南越王墓的环境监测

西汉南越王墓位于广东省广州市越秀区解放北路的象岗山，是南越国第二代君主赵b的墓葬，也是岭南地区发现的级别最高且未经盗扰的墓葬。南越王墓自1983年10月完成考古发掘，1988年2月博物馆建成正式对外开放至今已有二十多年的历史。墓室作为博物馆的核心部分，在二十余年的开放展出过程中向中外游客展示了真实的南越国时期独特的历史和文化，成为最具有代表性的岭南历史文化遗迹经典之一。2006年12月南越王墓连同南越国宫署遗址、南越国木构水闸遗址被列入《中国世界文化遗产预备名单》。西汉南越王墓不仅是南越国文化遗址的重要组成部分，也是广州对外宣传本土历史文化的重要窗口，如何保护好墓室本体，使博物馆更好地承担传承文化的历史重任是目前面临的重要任务。

文化遗产的环境监测作为遗产保护的重要方法和手段，已经是国际遗产保护界的共识。近几年，我馆针对墓室的保护也逐步从墓室本体的干预性保护向预防性保护转变。从解决现存问题入手，根据遗址类型、遗址的地理位置、自然气候、遭受的病害，有针对性地设置监测项目并不断建立和完善监测制度，通过文物保存环境的基础数据研究，不仅为南越王墓墓室本体保养维护、墓室通风和空气治理以及光棚改造等保护方案的制定和实施提供科学依据，也同时达到对文物保存的风险预警，最大限度地防止文物被损害的目的。

一、 南越王墓保存现状、病害及

环境监测指标的设定

墓室在发掘后，针对墓室本体维修加固了断裂残缺石块，并对砌筑古墓的主要材料红砂石进行了防风化处理；在墓室四周建造隔水墙来消除地下水的影响，墓室上方建造保护棚，来降低雨水、日光以及外界有害物质对古墓的损坏，墓室及光棚相关区域安装通风和空调系统防止内部潮湿产生病害。二十年来，墓室总体保存状态较为稳定。但是，通过对墓室的勘察仍发现：墓道西侧局部有轻微苔藓痕迹；西耳室、西侧室以及东侧室在雨季时有结露现象；西耳室顶盖石及前室彩绘几乎消失殆尽；个别墓室岩石有自身节理发育的裂隙以及风化导致的空鼓、剥落、粉化现象。这些病害的产生，首先是构成墓室的主要材质红砂岩较易风化，其胶结物和岩石颗粒在外界环境因素如干、湿度变化作用下会发生变化，致使砂岩比较容易受到破坏，这是墓室病害产生的内因；其次是墓室所处的广州为南亚热带海洋性气候，这里日照充足，雨量充沛，相对湿度大，季风明显，受台风、暴雨、酸雨、春秋干旱影响较多，使得墓室相对湿度大，温湿度变化剧烈，照度、紫外线高、温室效应明显，这是墓室病害产生的外因。然而由于墓室温、湿度、照度、紫外线的数值、变化规律以及其对墓室的作用模式并不清楚，从而对墓道苔藓、墓室局部结露等宏观显现的水患，是冷凝水还是沉降造成的渗水，无法判断；同样，虽然可以目测到顶盖石彩绘消失、文字说明牌褪色等日光造成的损害（见图二右下角），但是缺乏照度、紫外线的基础数据，无法研究曝光量与损害程度之间的关系。因此，针对这些情况，我们首先将温、湿度、太阳辐照强度、紫外线强度作为监测项目。

二、 监测点的设定

墓室分为前后两部分，共7室。全部用大小石头750块结砌而成，建筑面积100平方米。前部3室，前室居中，两侧为东、西耳室。后部4室，正中为主棺室，两侧为东、西侧室，主棺室后还有一小间，为后藏室。南面为墓道和外藏椁，墓道处有扶梯可供游客通过外藏椁进入墓室参观。墓道、外藏椁及各墓室上方的夯土均已去除，东耳室和前室的顶盖石还采取了揭开陈列的方式，因此从参观回廊上可以清楚看到墓室的布局以及墓道、外藏椁以及东耳室和前室的内部。未揭开陈列的其他部分中，东、西侧室及后藏室有设置回风管，但是管细，风弱，几乎感觉不到。所有各室中仅西耳室没有通风设施，且与大环境流通条件较差。墓室空调装在东西两侧，东西两侧回廊风感明显，南面入口处光棚位置较低，温室效应明显，夏季常感觉温度异常高。

根据以上情况，我们在外藏椁、前室、东西耳室、东西侧室、主棺室、后藏室各设置一个温湿度监测点，在光棚入口及西侧也各设置一个温湿度监测点作为对照，共计10个温湿度监测点（见图三）。

墓室的照度、紫外线监测点主要排布在墓室顶盖石上，间距为2～3米，南北3列，每列四个点，为12个点；墓道、外藏椁以及揭开陈列的前室各设一个监测点，为3个点，同时作为对照光棚外还有一个监测点，共计16个照度和紫外线监测点（见图四）。墓室未揭开陈列的各室，其光照和紫外线主要来自人工光源，通过对这些室的测量发现，人工光源经过灯箱板阻隔后紫外线几乎为零，照度可以保证在300LuX以下，符合石质文物保护的用光需求，因此这些室的内部就不再设置照度和紫外线的监测点。

三、 监测设备选择

1. 温湿度监测设备的选择

对于温湿度传感器除要求测量范围宽，精度高，分辨率高，数据漂移小等外，由于墓室还暂无监测用电接入且常年潮湿，要求传感器还可自供电且能适应长期潮湿环境工作；此外，需有较多的数据存储空间，以减少因收集数据造成的记录中断；体型小巧，便于墓室安装。通过比较，我们选用了拥有长效锂电池的美国onset-U23-001温、湿度传感器。这种传感器具有快速反应和可长期在潮湿环境下工作的特点。温度测量范围在-40℃-70℃，精度为±0.2℃（0～50℃），分辨率0.02℃（25℃），数据漂移小于0.1℃每年；湿度测量范围在0-100%，精度为±2.5%（-40℃-70℃），分辨率0.03%，数据漂移小于1%每年。可以存储42000个温湿度数据，采样速率1秒～18个小时，在数据记录满后，可以通过光学usb通讯端口将数据传入电脑，有配套的HoBo ware Pro应用软件可以设定单位元，设定存储周期，设定采样周期，读取数据并显示测量数据、历史曲线等。

2. 照度紫外线监测设备的选择

照度监测选用台湾产专业级照度计Tes-1339，其准确且反应迅速，测量范围自0.01Lux至999900 Lux、0.001fc至99990 fc，计5档自动换档，可进行平均值测量 、 照度积分测量、光强度测量、可扣除杂散光之光源照度测量，能够记录50组资料、读值锁定和自动关机。紫外线监测选用台湾产专业紫外辐照计Taina TN-2340，UV传感器频谱290nm～380nm，可以测量UVA和UVB，有Hi，Lo两个测试量程19990及1999 uW/cm2，分辨率为±（4%FS+2dgt） FS：满量程。这两种设备操作方便，价格适中，除用于墓室照度紫外线测量外，还可以用于展厅及展柜灯光测试，实用性很高。 四、 监测制度

1. 温、湿度监测

温湿度传感器需要常年放置于墓室，安装方式要保证不损害墓室，不影响参观且便于维护。根据需要设计如图三所示装置，其稳定且方便移动，活动杆分两节可以调节高低，形似信箱的网状罩可开合和锁住，其内固定有传感器卡座，传感器插取非常方便。在传感器器身上标号，同时记录其机器物理编号，将其放入传感器托座中，此外托座锁及钥匙也进行对应编号，并为钥匙制作钥匙袋。编号要用防水笔，每次取回数据时都检查编号，对磨损的标号核对清楚后再重新标号，防止时间长难以辨认，造成差错。传感器设定为每半个小时采样一次，一天共收集48组数据，每隔11个月将传感器收回进行数据下载和传感器重新设定。日常注意观测，工作灯是否闪烁，保证在传感器出现问题异常终止时及时发现。

2. 照度、紫外线监测

照度和紫外线采用人工监测的方式。每月例行一次，每次两个循环，上午10时进行一次测量，下午3时再进行一次测量。工作表（图四所示）上标注有各监测点的位置和监测注意事项，另外还配有一份表格，表格的内容除上、下午各个点的照度、紫外线的监测数值，还有日期、天气、监测人、记录人以及当日室内外的温、湿度和室外照度及紫外线。监测完成后，及时将数据输入电脑的墓室照度、紫外线监测表。

五、 监测数据处理

1. 温湿度监测数据处理

通过传感器自带软件，可以方便地打开数据文件，通过勾选露点温度，可以在绘图时同时呈现露点温度。温、湿度的数值显示在工作区上部，而图形显示在下部，有许多工具可选，方便对某一点的数据进行定位或标注，较为直观清楚。但是软件没有统计功能，因此需要将数据导出变成Excel文件进行处理。通过Excel函数的运用，可以将原始数据转变成为以日为单位，一天四十八个时间点的温湿度数据，方便计算出最高温、湿度，最低温、湿度，平均温、湿度，最大温差和最大湿差，同理，计算出月度各种统计数值，最后形成年度报表。

2. 照度、紫外线监测数据处理

按照英国嘉瑞・汤姆森所著的《博物馆环境》一书中对石质文物的用光要求，石质文物的照度要求在300LUX以下，而对于紫外线比例是小于75μW/lm（普通钨丝灯泡的紫外线辐射值）。在实际中，我们采用照度是否小于300LUx作为照度是否超标的判别式，紫外线我们直接选用紫外照度是否为零作为判别式。因为，75μW/lm实际上是普通钨丝灯泡的紫外线比例，这个标准偏低，如果按照这个标准，通过公式（紫外线比例=紫外线强度×1000/照度）计算出来的墓室紫外线比例大多时候并不超标，但是实际上紫外线已经对墓室造成了很大破坏。

六、 监测效果评估

从2008年10月至今，我们已经累积了3年的墓室温、湿度和照度、紫外线数据，通过对这些数据的分析掌握了一些环境对墓室影响作用规律和特点：1.墓室总体的温、湿度变化规律与广州的气候变化规律一致； 2.墓室各位置湿度较高，绝大多数时间在90%以上；3.受季节、气候、昼夜变化和空调开启时间影响，温湿度变化较大，导致较大的温差、湿差以及凝结水的产生；4.揭开展示的部分比封闭的部分受季节和气候影响更严重，一天内的最大湿差可以达到60%。各室的监测结果与各墓室的病害勘察结果比对发现：相对更加潮湿的西侧室和西耳室比东侧室东耳室岩石病害严重，揭开展示的部分湿度波动大风化也较严重，说明潮湿是墓室的基本特性，但是近乎结露的湿度会对墓室岩石造成很大破坏，与潮湿相比湿差对于墓室岩石造成的危害更大。因此，对于墓室环境的控制思路就转变为防止高湿结露以及减少湿差控制湿度稳定。墓室内湿度大，室内外温差、湿差较小时，可以通过通风降低墓室湿度防止局部不流通产生结露。对于回南天（春天突然到来的室外暖湿气流在墓室内石壁上的产生的冷凝水）和秋天干燥时节，室内外温差大或湿差大时，如果采用通风的手段只会加速暖湿气流在石壁上的结露或增大墓室昼夜湿差起到更大的破坏作用。所以通风、除湿、空调等控制手段需要配合气候分情况采用才能达到较好的维持环境稳定的作用。对于原来因要呈现顶盖石彩绘所采用的揭开展示的方式，由于顶盖石彩绘的消失已经失去了意义，但是这种方式导致的温、湿度剧烈变化以及照度和紫外线的影响对前室以及前室彩绘的影响仍然存在，长远讲如果能将前室、东耳室的顶盖石复位，既恢复了墓室封闭的历史环境又可有效地减少温湿度波动，增加墓室的稳定性，有利于墓室的长期保存。

通过对墓室照度紫外线数据分析和实际监测发现：

1.所测时段照度在几千Lux，紫外线在几十到几百uW/cm2，除阴雨天照度和紫外线都超标1个数量级以上；

2. 入口处光棚较低，晴天墓道处照度、紫外线显著高于其他各处；

3.受云团影响，照度、紫外线监测数值变化快，同一位置在几秒内录到的照度、紫外线可以相差1个数量级；

4. 夏天时温室效应明显，室内钢架结构的热传导很严重，在阳光照射下中空玻璃有单面自爆现象。根据这些情况，首先否定了自动调光百叶窗的设想，因为照度变化快，会造成百叶窗频繁开合增大故障几率，此外百叶窗也极易招尘清洁维护不便。能够不违背光棚的设计风格又不增加维护管理成本，还应更换满足滤除紫外线、减少照度和热辐射的玻璃，也同时解决现有玻璃的自爆和光棚漏水问题。在与有关的材料专家沟通讨论后形成了对光棚改造方案的以下意见：

1. 全部采光顶和立面，应采用明框断热型材的结构型式，将玻璃围护结构置于钢架结构的室外侧，以减少钢结构传热；

2. 玻璃结构：采光顶部分：8超白钢化热反射镀膜+12A+6+1.14PVB+6点状彩釉超白钢化（30-40%覆盖）low-E（3#），立面部分：6超白钢化热反射镀膜+12A+6超白钢化low-E（3#），其中玻璃透光部分的可见光透过率小于15%；遮阳系数小于0.25；传热系数小于1.8 W/m2k；

3. 铝合金采光顶构造应设置二次排水通道；设计方案应严格依照现行标准和工程技术要求（包括水密性能、耐撞击性能、节能等各项重要性能的验证要求）加以完善和实施。

七、 监测中存在问题和发展方向

在对南越王墓室的环境监测中也发现一些问题：传感器不能实时监测，本身故障时工作人员难以及时发现，环境突变时工作人员也无法知晓来采取控制措施；机器无法在线标定造成数据的长时间中断；数据需要人工进行下载，导入其他软件统计，没有支持的数据库，无法进行海量数据的管理；仅仅温、湿度、照度和紫外线还远远不能全面反映墓室环境，要研究墓室岩石风化机理、实现对墓室稳定程度的预警、墓室环境的控制还需要获取二氧化碳浓度、岩石表面温度、土壤温度、土壤水分、气象、震动等多方面的数据。从长远讲，需要多类型的传感器能够采用无线组网的方式在一个系统内，传感器能够在线标定或其他方便的方式进行标定，有与之匹配的专业的软件和数据库系统，同时留有嵌入式开发接口可以基于天气变化运算并调用空调、通风、除湿、净化等硬件对墓室环境进行控制。

八、 总 结

对于墓室的预防性保护我们仅仅是刚开始，以后还有很长的路要走。在实地调查的基础上不断推进遗址监测朝着科学化制度化发展，使得遗产保护实现干预性本体保护向预防性保护转变将会是我们一直努力的方向。

参考书目：

① 广州市文物管理委员会，中国社会科学院考古研究所，广东省博物馆：《西汉南越王墓》，文物出版社，1991年。

② （英）加瑞・汤姆森著，国家文物局博物馆司，甘肃省文物局译：《博物馆环境》，科学出版社，2007年。