進入科技化時代的田野考古

鄧陳

田野考古是考古學的基礎，也是考古學的生命線，沒有田野考古，考古學就成了無本之木、無源之水。現代科技的飛速發展已經并正在深刻地改變著全人類的工作和生活方式，在考古學領域也不例外。隨著時間的推移，考古學和科技的關系越來越密切。如何運用現代科技進行田野考古，已成了當前考古工作中的重要課題。

三星堆考古方艙內部圖

馮恩學教授對田野考古學的定義為：“田野考古學是實地考察、獲取實物資料以研究歷史的學科。”簡而言之，田野考古是一種野外的考古工作，目的是獲取考古實物遺存。田野考古工作的過程一般分為四個階段：準備、野外工作、室內整理和編寫發表報告。其中，野外工作方式主要有調查、發掘與清理。

傳統的調查依賴于人工踏查，主要工具是洛陽鏟;傳統的發掘模式主要以露天發掘為主——即“裸挖”;傳統的考古清理主要以手工清理為主，考古工作不夠精細。

三星堆遺址考古方艙外部全景圖

隨著現代科技的不斷進步，田野考古的科技化也是必然的趨勢。這是因為利用現代科技手段進行考古調查與勘探、發掘與清理，具有傳統田野考古野外工作所不可比擬的優越性。

秦始皇陵考古勘探與汞測試

現代科技的運用，極大地拓展了田野考古調查與勘探的時空視野，無論是地上探測，還是地下勘探，甚至空中俯瞰，現代科技都可以發揮很好的作用。

現代考古調查與勘探可以分為四個方面：遙感與航空攝影、地面物探考古、地球化學勘探以及GPS與GIS的利用。其中，遙感與航空攝影主要依靠遙感技術與航天航空科技;地面物探考古以電阻率法、電磁法、探地雷達、地震法最為常見;地球化學勘探以汞測試與磷酸鹽勘探法為主要途徑;GPS與GIS主要是對考古遺存進行定位和地理空間信息的處理。

三星堆遺址考古發掘工作現場圖

地球化學勘探是根據勘探目標的主要元素及其伴生礦物的主要元素，在某個地區有限范圍內的巖石、土壤、水、空氣等介質中豐度，比周圍地區高低的異常來尋找勘查目標的。簡而言之，就是將勘查目標的元素與地區的某些標準介質作比較，根據這個差異來判定勘查目標的屬性。

汞測試是通過測試汞元素的化學異常來尋找地下遺跡。汞或汞的化合物埋在土壤之中，會向地表散發汞蒸氣，這種蒸氣在上升過程中會發生各種物理與化學反應。汞的穿透能力極強，可以從地下深處向上穿透巖石、土壤等介質到達地表，在穿透過程中介質會與汞發生物理吸附，或者化學反應形成汞化合物。根據汞的這些特質，我們可以在考古遺址地表進行土壤汞含量測試，如果汞含量異常（明顯高于周邊地區的汞含量），那我們就有理由認為該遺址曾使用過大量汞（水銀）或者汞的化合物。

2002年的秦始皇帝陵的物探考古調查，是我國最大一次地下物探考古工作，也是國家首次將考古項目納入“863計劃”之中。此次物探考古共動用8大類22種方法，如地震法、電法、磁法、測汞法等，首次以科學數據的方式描述了秦始皇帝陵地宮的立體形式，取得了一系列新成果。以汞測試為例，根據文獻《史記·秦始皇本紀》記載，皇陵地宮（安放死者尸體處）“以水銀為百川江河大海，機相灌輸，上局天文，下具地理”。在此次的考古工作中，也證實皇陵存在明顯的汞含量異常，這可能是地宮所在處，是地宮內大量汞長期揮發滲透所造成的結果。

考古發掘與“考古方艙”

現代田野考古的發掘已然突破原先露天的傳統模式，發展出以 “考古方艙”為代表的智慧實驗室。那么，何為“考古方艙”？它又有什么作用呢？

“考古方艙”其實就是一個發掘平臺，這個平臺直接建立在考古遺址之上，內部不僅配備有各種考古設施，而且環境也是恒溫恒濕的，為的是在發掘過程中減少外在因素對考古文物的損害，及時、完整地保護文物，為后續的考古研究作保障。“考古方艙”是集發掘、保護、研究于一體的現代田野考古新模式，2021年三星堆遺址考古發掘正是對這一技術的完美詮釋。

2021年三星堆遺址考古發掘與1986年的“裸挖”相比，到處都彰顯著高科技元素。專門為6個新發現的祭祀坑搭建了全透明的考古發掘方艙。其中，有3個大面積的祭祀坑各獨立設有單獨發掘艙，另外3個面積較小的祭祀坑“共享”一個大型發掘艙。4個艙體內部恒溫恒濕，給予出土文物最佳的保護環境。

3D打印保護套用于銅爵保護

3D 打印保護套用于銅爵保護圖

3D 打印銅爵保護套

每個方艙里配備了集成發掘平臺，并設置有多功能考古操作系統，采用了平行桁架、自動化載人系統等裝置，實現出土文物調運的功能。發掘艙為避免考古工作者直接接觸文物，為考古工作者提供懸空作業方式，并能自由變化角度與位置。內部的起重機是文物提取的重要保障。

發掘艙環境調控系統可調節溫度和濕度，而文物保護人員通過手機軟件或者電腦上的監測終端可隨時查看艙內溫度和濕度。甚至，通過監看系統，還可以密切跟蹤艙內的二氧化碳和二氧化氮的含量，保證考古發掘與文物保護的最佳環境。

精細化考古清理與3D打印技術

現代技術手段的運用為精細化考古提供了必要前提。傳統的考古清理更多的是人工清理，有時會給文物造成破壞。為了使文物的損害程度達到最小，最大程度地提取文物信息，3D打印技術提供了重要的技術支撐。

3D打印技術是20世紀80年代出現的，由快速成形技術發展而來。與傳統常見的二維（2D）平面上的打印不同，該技術增加了一個維度，即三維（3D）打印。它是采用逐層打印、層層堆積的方式打印三維實物的技術。三維數字模型是3D打印的基礎。

3D打印主要包括4個環節。一是建立三維模型。可以用三維繪圖軟件建立模型。二是模型分層。即將三維模型分切為二維圖形信息再進行3D打印。分層的厚度由打印材料自身屬性與打印機的種類和特性所決定。三是逐層打印。將分層后的二維圖形信息，依次打印出來，并層層累加形成三維實物。四是后期加工處理。主要包括精度修改、打磨、修正與上色等步驟。

在2021年三星堆遺址考古發掘中，3D打印技術大顯身手。考古工作者使用3D掃描儀對文物及其周邊的信息數據進行搜集，然后通過3D打印機打印出一模一樣的石膏模型，根據模型制作好硅膠保護套，將保護套貼合在文物上后，再使用套箱的方式提取文物。例如，3號坑的大口尊連同內部填土重達幾百千克，不易發掘。為了確保萬無一失，現場發掘專家們為它量身打印出了“硅膠殼”：首先三維掃描該銅器，獲取數字模型，再據此打印一個薄的硅膠體覆蓋在銅尊表面，形成保護。隨后，大尊被裝入用于固定的木質套箱，再利用“文物起重機”取出。

在科技化與信息化的現代社會中，科技+田野考古已然是不可逆之時代潮流。在今后的考古工作中，科技必然會大放異彩，為考古工作者帶來一次次的驚喜。

考古方艙全景側面圖

（指導老師：陳虹 郭怡）