耿 苗

“南海I号”宋代古船沉没于水下长达800余年，船体木材降解破坏较严重。其船载货物数量巨大，原有的用于固定捆扎货物的包装材料大部分腐烂殆尽，不同材质的货物紧密堆叠对船体造成挤压破坏。船载的大量铁质器物锈蚀产生的有害离子，对木质船体的保存、保护带来的干扰非常严重。

由于“南海I号”保护及发掘模式尚无先例可循，在持续的保护发掘工作中，文物保护技术人员遵循文物保护基本原则和理念，在工作实践中克服了诸多难题，在现有技术条件下，针对发掘现场的文物保护设计并实施的多种行之有效的保护技术措施，保证了发掘现场文物保护工作的顺利开展。其中，利用真空负压原理，设计并实施的用于沉船喷淋残液抽除的专用装置，是为解决有害残液对船体木材造成二次损伤的成功案例之一。

一、“南海I号”船木病害的主要特点及解决方法

随着“南海I号”的全面保护发掘，船体木材逐步暴露出来，为相关研究人员提供了更加全面掌握船体木材病害状态的可能。经对“南海I号”船体木材取样检测分析显示，船木纤维素含量显著下降，木材含水率极高，木材受硫、铁等有害离子浸蚀严重。

“南海I号”船木病害表现形式主要是船木的断裂、变形、残损等表观上的物理性损伤，而引起这些物理性损伤的根本原因其实是材质性能上的劣化，木材强度的下降导致船木及船体原有形状和结构遭到破坏。

（一）船木纤维素含量太低

纤维素是维持木材强度的主要结构物质，对木材纤维素的含量分析，一方面可以评估木材的降解程度，另一方面也是间接评价木材材质强度的重要依据。对“南海I号”船体木材采样分析，平均纤维素含量不足20%，远低于同种新材平均60%的纤维素含量，船木降解程度非常严重。

（二）船木含水率极高

长期处于水下环境浸泡的经考古发掘的古代木材被称为“饱水古木材”[1]，饱水木材其木材纤维素、半纤维素及木质素会发生严重降解，降解后的木材成分溶出后，在木材的微观结构上，会遗留下来大量的“空穴”，这些数量众多的细小孔隙会被周围的水分填充，导致木材含水率大幅度上升。饱水木材的含水率是间接衡量木材糟朽程度的重要指标，含水率越高，说明木材的降解程度越严重，饱水木材的含水率和强度呈反比关系。对“南海I号”船体木材标本含水率检侧，所测得的最高含水率高达700%，保存较好的船体木材含水率也达到了350%左右（图1），而即使是木材新材的含水率通常也仅仅是100%左右。

图1 含水率分析数据

（三）有害离子浸蚀严重

利用扫描电镜+能谱仪对“南海I号”船木标本进行形貌观察和元素分析（表1)，可见木材内部沉积有大量的盐类；利用离子色谱对船木可溶盐分析（表2），结果显示船木样品中均有较高含量的Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+和 Cl-。

表1 “南海Ⅰ号”船体木材能谱元素成分分析结果（wt%）

表2 “南海Ⅰ号”船体木材可溶盐含量（ppm)

除船木本体含有高浓度的有害盐分浸蚀外，在保护发掘现场对船木开展的日常巡查监测过程中，发现有多处船木的表面出现黄色、黄褐色至深红褐色的颜色附着现象，对这些附着物刮取取样，利用X射线衍射分析（XRD） ，分析结果主要是黄铁矿（FeS2）、赤铁矿（Fe2O3）、钠铁矾[NaFe3（SO4）2（OH）6]、钙磷石等矿物，可见这些附着物同样含有危害木材的硫、铁离子。这些有害的盐类物质与“南海I号”埋藏环境、船载铁器及整体打捞所用的沉箱锈蚀污染等有关，特别是沉船木质船体靠近铁质凝结物的区域，这类附着物尤其明显[2]。

通过上述检测分析表明“南海I号”船木有害盐分浸蚀和附着的现象十分严重。其中，对船木威胁最大的主要是含有硫、铁离子的可溶盐或难溶盐类，这类盐类会与空气中的水分、氧发生反应生成酸类物质，引发木材纤维素加速降解[3]。

（四）生物病害严重

由于采用开放式发掘，船木大面积暴露于空气中，“南海I号”木质沉船还存在严重的微生物病害侵蚀风险，对船木进行微生物取样培养分析，发现存在10余种危害船木的菌群[4]，如果不加以有效控制，危害船木的微生物有爆发滋生的风险。

（五）解决方法

针对“南海I号”船体木材的主要病害，船体保护的工作目标就是要在现有技术条件下，采取有效的保护技术手段延缓/阻止船体病害在发掘期间的进一步扩展蔓延，维持发掘期间船体的稳定性，并为将来的全面保护打下良好的工作基础。为达成上述工作目标，具体的保护技术实施简单概括起来，就是通过对船体木材的每日高频度喷淋防腐保湿，使船体木材的水分含量保持在相对恒定状态，以避免木材失水干燥，导致木材尺寸、体积发生不可逆的干缩变形和扭曲[5]。同时，结合适当的防腐控制，抑制微生物病害的爆发。在稳定性保护的同时，利用有效的技术手段，对船体的保护状态进行持续监测，并根据监测结果实时调整保护实施方案。经过对船木稳定性保护过程的持续监测，结果显示，船体及船木目前处于稳定的状态[6]。

二、喷淋保护液的残留淤积问题

1.残液淤积破坏力大

在对“南海I号”开展的持续监测过程中，文物保护技术人员发现大部分船木监测点的盐类含量（包括硫、铁离子）有一定程度的下降。船木有害离子含量的降低，其“去向”只能是在对船木的喷淋保护过程中，伴随着喷淋操作的淋洗作用，这些有害盐类随着喷淋液从船木中被逐步淋洗脱除出来。经对淤积于船舱底部的喷淋残液取样分析，证实残液中含有大量的硫、铁离子。

因为要保证喷淋防腐保湿的效果，船体的稳定性喷淋操作采取每日高频度喷淋，喷淋的液量较大，导致喷淋残液滞留淤积于木质船舱底部低洼处的情况比较严重。这些含有高浓度有害盐类的残液会对船舱底部的木质船体造成严重的破坏作用。另外，发掘现场的积液，也对现场发掘工作造成干扰，应采取有效措施及时抽除这些淤积的残液，以保护船舱底部的船木处于良好的保护状态。

2、通用水泵排淤效果差

为解决发掘现场及船舱底部低洼处喷淋液淤积的问题，现场保护人员先后尝试采用自吸式离心泵和潜水泵抽除积液，经过现场使用，发现这两种方案效果都较差。

自吸泵存在的问题是，每次开机抽水，都需要在泵体内加注引水，而现场的积水区有多处，需要将水泵在各个积水区进行搬移，即使每日进行一次全面抽水作业，也要频繁移动水泵并重新加注引水，操作十分不便；当积水区水位逐渐降低接近吸污进水管口的高度时，污水会裹挟空气一同被抽入污水管，导致水泵无法正常工作，积液区不能被彻底排干。

采用潜水泵排水存在的问题是，潜水泵正常工作所需要的液位高度比离心泵更高，积液区的“死液位”高度大；潜水泵需要放置在积液区内，因泵体较重，会对船木造成二次破坏损伤；潜水泵的动力电源线需要随潜水泵一起接入到积液区，发掘现场情况复杂，电源线引入到发掘工作面，存在安全隐患。

另外，积液中的泥沙杂质较多，经常导致自吸泵或潜水泵的叶轮卡死或水管堵塞的情况发生。

三、利用真空负压原理实施积液抽除的解决方案

为了解决采用通用设备排水方案存在的问题，实现安全、高效、彻底地排净遗址区内淤积的废液，文物保护技术人员利用真空负压原理，设计并实施安装了一套排淤专用装置。该装置的基本工作原理为，在真空集液罐顶部的排气口接入大排量真空泵，利用真空泵在集液罐内部产生真空负压。此时，将安装在真空集液罐顶部的吸水管引入到遗址的喷淋液淤积区，利用罐体与外界的负压差，通过吸污管将淤积的残液吸入到真空集液罐内。

（一）真空负压积液排除装置的组成

在真空负压积液排除方案的具体实施装置中，为防止集液罐内的废液满罐后，废液被吸入真空泵造成设备损坏，增设了一套由自动控制单元和电磁阀组成的开关系统，同时为实现连续抽排功能，将真空罐分隔成两个工作腔室（图2）。整套系统由内部被分隔成两个工作腔室的不锈钢真空集污罐、真空泵和自动控制单元组成。

图2 真空污水抽除装置（真空集污罐）结构图

图3 真空污水抽除装置工作原理示意图

a1、b1为电磁控制空气阀门（空气出口），a2、b2为电磁控制污水入口阀门，a3、b3为电磁控制污水排放阀门，a4、b4为液位控制传感器（传感器接口）.

装置工作时（见图3工作原理示意图），首先关闭b1、b2电磁阀（a3、b3处于关闭状态），a1、a2电磁阀开启，真空泵工作抽除A腔室气体，真空罐A腔室处于低压状态。此时，将连接于真空集液罐污水入口的吸污管导入遗址低洼的积液区，污水连同泥沙等被吸入A罐腔室中，当A罐液位上升至液位传感器预设液面高度后，触发液位传感器并通过自动控制模块关闭a1、a2电磁阀，同时开启b1、b2和a3电磁排污阀，A罐污水泥沙排出A腔室。此时，B腔室同步形成负压状态，从而实现发掘遗址积液的连续抽除作业。

由于在排淤过程中，废液的抽吸管路内没有运动部件，因而不会发生泥沙阻滞叶轮的情况，也无需在现场引入电源线，废液抽吸管即使有空气混入，也不影响其正常污水抽除能力，即使在船舱底部狭小缝隙淤积的废液也可以被有效地彻底抽除排空，

图4 摆放在保护发掘现场的真空集污罐

（二）真空负压积液排除装置的应用效果

配合大流量水环式高真空泵，该装置的最大排污能力可达0.5m3/min，吸污管采用高弹性硅胶软管，耐受负压能力好又不会在使用中弯折出现“死角”，保证了吸污过程的通畅。由于采用的是内置式双腔室结构，可以实现连续吸污和排污，经现场实施效果验证，直径0.9米、高1.0米的真空集污罐（图4),就可完全满足发掘现场的排污需求。

真空排污装置主要的功能特点如下：

1.自动连续排污功能，通过A、B罐的交替吸污和排污，可以实现对遗址现场的连续抽除污水作业；

2.遗址现场不需接入电源，有效避免漏电故障造成的火险及人员安全隐患；

3.抽污作业时，只将真空吸污软管引入到遗址现场，不必在遗址摆放沉重的潜水泵，避免设备自重对遗址现场及文物产生的挤压破坏；

4.吸污过程中，整个管路系统无运动部件，避免了对可能抽吸进入排污设备中的文物造成破坏，排放的污水经过滤筛选，可完好地将这些文物浮选提取出来；

5.吸污彻底，设备工作时，没有最低液位要求，通过采用小口径的吸污软管，可以有效排除狭小空间内的残存污水。

四、结语

随着海洋环境出水文物保护研究的不断进展，对于文物病害的发生机理以及保护基础理论，已经有了基本的共识性认识，文物保护研究人员在实验室“可控”的环境条件下，对材质单一的“单件”出水文物所开展的相关保护实施技术研究，大多可以获得比较满意的效果。

但是，对于“南海I号”保护现场这样文物体量巨大、数量众多、材质种类多样且密集堆叠的复杂环境下[7]，不同材质文物所要求的保护条件不尽相同甚至是相互矛盾，在发掘现场条件下，如何协调各类材质文物保护的特定性要求，协调好各不同材质文物保护的工作流程，是摆在现场保护人员面前的一道难题。在实验室“可控”的环境条件下，将小批量、单一材质文物保护技术实施研究所取得的成功经验，简单地“移植”到情况复杂、各项工作环节交错甚至是相互“干扰”的大型文物保护发掘现场，其可实施性需要进行充分验证和取舍平衡。

以现场船木稳定性保湿防腐喷淋为例，如果仅仅关注木材本身的保湿和防腐效果，而没有考虑到发掘现场铁质船货及船木在喷淋保湿过程中，伴随产生的含有害离子的喷淋废液的淤积问题，对遗址和船木造成的二次损伤是不可避免的。没有考虑到喷淋废液淤积并进行有效应对的保湿防腐喷淋方案，是不完善的保护方案，甚至是对船体造成更大损伤的失败的保护实施方案。从事文物保护一线的专业技术人员，应结合工作实际，更多地考虑现场保护方案实施的技术可行性，并尽量排除现场不利因素对文物保护带来的干扰破坏。