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首都博物馆文物保存环境监控简述

时间:2014-8-19 10:13:19
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何海平

    中国是具有几千年历史的文明古国,拥有悠久的历史和灿烂的文化,考古发掘和传世保存下来的文物品种多,数量大,其中大部分都保存在博物馆内。2002 年至2005 年,国家文物局委托中国文化遗产研究院(原中国文物研究所)组织开展了全国馆藏文物腐蚀损失调查,主要调查馆藏文物的损害情况以及产生损害的原因。经专家组调研和统计分析得出结论,全国共有50.66% 的馆藏文物存在不同程度的腐蚀损害,大部分都是因为保存环境差,如不采取有效措施,有可能造成重大损失。正因为如此,近几年文物预防性保护被专家们经常提起。文物预防性保护的概念最早是在1930 年罗马的国际文物保护会议上提出的,当时主要是指对文物保存环境的控制,尤其是对温湿度环境的控制。如今文物预防性保护概念已经发展到了领导的宏观决策、经费的长期投入、博物馆的选址、博物馆材料的选择、博物馆库房、展厅缓冲间的设置,以及对具体文物所采取的整体环境、保存展示小环境的恒温、恒湿照明、防空气污染、防虫害等多方面,甚至还涉及到考古现场文物的提取技术、工具、运输、包装、安全保卫设施、对自然灾害的预防等方面,作为文物保存、展示的场所,博物馆的环境对于馆藏文物的保存是决定性的因素,对文物寿命的影响很大。馆藏文物环境总体来说主要分为温湿度、光线、噪声、空气质量、微生物等方面。对博物馆文物来说,文物的预防性保护就是对博物馆文物所处的环境进行监控,确保文物处于合适的环境中,从而延缓其老化腐蚀的速度。因此,博物馆文物保存环境的监控非常重要。
    一、 国内外文物保存环境监控研究现状
    目前国内外对文物保存环境的研究比较多,尤其对温湿度环境研究得较深入。在博物馆环境中,温湿度变化是最大的,也是对文物材质的老化起重要作用的。这主要是因为文物是由材料构成的,而材料都是由分子、原子按一定规律排列而成的,这些分子、原子在温湿度不适合或变化较快的环境里,会打破原来的排列规律,使材料老化变质。现在很多博物馆都意识到了温湿度环境对馆藏文物的重要性,采取了相应的温湿度监控措施。上海博物馆吴来明等为全面了解武汉博物馆的文物保存环境现状,科学评价该馆文物库房环境达标试点工程的成效,总结实践经验,服务我国馆藏文物保存环境改善工作,采用相关检测设施和仪器分析手段,针对该馆改造的新文物库房、未改造老库房、文物储藏柜、包装囊盒、陈列展厅、文物展柜内的环境质量,检测了其中的温度、相对湿度、甲醛浓度、板材的木材含水率、可见光照度以及紫外辐照强度等指标,并对环境中的酸性气体和VOC 浓度进行了采样分析。检测研究结果表明,武汉博物馆达标改造工程对库房温湿度和光照水平的控制成效明显,基本达到了文物保护要求;增添使用的文物储藏柜、包装囊盒、活性炭吸附材料等具有一定的微环境调控效果。①由于装饰材料和橱柜材料等散发污染物的影响、恒温恒湿系统的间歇式运转模式、部分老库房和展厅采用无防护自然采光设计等原因,现文物保存环境中还存在主要污染气体浓度普遍偏高、相对湿度呈现短周期性波动、局部光照水平偏高等情况。这是一个博物馆环境监测技术在博物馆应用的例证,至少说明了博物馆环境对文物的重要性和必要性。
    国外对于博物馆大气环境的研究相对较早,从1850 年迈克尔•法拉第(MichaelFaraday)观测到烟尘和气态污染物对伦敦国家博物馆中的油画产生不良影响开始,欧美等国家针对博物馆室内大气环境对文物的影响的研究陆续展开,结果表明,大气颗粒物、SO2 和NOx 等污染物对文物均有不良影响。②③空气质量检测过程中,目前国外采用悬挂试样检测法较多,这种方法是将一种特殊试剂悬挂在博物馆或库房等馆藏文物存放环境中,通过博物馆内有害气体与试剂反应产生颜色、质量等的变化而测量出有害气体的含量。④
    在国内,文物保存和展出环境的空气质量的研究也受到关注。张月玲等对国家博物馆的环境空气质量进行监测,并指出需要重视各种氧化性污染物、酸性污染物的监测和控制,提出创造陈列室、藏品库乃至藏品箱、柜内的最佳小环境是治理改善博物馆环境的有效手段。⑤陈元生等对重庆市、广东省和上海市三家博物馆的空气中污染物进行监测,提出了中国博物馆文物保存环境质量分级标准。该标准建议,文物保存环境中氮氧化物浓度一级标准5μg/m3,二级标准10μg/m3,三级标准20μg/m3 。⑥研究表明,氮氧化物可形成酸性物质,产生臭氧,也可能催化二氧化硫的转化,从而引起纸质文物的酸化,加快染料褪色,加速纸张、纺织品等有机质文物的老化,加速石质文物的风化,金属质地文物的腐蚀也会加速。⑦吴燕等人围绕竹碳对低浓度氮氧化物的净化效果展开研究,以备进一步开发适于文物保存环境空气净化设备。⑧李华等人对秦兵马俑博物馆陶器库房冬季室内空气质量进行监测,采集了大气悬浮颗粒PM2.5 和NH3 的浓度,实时监测了SO2 和NOx 的浓度变化,分析了污染物的组成、影响因素和变化规律,为文物保存环境的监控提供基础数据。⑨
    二、 首都博物馆文物保存环境监控现状
    首都博物馆藏有文物十几万件,很多都是精品,对保存环境的要求也较高。自从2005 年底新馆开放后,首博成立了环境监测组,主要检测文物环境,将文物环境数据报告给物业部,让物业部根据数据调整环境控制设备,确保文物处于合适的环境。根据文物保护的要求,首博现在检测的环境指标有温湿度、光线、可吸入颗粒物、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨气、臭氧、硫化氢、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等。目前采用的环境监测方法主要有五种:1. 采用人工检测的方式,由工作人员带上检测表去库房及展厅等文物保存的地方进行检测,这种方法比较费时费力,且人工进行操作误差较大;2. 通过放置在库房或展柜内的温湿度表进行检测,工作人员只要去抄录表的数值,这种方法也比较费时费力;3. 采用自动记录表,可以存储几万甚至几十万组数据,并能够进行简单的数据分析,但是在下载数据时必须将检测表拿出来操作,影响记录的连续性;4. 采用数据线连接环境检测传感器,通过数据线将环境信息传输到办公室,这种方法需要布线,施工复杂;5. 采用无线监测系统,采用无线电技术将库房及展厅的环境数据直接传送到办公室,不需要去现场检测,既节省了人力,又能实时记录全部数据。检测方法中,第五种方法无疑是最好的,因为既没有复杂的工程,又不需要操作人员去现场操作,建设成本比前三种方法贵,比第四种方法便宜。这五种监测方法在首都博物馆都有应用,且各种不同的环境指标检测方法也不相同。在首都博物馆,环境监测指标最成熟的就是温湿度监测,以上的五种检测方法都有应用。从2005 年底开始对首都博物馆温湿度进行检测,对首都博物馆室外、库房、展厅以及文物展柜内的温湿度变化规律都有较深刻的认识。

图一 2009年2月至2010年2月首都博物馆室外温湿度曲线图

    图一为2009 年2 月至2010 年2 月首都博物馆室外温湿度曲线图。从图一可以看出,室外温湿度变化较大,根据季节变化而变化。其中温度日变化幅度在10℃左右,根据季节的变化而变化,冬天最低温度能到零下,夏天最高温度能到40℃。而相对湿度的变化更加剧烈,且与季节和天气有关。图二为2009 年2 月至2010 年2月方厅三层温湿度曲线图。从图二可以看出,方厅三层温度在20℃左右,比较稳定,相对湿度在50% 左右,总体也比较稳定,只是在十月底到十一月初有一个明显的下降过程,到十一月中旬又恢复到正常水平。从图一和图二比较说明,博物馆内的温湿度环境比室外要稳定得多,基本适合文物的保存。

图二 2009年2月至2010年2月首都博物馆方厅三层文物精品展厅温湿度曲线图

    首都博物馆文物保存环境控制主要依靠中央空调系统和恒温恒湿系统,其原理都是依靠机器生产出符合要求的空气,充入库房、展厅及展柜中,确保文物处于合适的环境中。一般中央空调系统和恒温恒湿系统除了控制温湿度外,还带有空气净化设备,可以提高空气质量。库房及展厅等大空间的环境主要依靠中央空调系统控制,展柜内的环境主要依靠恒温恒湿系统。其中恒温恒湿系统的设备有大有小,但都比中央空调机组要小。大的设备就是一个缩小版的中央空调机组,能精确控制展柜内的温度和相对湿度,功率较大;小的设备体积只有0.05 立方米左右,功率较小,可以放在展柜下面,使用起来非常方便。如圆厅二层和圆厅三层里面的墙柜都是采用恒温恒湿机组,这是因为墙柜空间大,需要恒温恒湿设备的功率也大,小设备无法满足要求,且墙柜底下没有空间存放设备,只能采用恒温恒湿系统。对于独立展柜,毕竟展柜内空间有限,需要的功率也不大,一般采用小型恒温恒湿设备就可以保证展柜内温度和相对湿度。2009 年首都博物馆举办考古展时就使用了恒温恒湿的独立展柜。当时从新疆借展的干尸需要温度在20℃ -24℃,相对湿度在35% 以下,与其他文物的差别很大。而当时展览时间是七、八月份,北京气温高、相对湿度大,很难满足要求。正是采用这种小空间的恒温恒湿独立展柜,使文物处于合适环境,才能保证文物的安全。
    三、 首都博物馆文物保存环境监控研究工作
    首都博物馆自从搬入新馆以来,不但重视文物的保存环境监控,而且重视文物保存环境监控方面的研究工作。在2009 年申报了北京市科委"馆藏文物保存环境监测关键技术研究"课题并获得资助,该课题目的是对馆藏文物环境进行研究,探讨影响馆藏文物的环境因素,研制出适合于博物馆使用的监测设备并将其应用于馆藏文物的环境监测,并根据首都博物馆和其他博物馆的监测结果,建立北京地区馆藏文物环境标准。该课题于2011 年结题,研制出了一套博物馆环境监测方法,主要检测温湿度、甲醛、可吸入颗粒物、苯、甲苯、二甲苯、氨气、Tvoc、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、硫化氢、臭氧、微生物等。其关键技术是对文物影响较大而浓度较小的二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、硫化氢等气体的检测进行了研究,这些气体浓度在10ppb 的数量级,一般的仪器很难检测到。本研究采用进口灵敏度高的传感器,经过自行组装,形成了一套监测方法。这些检测方法应用到首都博物馆空气检测实践中,简单方便,准确度高,获得了专家的一致好评。2011 年申报了北京市科委"馆藏文物温湿度环境控制关键技术研究"课题并获得资助,该课题旨在研究展柜内温湿度控制方法,采用半导体温差技术和无线监控技术,在办公室就可以监控展厅内展柜的温湿度,使展柜内达到恒温恒湿的效果,在确保安全的前提下,为文物提供良好的环境。本课题的创新点主要在温度控制方面,小型设备温度控制比较难,采用半导体温差技术来调节展柜的温度,取得了较好效果。目前已经完成了研究工作,研制出了一套恒温恒湿设备,能精确监控展柜内的温湿度。
    总之,在北京市文物局的领导下,在馆领导的支持下,首都博物馆文物保存环境得到了改善,基本保证文物都处于合适的环境下。另外,关于文物保存环境监控技术的研究也一直在进行,研制出了一套硫化物、氮化物等酸性气体的监测方法和温湿度监控设备,为馆藏文物预防性保护做出了一定贡献。
    ① 徐方圆、吴来明、解玉林:《武汉博物馆文物保存环境研究》,《文物保护与考古科学》2007年第1 期。
    ② 斯蒂芬o 哈克尼, 汪建南:《博物馆内气态污染物的分布》,《中国博物馆》1987 年第3 期。
    ③ CAMUFFO D.,GRIEKEN R.V.,BUSSE H.-J.,et a1,"Environmental Monitoring in FourEuropean Museums",Atmospheric Environment,Volume35,2001.
    ④ L.T.Gibson,B.G.Cooksey, D. Littlejohn,N.H. Tennent,"A Diffusion Tube Sampler forthe Determination of Acetic Acid and FormicAcid Vapours in Museum Cabinets",AnalyticaChimica Acta ,Volume341,1997.
    ⑤ 张月玲:《中国国家博物馆环境空气质量监测报告》,《文物保护与考古科学》2006 年第2 期。
    ⑥ 陈元生、解玉林:《博物馆文物保存环境质量标准研究》,《文物保护与考古科学》2002 年增刊。
    ⑦ Leendertse J. J., Alexander R. C.,Liu S. K.,"A Three Dimensional Model forEstuaries and Coastal Seas", Rand Corp.R-1417- OWRR , Volume 1,1973.
    ⑧ 吴燕、修光利、王大为等:《竹炭净化文物保存微环境空气低浓度氮氧化物》,《环境科学与管理》2009 年第1 期。
⑨ 李华、曹军骥、杨雅媚等:《秦兵马俑博物馆陶器库房冬季室内空气质量初步研究》,《中国粉体技术》2009 年第2 期。

(作者为首都博物馆馆员)

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