从CT、AI到3D打印：新技术如何助力博物馆修复文物

与人们印象中整天与泥土或锈蚀打交道的“老古董”不同，如今的文物修复师，其实很多时候是坐在高精度仪器和电脑前，更像科学实验室里的技术员。

在新书《文物医生：当国宝遇见非遗与科技》中，两位在上海博物馆工作的文物修复师戴维康、张珮琛用十个故事，介绍了当今科技助力文物修复的进展。戴维康从事陶瓷类文物修复十余年，已完成百余件珍贵文物的修复，是国家级非物质文化遗产“古陶瓷修复技艺”第五代传承人。张珮琛的微博“文物医院”粉丝数达443万，他常年为大家介绍文物修复技术，推荐全球好逛的博物馆，并荣获国家文物局授予的“全国文物大工匠”，有30多年的金石类文物修复经验，是国家级非物质文化遗产“青铜器修复及复制技艺”代表性传承人。

两位资深修复师在接受采访时坦言，文物修复正在经历明显的变化，过去更多依靠修复师的经验和手上的功夫，如今则越来越强调科技手段与传统经验的结合。技术的发展日新月异，从修复师的角度看，最能帮助到他们的，是那些每天都会遇到，但仅靠经验很难完全解决的问题，比如看得更清、判断得更准、下手更确定。

“算”出来的青铜器图案补缺

在上博中国古代青铜馆，两件夏代晚期绿松石牌饰陈列在入口处。这两件珍品不仅造型别致、光彩夺目，身世也不简单。

这两件国宝分别为狭长圆角矩形嵌绿松石牌饰和亚腰状嵌绿松石牌饰，是上博早年从甘肃临夏广河县城关镇温家坪齐家文化遗址，以藏品征集的方式获得。

与考古发掘中得到的、具有明确出土地层关系的文物相比，以藏品征集方式获得的文物在鉴定、保护与修复方面面临更大挑战，需要更谨慎、更细致地处理。

这两件牌饰起初就存在病害，需要检测和修复。特别是那件长15.7厘米、宽9.8厘米的亚腰状牌饰，正反两面都覆盖了厚厚的泥土和锈蚀层，部分绿松石镶嵌物出现明显缺失和松动迹象。

亚腰状牌饰经过清理后，由算法给出符合规律的排列方式。

谈到这项修复工作，戴维康、张珮琛说，科技助力文物修复不只是对某一个环节作补充，而是在逐步形成系统性的支撑。新技术带来的最大改变，是修复师在动手之前能更充分地了解文物。比如，不接触文物观察其内部结构、材质组成、病害分布和残损状态，从而减少盲目判断，提高修复方案的科学性和可预判性。

比如，要想修复那件亚腰状牌饰，就需要先了解其内部结构，探明潜在病害，还需要甄别镶嵌工艺中是否存在后世修复的痕迹。修复师使用X射线探伤技术，揭示文物内部结构。其中，高光谱成像（HSI）展示表面细节，X射线荧光光谱分析（XRF）可获得材料成分数据。

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检测发现，这件精美的杰作由青铜底托和绿松石薄片巧妙组合而成，青铜底托上凸起的线条勾勒出神秘的兽面纹饰，数百片绿松石经过精细切割，沿着兽面纹的轮廓严丝合缝地排列，完美填充了牌饰表面。古代工匠的技艺和审美令人赞叹。同时，其病害和缺陷也被修复师们掌握：X射线探伤发现，青铜底托上有十余处残缺，很可能是铸造过程中的原始缺陷。检测未发现后世人为干预痕迹，文物依然保留着原始工艺特征。

修复师们首先以精密显微外科手术的方式，对两件绿松石牌饰的表面进行清理。牌饰上神秘的兽面纹得以重见天日，牌饰中部缺失的一大块也完整显现。原来，正是由于下层铜牌存在铸造缺陷，上层的绿松石镶嵌才发生脱落。补配这部分缺失的绿松石，就成了修复的关键工作。

这时，人工智能技术站了出来，为修复师提供重要的帮助。在无损检测技术的支持下，AI能够辅助识别文物病害并进行量化分析，为修复决策提供科学依据。AI依托深度学习和先进的图像处理算法，对文物进行高精度的三维数字化建模和损伤分析，在碎片拼接、缺失补配等环节提供智能辅助，可以降低人为误差，提升修复效率和精准度。

按算法给出的排列方式，切割绿松石拼接补配。

戴维康、张珮琛指出，无论是陶瓷还是青铜，破损后的断面往往很不规则。碎片数量一多，人工寻找拼接关系就会特别耗时，也很依赖修复师的经验和耐心。在修复亚腰状牌饰时，AI依据全球公开的约30件嵌绿松石牌饰样本数据，进行学习后计算绿松石分布规律。修复师用三维建模软件、可视化编程工具进行智能拼贴设计时，AI算法对每块绿松石的长度、宽度、长宽比、面积和色度值等进行深度分析和智能模拟，总结出规律，提出最贴合原始风格的排列组合方案。

最终，在AI辅助计算的帮助下，补配区域生成了7列5行，约30片绿松石的排列方案，并为每片绿松石选定最合适的色彩参数。修复师再基于此方案，精心挑选合适的绿松石原料，严格遵循3000多年前的工艺，进行手工切割、抛光和镶嵌，恢复了它当年的“美貌”。

按算法给出的排列方式，切割绿松石拼接补配。

“如果三维扫描、图像识别和算法匹配能够真正进入日常修复流程，帮助我们快速判断碎片之间可能的对应关系，就可以大大提高初步拼合的效率，也减少人为判断的不确定性。”戴维康、张珮琛说，“它们不是替修复师做决定，而是把更多信息提前呈现出来，让我们可以在动手前多比较几种可能，少走弯路。”

技术让人与文物更近

《文物医生》以青铜篇和陶瓷篇，分别讲述了新技术怎样丰富修复师的“武器库”。比如，在修复高淳夏家塘遗址出土的受损青铜鼎时，新一代工业CT系统给文物做了“高清核磁共振+全景体检”，成像分辨率从传统的50微米提升到0.5微米，约为一根头发直径的百分之一，更清晰地展现了文物内部细微的结构。

修复师再利用增强现实技术（AR），对文物进行虚拟拆解、模拟力学作用效果，预演修复方案，佩戴AR眼镜精细地完成细小青铜碎片的提取，有效保留重要的考古信息。历时两个月，修复团队完成了青铜鼎的抢救性修复。

在修复“长江口二号”沉船出水陶瓷器时，水转印技术与3D打印技术结合，帮助修复师解决了修复精度与效率的问题。比如仅存半只的清代青花团龙纹盖碗，经三维激光扫描，生成原始三维点云图，再由计算机建模软件运算进行补全建模，生成器物完整结构的三维模型。因彩色3D打印技术尚未普及，修复师将传统印刷行业中广泛应用的水转印技术与3D打印相结合并改良，用以补全图案，完成了这“半只碗”的修复。值得注意的是，修复师保留了修补部分与原件之间的细微差异，让观众可以辨识，体现“可识别性修复”的考古原则，让文物既可以展出，又能显示原始面貌和修复部分的差别。

戴维康、张珮琛表示，让修复过程变得可见，让人们了解技术怎样助力修复工作，是一种建立信任的过程。“观众能够看到文物被认真对待，也能感受到博物馆并不是封闭的库房，而是连接过去与当下、专业与公众的空间。文物修复也不是简单的修补，每一次清洗、粘接、补配或复原，都要在真实性、最小干预、可逆性之间权衡。把这些判断呈现出来，观众才会理解，文物保护背后既有科技和技艺，也有伦理和敬畏。”

修复师们希望公众不只看到技术的存在，还要看到技术如何帮助人们更好地理解文物。这样，在观看之外，人们与文物和历史之间的联结会更真实生动。