確性和三維打印的快速性，所制作的殘缺部位不僅原真性好且制作效率高，有力降低了器物補(bǔ)配時(shí)間，提高了文物修復(fù)效率，這對(duì)于我國(guó)急需修復(fù)、數(shù)量巨大的青銅器而言，無(wú)疑是較好的方法。

在博物館展陳方面，將修補(bǔ)之后的青銅器與三維掃描形成的殘缺青銅器的數(shù)字化模型進(jìn)行對(duì)比展示或者形成視頻影像，這些動(dòng)態(tài)過(guò)程強(qiáng)化了觀眾的觀展體驗(yàn)，提高了觀眾與陳列器物之間的交互性，提升了文物的展出效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)展覽的單調(diào)性。除此之外，減少實(shí)物的流通頻率，降低自然損耗，從而保護(hù)文物無(wú)疑是其最大的意義[13]。

二、三維技術(shù)應(yīng)用于甘泉縣青銅器的修復(fù)工作

（一）傳統(tǒng)青銅器補(bǔ)配修復(fù)方法介紹

在傳統(tǒng)的青銅器補(bǔ)配修復(fù)中，有兩種方法是經(jīng)常使用的，即銅條編織法和打制法。編織法是先將銅條按經(jīng)緯線(xiàn)進(jìn)行編織，后采用小銅片進(jìn)行填補(bǔ)焊鑄，再進(jìn)行協(xié)色做舊處理（圖1）。但銅條編織法具有很大的不足：首先，其采用多次焊接的方式，沒(méi)有形成統(tǒng)一的整體，在出現(xiàn)病害后很難再對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，且不利于器物的后續(xù)保存；其次，受主觀因素影響，對(duì)具有圓弧形特征的器物很難進(jìn)行修復(fù)，易導(dǎo)致修復(fù)失敗，從而對(duì)器物本體造成更大的損傷。

打制法是先用紙托在青銅器缺塊處的反面，用筆描畫(huà)出缺失部位的輪廓后，將其放在銅葉或銅板上進(jìn)行對(duì)應(yīng)的裁剪，后經(jīng)打、焊接等機(jī)械操作將其修補(bǔ)（圖2）。打制法相對(duì)于銅條編織法而言無(wú)疑是進(jìn)步的，其一體化的打制不僅減少了焊接的次數(shù)，還使得力學(xué)強(qiáng)度均勻，有利于后續(xù)的器物保存。當(dāng)然，打制法也有相應(yīng)的不足：首先，其打制程度過(guò)于依賴(lài)修復(fù)師的技藝水平，且由于打制原因?qū)е滦迯?fù)效率較低；其次，還可能引入新的錫，影響器物的后續(xù)保存。

由于上述兩種傳統(tǒng)的修復(fù)方法都存在不足，因此，我們從甘泉縣出土的青銅器中選取兩件器物進(jìn)行修復(fù)新方法和新理念的探索。

（二）銅馬、銅鼎概況

1.銅馬

甘泉縣共出土有銅馬2件，實(shí)心圓雕，銅體素面，形制相同。其中一只銅馬的兩前腿殘缺，馬尾脫落，呈站立狀，體型健碩，四肢粗短；馬身較長(zhǎng)，頭部較小，眼睛圓睜，口鼻微張，兩短耳直立向前，鬢毛短直，長(zhǎng)尾下垂；馬的背部有一橢圓形背墊，背部中間自腰部到尾部有一條脊線(xiàn)[14]。為了使銅馬更好地滿(mǎn)足考古研究以及博物館展陳的需要，也為了使銅馬的修復(fù)效果更加理想，我們采用三維掃描技術(shù)和三維打印技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)整，設(shè)計(jì)和打印出符合銅馬形態(tài)的殘缺腿和馬尾，使修復(fù)后的銅馬形象更加符合“保持原狀”之原則。

2.銅鼎

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在甘泉縣共出土簡(jiǎn)化獸面紋鼎3件，形制相似但大小遞減，且都處于殘缺狀態(tài)[15]。而利用三維技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)研究的是一件殘存四分之三的銅鼎，其有兩處缺損部位要進(jìn)行修補(bǔ)，分別是耳缺處和鼎中部口沿處。由于其上腹部有一圈寬4厘米的凸起帶，以及其上與雙足之間的對(duì)應(yīng)處飾有3組由扉棱與乳釘組成的簡(jiǎn)化獸面紋，并且根據(jù)對(duì)稱(chēng)性原理，以及與其他兩件銅鼎的對(duì)照，缺損部位不僅要具有一定的紋飾，修補(bǔ)之后的器耳還要與原耳相對(duì)稱(chēng)。因此，使用傳統(tǒng)的修復(fù)手法對(duì)這件器物進(jìn)行補(bǔ)配具有一定的操作難度，這不僅會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，還可能對(duì)器物造成嚴(yán)重的二次傷害。

三、銅馬、銅鼎修復(fù)過(guò)程

在這兩件青銅文物的修復(fù)過(guò)程中，我們都是首先使用先臨公司生產(chǎn)的Einscan Pro2020型掃描儀對(duì)殘缺青銅器進(jìn)行三維模型信息采集，再利用各種軟件進(jìn)行青銅器現(xiàn)狀模型的修整與矯形以及青銅器的虛擬修復(fù)，后使用形優(yōu)公司所生產(chǎn)的formlab form3型打印設(shè)備，并采用光敏樹(shù)脂材料進(jìn)行青銅器殘缺部位的打印制作。由于這兩只銅馬的前足都?xì)埲?，屬于跨區(qū)域缺塊，沒(méi)有幾何特征及相似性結(jié)構(gòu)作為依據(jù)，我們無(wú)法得知兩只前腿的具體形態(tài)，只能根據(jù)銅馬站立形態(tài)、力學(xué)穩(wěn)定性，以及迄今為止出土最早的西周銅馬——盠駒尊（圖3），從而在軟件上制作出馬的虛擬前足模型，并將其打印。由于銅馬的特殊性，我們拋棄了傳統(tǒng)的焊接方式，而是采用插拔式的新型連接方式。使用新方法對(duì)銅馬的修復(fù)不僅能夠生動(dòng)復(fù)原馬的立體形態(tài)（圖4、圖5），并且這種可拆卸的馬足還兼顧了器物的完整形態(tài)及完美契合了可逆性的修復(fù)原則，從而豐富了博物館的展陳內(nèi)容。

從修復(fù)前后的對(duì)比（圖6、圖7）中可以看出，打印出來(lái)的模型殘片與青銅本體結(jié)合緊密，左耳殘片具有良好的對(duì)稱(chēng)性，右側(cè)腰部至口沿殘片上的乳釘與扉棱清晰可見(jiàn)，基本符合青銅器的本體原有紋飾，保證了銅鼎的原貌性。與此同時(shí)，我們按照原配方、原工藝的方法將缺損部位模型進(jìn)行翻模鑄造。由于鑄造的銅片與銅鼎本體有著很好的鉚合度，因此我們拋棄了傳統(tǒng)的錫焊接方式，采用卡扣式的連接方式將鑄造的銅片與銅體連接（圖8、圖9）。這種方式，一方面使得銅鼎的完整形態(tài)得以復(fù)原，另一方面相較于傳統(tǒng)方法引入大量的新錫而言，這有利于銅鼎的后續(xù)保存。更為重要的是，由于卡扣都是在新鑄造的銅片上，最大限度地減少對(duì)于青銅器本體的破壞，達(dá)到了最大可逆性。

與傳統(tǒng)的修復(fù)方法相比，三維技術(shù)對(duì)于文物補(bǔ)配的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。不僅僅在于效率高、修補(bǔ)效果明顯，而且由于補(bǔ)配模型的可拆卸性，在博物館展陳中不僅能夠提供更多的展陳內(nèi)容，還能夠從觀感上讓觀眾更好地了解到文物背后更多的深意，從而提升文物與觀眾之間的交互性。

四、結(jié)論

在青銅器的傳統(tǒng)修復(fù)方法中，不論是打制法還是銅條編織法，在其修復(fù)步驟中都會(huì)進(jìn)行矯形、焊鑄、打磨等操作，對(duì)青銅器本體損壞都比較大。同時(shí)，由于部分精美的青銅器上有銘文或者花紋，根據(jù)青銅器的對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的修復(fù)技藝很難對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，并確保其與原物保持一致性。除此之外，由于青銅器的數(shù)量龐大且保存環(huán)境不一，導(dǎo)致青銅器的破壞情況不同，傳統(tǒng)的修復(fù)方法在解決諸如破損部位修復(fù)、復(fù)雜文物復(fù)制等問(wèn)題上面臨很大的困難。而三維技術(shù)的發(fā)展為青銅器的傳統(tǒng)修復(fù)開(kāi)辟了一種新的思路，通過(guò)對(duì)青銅器的三維掃描獲得青銅器整體的三維數(shù)據(jù)，再根據(jù)不同的缺塊如區(qū)域性缺塊、結(jié)構(gòu)性缺塊、片狀缺塊等，經(jīng)過(guò)軟件上的修改進(jìn)行虛擬缺塊補(bǔ)配。同時(shí)，在考古或者修復(fù)專(zhuān)家的指導(dǎo)下進(jìn)行修改，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入打印設(shè)備將其打印，獲得缺塊成品，從而更快也更精確地對(duì)文物進(jìn)行修補(bǔ)。

當(dāng)然，使用新方法的前提是要有新理念的引導(dǎo)。在傳統(tǒng)文物修復(fù)的早期階段是以提高文物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為主，修復(fù)后的青銅器能夠大大提升其商業(yè)價(jià)值。因此產(chǎn)生“修舊如舊、恢復(fù)原貌”的修復(fù)理念，即務(wù)必使修復(fù)之后的青銅器達(dá)到“以假亂真”的狀態(tài)，注重的是形態(tài)、面勢(shì)上的一致。

而重視文物價(jià)值的修復(fù)理念則主要集中于獲取文物的制作技藝、藝術(shù)價(jià)值等，并且根據(jù)不同的研究目的進(jìn)行不同方式的修復(fù)。

在本次修復(fù)實(shí)踐中，我們一方面通過(guò)使用三維掃描技術(shù)最大限度地保證銅鼎、銅馬的原貌性，這一點(diǎn)也充分體現(xiàn)出保持原貌的修復(fù)理念；另一方面，通過(guò)使用便攜式X射線(xiàn)熒光光譜分析儀測(cè)定銅鼎的銅錫鉛比例，按照原配方、原工藝進(jìn)行銅鼎缺損部位的翻模鑄造，最大限度地保證了器物整體材料的一致性，這一點(diǎn)體現(xiàn)了注重文物價(jià)值的修復(fù)理念；而在最后的做舊環(huán)節(jié)，我們拋棄了傳統(tǒng)的焊接方式，因?yàn)榇蛴〉娜睋p部位殘片的精確度較高。我們將打印出來(lái)的銅鼎殘片利用卡扣連接的方式將其與銅鼎本體連接，這樣不僅使得銅器整體看起來(lái)更為美觀，卡扣或者插拔的連接方式也在不損失文物本體的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足了不同的展陳方式或者內(nèi)容研究需要，也充分保證了銅鼎的后續(xù)保存。銅鼎的缺損部位復(fù)原這一修復(fù)過(guò)程則充分體現(xiàn)出傳統(tǒng)修復(fù)技藝與新科技相結(jié)合，并以?xún)r(jià)值修復(fù)為主導(dǎo)的修復(fù)理念。

［此論文研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“館藏脆弱青銅器保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2020YFC1522002）資助，在此一并致謝］

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作者簡(jiǎn)介：

王大霖（2000—），漢族，海南樂(lè)東黎族自治縣人。鄭州大學(xué)歷史學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：考古學(xué)、文物保護(hù)。

李延利（1970—），女，漢族，陜西合陽(yáng)人。大學(xué)本科，漢語(yǔ)言文學(xué)專(zhuān)業(yè)，文博副研究員，研究方向：博物館學(xué)。

王鑫光（1989—），男，漢族，河南濮陽(yáng)人。碩士研究生，科學(xué)技術(shù)史專(zhuān)業(yè)，文博館員，研究方向：文物保護(hù)。