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1 石质文物建筑病害的相关研究及检测技术 1.1 石质文物建筑病害产生的原因及破坏机理 《WWT0002-2007石质文物建筑病害分类与图示》提出了生物病害、机械损伤、表面（层）风化、裂隙与空鼓、表面污染与变色、彩绘石质表面颜料病害、水泥修补七种石质文物建筑破坏的类型，近年来也有不少学者针对石质文物建筑病害产生的原因及其机理展开了详细而深入的研究[1] 。 谢振斌等[2]通过一系列模拟实验，认为通过冻融、水解等作用形成的水的运动是砂岩表层裂变、砂岩内部化学成分迁移和盐类物质转化的重要原因。此外，一些有害气体、苔藓等生物、可溶性盐也是崖墓风化破坏的关键因素。邵明申等[3]发现承德避暑山庄的一些砂岩文物上面也产生了比较严重的风化病害，进而在实验室通过对这种砂岩检测所得的岩石学、化学、物理学等数据分析该种砂岩文物的风化机理，发现岩体内的盐分膨胀以及钙质胶结物的溶解是该种砂岩风化剥落以及粉化破坏的主要原因。除了《WWT0002-2007石质文物建筑病害分类与图示》载明的病害种类外，其他产生石质文物建筑建筑病害的原因也是不容忽视，张克燮等[4]认为水文、气候、地质构造等因素在一定程度上也会产生石质文物建筑建筑的环境地质病害。金皓[5]也通过对宁波地区气候、降雨的分析认为温湿度、冻融、酸雨、风沙等外部环境因素综合作用是石质文物建筑建筑病害产生的重要原因。王翀等[6]从露天石质文物建筑风化角度，分析了藻类、地衣、苔藓等生物以及复杂生物群落对石质文物建筑建筑的破坏机理并提出了一些处理和预防石质文物建筑建筑表面生物破坏的方法。 1.2 石质文物建筑病害检测技术 采用一些无损或微损检测技术对石质文物建筑的病害进行科学诊断是合理制定石质文物建筑保护方案的前提和基础，随着现代科技的发展，在石质文物建筑保护领域也运用了很多先进的检测设备和检测技术，并且这些设备和技术的应用也大大提高了对石质文物建筑病害诊断的准确率。 对石质文物建筑的检测工作主要有超声波无损探伤、电法勘探检测裂隙等，分析工作有成份分析、晶相分析和力学状态分析等[7]。孙进忠等[8]运用瑞雷波和超声透射波对义乌古月桥桥身条石、北京西黄寺抱鼓石和故宫汉白玉栏板进行了无损检测。张志国等[9]运用超声波法对乾隆御碑的内部损伤情况进行了检测，该种方法甚至可以通过定量探测碑体内部裂缝的发育程度及其走势来判断其风化程度。杨隽永等[10]用X射线衍射(XRD）对新昌大佛寺石塔矿物成份、密实度、孔隙率等理化性能进行检测，用超声波测量仪、回弹仪和划痕仪进行石塔风化程度的检测，采用便捷式荧光仪配合X衍射仪检测石塔表面风化成分，同时通过测量基因序列后与全球基因数据库比对来分析微生物的种属关系，进而为合理设计石塔修复方案奠定了基础。张新鹏[11]在对花山岩画勘察分析的同时进行了声波测试，对采集的岩体波速和开裂厚度的数据进行了建模、拟合，随后定量的计算出岩体风化厚度，进而找出该类岩体产生开裂的主要原因。张中俭等[12]利用三维扫描结合超声波技术对承德避暑山庄部分不规则形状的石质文物建筑建筑的裂隙发展深度进行了无损定量检测。此外方云等[13]用探地雷达来检测奉先寺大佛的裂隙，该技术因其具有精度高、无损和快速的特点，而极大程度地简化了对一些隐藏岩体裂隙和岩洞的调查工作，有利于对一些不易取样的石质文物建筑开展科学研究。孙亚丽等[14]在衢州古城墙采取多块不同岩性的岩石，然后在同等风化条件下进行了风化速度以及风化剥落深度的研究，进而定量得出了砂岩、砾岩等七种岩石抗风化能力程度的关系，为石质文物建筑风化病害诊断提供了理论依据。黄志义等[15]在研究北魏宣武帝景陵地下墓室时，认为雷达与红外热成像技术两者相结合对墓室渗水病害的检测与治理有良好效果。张慧慧[16]通过在实验室模拟岩石渗水情形，验证了可以用红外热成像法对大型石质文物建筑病害等级进行划分的设想。周霄等[17]从温度分布角度，对承德永佑寺避暑山庄后序碑进行红外探测，借助24小时内温度场的变化图像分析其内部裂隙及水份状况，进而测出碑体内部裂隙走向，为后序碑的稳定性保护提供了依据。 2 石质文物建筑的主要清洗方法 一般来说，石质文物筑建筑表层的污染物在一定程度上展现了其悠久的历史，我们应该将其保留下来。但是，在当今工业化发达和环境污染日益加剧的情形下，石质文物建筑和古建表面污垢的沉积病害对其本体石材的寿命造成了极大的威胁。在这种情况下，清洗便是石质文物建筑和古建保护的重要环节。 石质类古建和文物具有特殊价值，因此在清洗前要做好充分的准备工作，确保在不对其产生副作用的前提下达到一个科学合理的清洗效果。陆文宝[18]认为，在对石质文物建筑清洗前应做好石质文物建筑环境调研、对石质文物建筑劣化情况进行分析、分析污垢类型、选取合适清洗方法然后进行清洗试验等一系列工作。 目前石质文物建筑清洗方法有手工、物理、化学清洗和吸附脱盐技术等[19]。张秉坚[20]主要介绍了几种常用的清洗方法比如水清洗、化学清洗、粒子喷射清洗和激光清洗。水清洗法包括水浸泡、高低压喷淋、喷射雾化蒸气等。化学清洗方法主要有螯合法、生物法、吸附材料和贴敷技术、表面活性剂法等，因为敷贴法具有耗用药试剂量少、易于在垂直面和顶面敷贴、时间可控等特点，所以它是大体量石质文物建筑化学清洗的一种重要方法[21]。粒子喷射清洗为一种物理清洗方法且具有清洗效率高、可控度好以及无化学残留等优点，其工作原理主要是在微粒子冲击作用下使污垢层直接从石材表面剥离或者微粒子冲击运动将污垢磨损去除，对于表面简单的积尘、土锈及其钙化结壳等无机形态的污染物采用该方法的清洗效果比较好[22]。激光清洗污染物范围广泛，且具有无损、精度高、绿色环保等优点[23]，其清洗原理是激光照射在污垢表层，在污染微粒或表层吸收能量后，产生汽化或光分解等作用，进而达到清洗污垢的效果[24]。此外，叶亚云等[25]研究了在激光辐照下砂岩的损伤程度，他们试验性地用激光清除砂岩表层墨迹污垢，得到了一些激光清洗的参数并且总结了该种能够达到最佳激光清洗效果方法，随后在四川绵阳碧水寺进行了外场实验，进而证实激光能安全有效清洗烟熏污垢。齐扬等[23]也在云冈石窟验证了激光清洗的效果。 3 石质文物建筑的相关保护材料 石质文物建筑具有特殊的历史文化价值，且具有不可再生性，因此在对石质文物建筑加固保护之前应结合所保护石材特征仔细了解保护材料的物理化学性质，谨慎选取保护材料。 目前应用于石质文物建筑修复的无机材料有Ba(OH)2、石灰水等灌浆加固材料以及油、蜡等表面封护剂，常用于石质文物建筑保护的有机材料主要有环氧、丙烯酸类树脂、有机硅树脂等，表1对各种无机、有机材料的优缺点进行了对比[26] ： 表1常用无机、有机材料优缺点对比[26] Table Comparison of advantages and disadvantages of inorganic and organic materials
近年来，随着社会对石质文物建筑的重视，不少机构也研制出了一些用于石质文物建筑保护的复合材料和新型材料。 洪坤等[27]认为仿生无机材料因为具有良好的耐磨性、疏水透气性、环境友好性等特点，在石质文物建筑保护方面这种材料具有较好的研究价值与应用价值。刘玉荣[28]介绍了介孔材料具有较高的比表面积和规则的孔结构，且介孔涂层材料应用于石质文物建筑保护具有良好的透水性和疏水性，较强的抵抗酸雨的能力及无裂缝等优点，但是在目前的应用过程中还存在着介孔涂层的有序度不是很高、孔径分布范围较宽等缺点。范敏等[29]认为有机硅具有较好的粘结性、疏水透气性，优良的耐候性、保光性等特点，对石质文物建筑的加固和抗风化都能起到较好的作用。但是受岩石湿气的影响，有机硅易产生轻微变色，其抗老化性能需进一步的改善。王丽琴等[30]研制了一种纳米TiO2改性石质文物建筑防水材料,并且通过在重庆大足石刻上的试验证明该种材料耐盐性、透气性及耐光性等比改性前有显著改善，并且可以长期保持它良好的憎水性。 4 石质文物建筑监测技术情况 石质文物建筑的监测主要用于了解现存石质文物建筑保存状况，石质文物建筑本体材料风化速度以及风化到何种程度需要预警。同时监测石质文物建筑各项理化数据，对其未来病害发展状况进行预测预警，并在监测过程中采取措施及时干预减少不利因素对石质文物建筑的破坏，对石质文物建筑实施动态保护，大大降低先破坏后修复的风险和成本。此外，对石质文物建筑定期进行各项指标的监测也可以对某些材料和技术的修复效果进行跟踪检验，总结经验，为后续石质文物建筑修复或其他石质文物建筑的修复提供技术支撑。 目前对于石质文物建筑的监测主要侧重于对石质文物建筑力学性能监测、本体材料监测和环境监测等方面。比如吕恒柱[31]通过建立苏州虎丘古塔监测数据库以及古塔变形的数学模型然后根据数据处理结果输出古塔沉降观测曲线、形变趋势预测图、超警戒线异常点等数据图表,科学直观的对虎丘古塔进行监测预警。周伟等[32]对颐和园佛香阁进行激光扫描，然后进行整体点云数据的拼接，并对通天柱用椭圆方程进行拟合，进而对其倾斜偏移等各项指标进行监测，为古建筑精细化保护奠定了基础。葛琴雅等[33]采用一种优化后的ATP生物发光法，在文物的现场和实验室内进行抑制菌效力测试，同时该方法还可以监测药剂在文物上的残留情况，进而为石质文物建筑微生物病害的科学治理提供依据。孟诚磊[34]利用表面粗糙度仪、红外热成像仪等一系列先进设备对灵隐寺双经幢进行了表面风化和水迁移活动的监测，得出该双经幢风化和微生物污染严重的结论，进而建议进行清理修复。对丽水市延庆寺塔进行砂浆强度监测，得出砂浆强度和塔身倾斜具有相关性的结论。还对龙德寺塔修补前后砂浆强度和成份进行监测，进而证明其修补材料合理有效性。方云[35]采用位移传感器及三芯应变片、小型气象站、MiniTrase等设备采集位移、力学、温湿度、土体湿陷性等数据对唐顺陵天禄石雕进行变形监测，并通过对比分析不同因素与石雕形变的相关性来判断天禄石雕裂隙的变形方式，确定影响石雕稳定性的最不利因素，从而为抢救保护该石质文物建筑提供了科学依据。崔亚平[36] 通过设置相应的传感器采集温湿度、太阳辐射强度、紫外线强度数据对广州南越王墓进行了长达3年的环境监测，通过分析得知与潮湿相比湿差对于墓室岩石造成的危害更大，温差、紫外线、照度也对石质墓室风化起一定作用，进而提出通风、除湿、空调等控制手段综合配合来维持气候状况的稳定性，同时对光棚进行针对性的改造来改善光照、紫外线对墓室的破坏。但是监测过程中也存在不能实时获取数据、监测指标较少、缺少与监测相匹配的数据系统等问题。 5 现代科学信息技术在石质文物建筑保护中的应用概况 随着社会的进步以及科学技术的发展，信息等技术逐渐与石质文物建筑保护紧密结合起来，这些信息技术的产生和运用为石质古建和石质文物建筑科技保护起到了积极的推动作用，有利于石质文物建筑的数字化保护以及延长石质文物建筑的寿命。 近年来也有不少专家学者将现代科学信息技术用于石质文物建筑的抢救性保护，并取得了显著的成效。应用三维激光扫描技术获取石质文物的空间三维信息在石质文物的保护和修护工作中具有很重要的意义[37-43],比如李树坤等[44]对石质文物建筑三维扫描的方法、原理进行了介绍，并结合具体工程提出了三维激光扫描技术在石质文物建筑精确三维量算、虚拟修复、变化检测等方面的应用。在云冈石窟的保护工程中运用了GIS、计算机网络、三维扫描等技术对石质文物建筑本体进行永久化的数字保护[45]。陶涛[46]设计与实现了重庆大足石刻千手观音造像三维展示系统，随后实现了多点触控等常用的几个三维模型的交互技术。马文武[47]通过对石碑高光谱数据进行基于阈值的最小噪声分离变换，提取了原始影像中模糊不可见人偶图像，并对其颜料成份进行了分析，该实验结果对于后期石碑的修复和研究提供了依据。葛怀东[48]引入自适应三维重建系统与三维全景空间测量技术，构建南朝陵墓石刻数字化保护方案，为以后石质文物建筑的保护与研究提供了依据。刘文娟等[49]也对三维扫描石刻进行了研究。此外，一些学者也提出了构建一个关于文物保护的多媒体数字图书馆的设想，可以将所保护文物的各种信息特别是对其修复保护的各种图片、录像等资料实时录入到该数字平台，为文物的后续保护提供可靠依据。 6 结论与建议 从以上现状分析，由于石质文物科技保护发展时间较短，研发投入相对较少等因素的限制，我国在石质文物科技保护领域与国外先进水平，特别是与欧洲国家相比还是有一定的差距。 (1)修复材料 目前应用于国内石质文物保护的大多是有机材料，但是随着时间的推移有机材料失效后则会对石质文物保护带来副作用，因此环境友好型的石质文物修复材料及传统材料有待加强研发和应用。 (2) 仪器设备 专门针对石质文物科技保护的高精度、友好型施工与监测设备有待研发，比如石质文物风化表层的微损取样设备、激光清洗设备、便携式现场检测监测设备等。 (3) 人才培养 石质文物保护涉及建筑结构、建筑施工、建筑材料、生物学、矿物学、岩石学、化学、物理学等多个学科，国内开设文物保护专业的高校较少，专门培养石质文物保护技术专业人才的院校更少，因此在石质文物保护领域，有待培养一批复合型石质文物科技保护专业的高级应用型人才。 参考文献: [1] WWT0002-2007石质文物建筑病害分类与图示[S].北京：文物出版社,2008:1. 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