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科技日报记者 吴叶凡
中国工程物理研究院科研人员桑子儒去年接到了一份特别的任务——去故宫驻场，参与文物保护装备研发。“我不懂文物，到底能做点什么？”桑子儒心里有些犯嘀咕。
其实，故宫期待他的到来，很久了——他们急需一台可移动的城墙内部探伤专用装备。
文物保护装备是用于文物保护和利用领域的专用技术装备，覆盖了文物“防、保、研、管、用”各个环节，是我国文物保护利用和文化遗产保护传承不可或缺的重要手段。
从2013年产业规模不足30亿元，到2023年超百亿元，这一产业快速增长的同时，也面临着发展窘境——专用装备供给不足。
相比于文物储藏设施、智能展柜等标准化装备，专用装备针对考古、研究、监测等特定场景定制，需求量小，技术含量高，性能指标要求高。如何进一步提升专用装备供给能力，成为摆在文保人和科研人员面前的棘手难题。
借用不“解渴”，专用装备供给不足
浙江大学文化遗产研究院副院长刁常宇有桩“心事”。
2023年起，他带着团队来到山西长治，开展观音堂数字化保护项目。那时，观音堂还是寂寂无闻，直到一年后国产3A游戏《黑神话：悟空》上线，作为取景地的它才被公众熟知。
雕梁画栋、华彩满堂……走进观音堂的一刹那，刁常宇被这座艺术宝库震撼了。但他心里随之咯噔一下，“观音堂数字化这活儿，怕是不好干。”
文物数字化保护，通俗地说就是通过摄影测量、激光扫描、高光谱成像等技术，把文物“搬进”计算机。此前，刁常宇已经参与过敦煌石窟、麦积山石窟等项目的数字化工作。但观音堂数字化的难度，还是令他始料未及。
观音堂有“海内悬塑之冠”的美称。从墙壁到屋顶，从梁架到窗框，目之所及之处，都“挂满”了各式雕塑。这些雕塑形制复杂，层层叠叠，构成了一个“3D立体世界”。
“建筑内部空间小，雕塑之间又挨得很近，壁画更是被大量雕塑遮挡。缝隙和隐蔽部位根本塞不进专业设备。”刁常宇告诉记者，在这些“视野盲区”，现有数字化设备没了用武之地。
无奈之下，刁常宇和团队成员只能用“笨办法”——手机加拍摄支架。团队把手机图像数据与三维扫描、红外摄影、大场景扫描、无人机航测等专业数据进行整合，进行数字计算后产出成品。
不能尽善尽美地记录国之瑰宝，成为刁常宇放不下的遗憾。“我们把各类设备用到了极限，手机拍了十万多张图片，但最终也只能记录70%—80%，塑像背后仍存在大量数据缺失。”
“最好有一个文物专用微空间数据采集设备。”刁常宇想。
这想法并非一时起意，刁常宇梳理发现，无论是文物叠错掩埋的考古现场，还是小口径器物的内部结构扫描，都需要开展微空间扫描。但目前，这一领域的产品研发仍是空白。如果开展研究，往往要借用医学内窥镜、口腔专用三维扫描仪等其他领域仪器解决。
但借用设备并不能“解渴”，在实际应用过程中，往往存在各种问题：口腔扫描仪不够柔性、内窥镜的色彩还原度不够……缺少高端专用装备，让文物保护工作变得束手束脚。
其实，在文物保护装备领域，类似的情况比比皆是，文博人员常常面临“无器可用”的窘境。
在水下考古装备领域，目前采用配备多波束测深系统、侧扫声呐和高分辨率摄像设备的“探索三号”文物考古船等专用装置，但在分析深海文物年份、物质等环节，仍需借助工业研究的通用质谱仪来完成。由于非文物专用装置，就算测出数值，科研人员也无法按图索骥，根据对比图谱了解具体年份等信息。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所高级工程师赵华曾访谈20余位文博专家，她发现，基本每个领域的专家都有一张亟待实现的“心愿单”：抓取深海文物的柔性机械手、出水文物霉菌检测及防控技术装备尚处研发空白；出土木构件防霉、防虫等环节仍依赖于医疗和海关领域所使用的通用熏蒸消杀装备，急需开发能够使用不同熏蒸剂种类、浓度及作用时间的大型文物熏蒸消杀装备……
“缺少专用装备，已成为我国当前文物保护利用事业发展的主要瓶颈。”赵华说。
成本高周期长，供需对接长期错位
“不是企业不努力，实在是文物保护装备领域太特殊了。”作为领域内的一名“老兵”，重庆声光电智联电子有限公司（以下简称“重庆声光电”）总经理李军道出了研发企业的心里话。
需求量小、技术要求高、供需对接难，是文物保护装备研发难以翻越的三座大山。
文物保护本就是一个专精领域。我国虽是文物大国，但相比于常规的民用产品，这一产业总量可以说是九牛一毛。“即便是对于文物展示柜这类需求量大、应用广泛的设备，年销量也不过一万件，何况是对于量小急需的专用装备。”李军说。
需求量小带来的直接结果，就是产品卖得贵、迭代慢。即便这样，企业往往觉得研发成本高，赚不到钱。更棘手的问题是，很多装置仪器本就是“一次性”的。
李军对此深有体会。在三星堆遗址考古工作中，重庆声光电开展了大量装备研发工作。透明多功能考古舱、可悬空清理文物的工作平台以及各类科技考古实验室……许多装备在国内乃至全球都是首创。
“这些装备都是为三星堆量身定制。”李军直言，“世界上不会再有第二个三星堆。这意味着，我们这套装置，是没办法卖出第二套的。”
产品技术要求高，需要多领域融合，这是专用设备研发的又一难点。
以刁常宇需要的微空间数据采集设备为例。他对设备提出了详细的要求：个头要足够小、管线要可弯曲、要支持超广角拍摄、色温参数要还原文物本色……这些涉及多学科的要求叠加在一起，愿意接手且有能力完成的企业就不好找了。
而且，即便有企业愿意接手，产品研发也是一项复杂的工作。长期以来，文物从业者和装备技术专家缺乏行之有效的沟通，行业需求与新技术、新装备研发之间存在认知壁垒。
以城墙城台的内部探伤装备为例，与常见的工业品无损检测不同，工业产品有设计图纸，检测可以和图纸参照比对，相对容易定位瑕疵和问题。但城墙城台的内部详细结构并不完全明确，一直缺乏行之有效的检测手段。
在来到故宫之初，当桑子儒收到文保专家开出的“技术需求清单”，他一下子愣住了。“我看到的时候觉得要造这样一个装备可能还要50年，大大超越了现有技术水平。”
工程师团队也尝试给出几套技术方案，但因为文物和故宫环境的特殊要求，都被文保专家否决了。因为技术既不能损坏文物本身，也不能对周围环境有危害，工业无损探伤上常用的X射线、γ射线等具有放射性的技术使用受到了很大限制。
“我们要摸透客户的需求，还要做好‘翻译’，把文博需求精准转换为可实现的技术指标，再进行产品的设计、研发、生产，这是一个需要反复磋商的过程。”李军表示，因为长周期、高投入的特点，许多企业往往“望而却步”，不敢投身这一领域。
搭平台引资源，让专用装备走向更广舞台
李军最近一直在琢磨，虽然三星堆相关装备是定制的，但和它类似的应用场景，总会需要同类产品，因为技术理念可以一脉相承。而且，定制化为企业带来一定压力的同时，也有助于企业构建核心技术体系。“‘专用’是挑战，更是机遇。我们要做的，就是挖掘类似需求，做到技术‘举一反三’，把‘专用’推向更大舞台。”李军说。
这一模式已有成功案例。郑州枫华实业股份有限公司董事长马维理本是从事机械加工行业。2001年，他了解到故宫字画类文物修复急需一台专用清洗设备。“他们告诉我，如果不提高修复效率，若干年后，这些珍贵字画后人可能就看不到了。”
抱着满腔情怀，这个“门外汉”入了场，和故宫联合研发了国内首台字画纺织品清洗装置。“一开始设备销量少，后来装备在业内渐渐打出名气后，许多有同样需求的文博单位找到我，订单逐渐多了。”马维理说。
目前，该公司已经和多家博物馆、图书馆、档案馆、考古科研院所完成联合研发，在文物修复设备领域形成了核心优势。“我们的经验证明，专用装备并不是只有‘专’，也有‘通’，做好供需对接，就是两者之间转化的秘诀。”马维理说。
为促进产需对接，增强文物保护装备供给能力，相关部门一直在积极行动。早在2013年，工业和信息化部就与国家文物局签订合作协议，组织实施文物保护装备产业化及应用专项行动。
2015年，工业和信息化部与国家文物局联合成立文物保护装备产业化及应用协同工作平台。此后，各类企业如雨后春笋般冒头。“目前平台注册会员单位已达199家，外围相关企业数量更是成倍。”赵华说。
各种政策、资金扶持“利好”不断。2025年，国家文物局与国家自然科学基金委员会共同设立文物联合基金，聚焦文物保护技术与材料等核心领域，以重点支持项目的形式予以资助。
“多套‘组合拳’之下，文物保护专用装备领域取得了可喜进展，但也步入了发展的‘深水区’。”赵华认为，要进一步解决量小急需关键装备短缺、文物保护与科技研发间存在壁垒、装备研发与应用场景严重脱节等问题，必须搭建更直接、深入的对接桥梁，推动产学研合作，提高装备技术水平和创新能力。
“工程师进文博单位”活动就是在这一背景下诞生。2025年6月，工业和信息化部装备工业一司联合国家文物局科技教育司在故宫博物院举行启动仪式。桑子儒与来自多家单位的十几位工程师走进故宫，与文博工作者同吃同住，围绕故宫的六个关键需求开展研发。
认知壁垒在不断地沟通、调研中被打破。活动中，每个工程师都对接一线具体部门，和文保专家一起工作。“我对接了故宫世界遗产监测部，专家们带着我去城墙和城台上实地调研，现场解释他们的需求是什么，为什么要这样，理解了他们的真正需求后，再由我们提出可行性技术方案。”桑子儒说。
最终，通过多次讨论，缪子成像技术装备成为文保专家和工程师一致通过的解决方案。
缪子成像无辐射，但存在分辨率低的问题。桑子儒告诉记者，目前他们正开展技术攻关，进行更全面详细的仿真分析，形成更详尽的性能指标要求，适配城墙城台的应用场景。
“如果没有这个活动，我完全不会想到缪子成像设备可以有这样的应用。”桑子儒表示，技术成形后，不仅可以用在城墙城台场景中，在古建筑探伤等方面都大有可为。
“未来，我们还要与文保专家紧密合作，在真实场景中明确新装备使用方法，形成范式，让新型装备能用、好用，真正在文保工作中发挥作用。”桑子儒说。
记者手记丨文保装备亟待标准化
吴叶凡
在此次采访前，如果让我举几个文物保护装备，那我一定会说洛阳铲、考古刷，想到的也是纪录片《我在故宫修文物》中，工匠们手持镊子、刷子，耐心细致地修复文物的画面。
而当我第一次听到考古方舱、深海考古专用AUV探测装备、地下管沟探测机器人等设备的时候，我才恍然，文物保护装备领域早已今非昔比，科技与文物保护事业相融相促，为文物保护事业开辟了新天地。
工欲善其事，必先利其器。采访中，不少专家特别提到，在推动专用装备研发和生产的同时，不要忽视标准化建设。
当一件商品供不应求时，消费者的心态往往是“买到就是赚到”，更不会对质量、价格挑挑拣拣。文物保护专用装备也是如此，在“无器可用”的困境下，有厂家生产出来，文博单位往往就会直接拿去用，无暇顾及质量标准、检测标准、工艺规范等要求。这也间接造成了文物保护领域存在大量“无标可依”的装备。
而且，一些已有标准也存在体系滞后和失准问题。一些标准“重功能描述、轻性能分级”，导致装备“有标难依”；部分标准的内容与文物保护的终极目标“最小干预原则”存在冲突，难以适配文物保护工作实际需要；还有一些指标存在难量化的问题，比如在文物装备的适用性和用户体验方面，标准有待细化。
多位专家呼吁，“无标可依”“有标难依”的困局亟待破解。文物具有历史性和不可再生性，一旦损坏，将造成不可逆的损失。而不少从事文物保护装备的企业，规模都不大。企业研发产品后直接投入市场，缺少中试验证环节，产品的稳定性和可靠性难以保障。如果缺乏严格的标准规范，文保装备极有可能给文物造成无法预估的损害。
标准是指引行业规范发展的“指南针”。文物保护装备产业要实现健康、有序发展，必须用好标准这双无形的“大手”。可喜的是，记者了解到，相关部门正积极推进标准制定，联动文博单位、生产企业、科研机构，开展文物保护数据、管理、应用、服务等方面标准研制，为文物保护装备立“规矩”。
相信未来，会有越来越多的科技之手护好文物的魂，为文物保护和文化传承托起“稳稳的幸福”。
（受访者供图）
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