楊歡(右三)及團(tuán)隊成員與何毓靈(左一)探討青銅器澆注相關(guān)問題(資料照片)。 受訪者供圖

　　不久前，西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與考古研究團(tuán)隊青銅工藝研究小組迎來兩位特殊的客人。他們是慕名前來的寶雞青銅器博物院工作人員。

　　“國內(nèi)研究青銅器凝固的僅此一家。”寶雞青銅器博物院副研究館員王竑說，“我們想看看能不能借助青銅凝固理論的成果，讓觀眾有更好的參觀體驗。”

　　青銅工藝研究小組負(fù)責(zé)人楊歡向他們播放了一段動畫，詳細(xì)展示了青銅器牛尊澆注與凝固的過程——商代工匠通過在牛尊足部設(shè)置澆口和冒口，使銅液順著范腔緩緩傾入，鑄造出精美的青銅容器。

　　怎樣把青銅器澆注的過程以動畫形式呈現(xiàn)出來?青銅器的凝固機(jī)理是什么?如何找出青銅器鑄造時產(chǎn)生的缺陷?讓我們走近這個研究小組，看看青銅器是怎樣鑄成的。

　　從零到一的方法研究過程

　　配料熔銅、定量分析、觀察陶范、與學(xué)生討論……5月21日清晨，楊歡開始了忙碌的一天。

　　今年是楊歡與青銅器打交道的第13個年頭。“2011年，我在碩士求學(xué)階段便開始進(jìn)行青銅器塊范法的相關(guān)研究。當(dāng)時的研究對象主要是侯馬鑄銅遺址的陶范，后來逐漸擴(kuò)展到商周時期的青銅鑄造工藝。”楊歡說。

　　商代晚期，青銅鑄造工藝達(dá)到一個高峰，工匠可以設(shè)計鑄造出紋飾精美的青銅容器。繼商代晚期后，西周時期的工匠又鑄造出了音律準(zhǔn)確的金屬樂器。這表明當(dāng)時的工匠不僅能讓器物完整成形，還能準(zhǔn)確把控尺寸。由此可見商周時期工匠鑄造技術(shù)之高。

　　2019年，楊歡帶領(lǐng)團(tuán)隊正式開始對古代青銅器材料與工藝進(jìn)行探索。她希望通過現(xiàn)代技術(shù)去定性、定量還原中國古代青銅器的制作工藝，了解中國青銅冶鑄技術(shù)的發(fā)展及其在世界上的地位，但是新的方法一直求而不得。無意中讀到的一篇講述現(xiàn)代金屬材料凝固的小文章給了她非常大的啟示。“在青銅器的鑄造中，凝固是非常重要的環(huán)節(jié)，但目前的研究成果幾乎都側(cè)重于青銅器的靜態(tài)研究，并沒有涉及青銅器的凝固過程。”楊歡說，“西工大有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的凝固技術(shù)國家重點實驗室。我們引入金屬材料學(xué)中成熟的凝固理論，是想要告訴人們3000多年前的商代工匠為什么能鑄造出薄厚均勻且渾然一體的巨型青銅器。”

　　為精準(zhǔn)反映我國古代技術(shù)成就，楊歡和團(tuán)隊需要對青銅器本體及陶范進(jìn)行宏觀與微觀相結(jié)合的研究，以獲得器物型腔的制作材料、熱物性參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，再對特定器形進(jìn)行分類建模，制作器物的型腔，最后使用凝固過程仿真軟件進(jìn)行計算機(jī)模擬實驗。在此過程中，需要將模型導(dǎo)入軟件進(jìn)行澆注與凝固過程的動態(tài)模擬，以期在最接近我國古代青銅器凝固環(huán)境下，動態(tài)還原青銅器的鑄造生產(chǎn)流程，并在這一過程中觀察器物充型、凝固過程及缺陷生成情況。這是世界上首次使用鑄造模擬來進(jìn)行古代金屬文物研究。

　　研究過程并非一帆風(fēng)順，跨學(xué)科研究有許多壁壘，需要對一件件青銅器、鑄造陶范一點點掃描、建模形成數(shù)據(jù)，還要反復(fù)測量比熱、密度、導(dǎo)熱，經(jīng)過網(wǎng)格劃分后，才能進(jìn)行凝固模擬。在克服多個學(xué)科間的障礙后，楊歡和團(tuán)隊終于復(fù)原出具有代表性的青銅器——鼎的凝固過程。

　　西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與考古研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人楊軍昌教授介紹，塊范法是青銅時代中國非常重要的原創(chuàng)性發(fā)明。對材料和工藝進(jìn)行研究，能夠反映出中國古代的技術(shù)成就。以今天凝固模擬對型腔與金屬的嚴(yán)格要求來看，商代晚期的工匠所設(shè)計的型腔與金屬配比是趨于完美的。設(shè)計合理、器型精美的古代青銅器是我國古代工匠精神的完美詮釋。

　　從無人問津到廣受認(rèn)可

　　2021年，楊歡和團(tuán)隊開始向外界介紹青銅器凝固研究的成果。遺憾的是，當(dāng)時鮮有人能完全理解這一成果。楊歡便聯(lián)系業(yè)內(nèi)專家，不斷向?qū)W術(shù)界介紹自己的研究方法與成果。

　　同年5月，楊歡和團(tuán)隊前往寶雞周原遺址，第一次完全按照古人的工藝鑄造青銅器，并引入凝固理論進(jìn)行研究。提到在青銅器上鑄什么銘文時，楊歡提議：“鑄‘大光’二字，取自《少年中國說》‘紅日初升，其道大光’。”楊歡看著親手鑄成的鼎暗下決心，一定要將青銅器的凝固研究進(jìn)行下去，讓研究成果能夠被學(xué)界接受。

　　2022年11月、12月，楊歡和團(tuán)隊先后在《江漢考古》《文物保護(hù)與考古科學(xué)》發(fā)表關(guān)于中國古代青銅器凝固研究的相關(guān)論文，得到了業(yè)內(nèi)同行的積極回應(yīng)。

　　2023年，青銅凝固研究被廣泛認(rèn)可。楊歡和團(tuán)隊參加了在日本及歐洲舉行的國際大會，向國際學(xué)術(shù)界介紹自己的研究成果，結(jié)交了更多國際合作者。團(tuán)隊撰寫的文章先后發(fā)表在國際知名期刊上。

　　團(tuán)隊從無人問津到廣受認(rèn)可，背后是青年科技工作者對復(fù)原中國古代工藝的執(zhí)著。他們借助跨學(xué)科的優(yōu)勢，將理工科與文史學(xué)科相融合，以自己的力量，推動中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新性發(fā)展。團(tuán)隊始終堅守自己的理念，加強(qiáng)文物保護(hù)利用和文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承，提高文物研究闡釋和展示傳播水平，讓文物真正“活”起來，成為擴(kuò)大中華文化國際影響力的重要名片。

　　神奇的牛尊澆注動畫

　　4月17日，記者在殷墟博物館見到了中國社會科學(xué)院考古研究所安陽工作站副站長、殷墟博物館負(fù)責(zé)人何毓靈研究員。他與楊歡相識于2013年，彼時楊歡還在讀碩士，她敏銳的問題意識讓何毓靈印象深刻。

　　何毓靈向記者展示了牛尊澆注與凝固的動畫。牛尊是安陽殷墟迄今為止僅見的牛形青銅器，制作工藝精湛。殷墟博物館開館前，何毓靈計劃把牛尊的澆注可視化動態(tài)圖展示給觀眾，向公眾普及青銅器的澆注過程。

　　“目前，全世界只有西工大有條件進(jìn)行這項研究——把材料科學(xué)中的凝固理論及相關(guān)研究方法引入考古學(xué)領(lǐng)域，動態(tài)還原古代青銅器的凝固過程，從而明晰青銅器的凝固機(jī)理。”何毓靈說，“博物館追求互動化、可視化的參觀體驗。如果把牛尊澆注與凝固的動畫演示放進(jìn)博物館，觀眾就能對青銅器凝固的過程一目了然。”

　　雙方一拍即合，何毓靈決定把“復(fù)原”牛尊的任務(wù)交給這支年輕的團(tuán)隊。

　　楊軍昌、楊歡帶領(lǐng)團(tuán)隊數(shù)次奔赴安陽，將牛尊的模型一比一還原，再將測算好的數(shù)據(jù)帶回實驗室進(jìn)行精密計算。楊歡說，一次小組討論會上，她看著牛尊上的華麗紋飾一時入了迷，仿佛隔著數(shù)千年，與制作牛尊的商代工匠進(jìn)行穿越時空的對話。

　　“作為文物相關(guān)工作者，我們總希望讓文物‘活’起來。怎么‘活’是最重要的。如果我們能以新的呈現(xiàn)形式，讓更多人知道青銅器是怎么制作出來的，那么文物就不再是冷冰冰的器物，而是擁有了生命。”楊歡說。

　　在最初的底稿里，楊歡和團(tuán)隊以鮮紅的銅液演示澆注牛尊的過程。何毓靈作為第一個觀眾提出意見：“紅色銅液澆注會讓人誤以為視頻在演示殺牛放血，容易引起誤會。”

　　楊歡團(tuán)隊意識到動畫演示既要嚴(yán)謹(jǐn)，也要溫情。經(jīng)過一次次的調(diào)版，他們最后調(diào)出了銅液的顏色——金黃色。

　　牛尊的動態(tài)復(fù)原過程讓許多業(yè)內(nèi)專家欣喜不已。上海博物館前研究員譚德睿對這一研究成果高度認(rèn)可：“我國輝煌的青銅冶鑄技術(shù)成就至今鮮為人知，原因大概有兩個方面。一方面是青銅冶鑄技術(shù)太專業(yè)，科普起來比較困難，另一方面是目前的展示手段相對落后，即使是文博考古專業(yè)人員也往往對此認(rèn)識不足或認(rèn)識有誤。西工大青年科技工作者把專業(yè)、前沿的凝固研究方法應(yīng)用到古代青銅冶鑄技術(shù)研究之中，向普通觀眾展示了中國古代青銅冶鑄技術(shù)的科技內(nèi)涵和輝煌成就。他們關(guān)于古代青銅器凝固方面的研究目前已領(lǐng)先于國內(nèi)外同行。”

　　“未來，我們會復(fù)原更多著名青銅器的凝固過程，為公眾科普古代的鑄造技術(shù)。凝固研究有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。只要有新的青銅器出土、有新問題出現(xiàn)，我們就能帶著新參數(shù)進(jìn)行研究。”楊歡說，“對于中國古代的金屬器物，我們都可以運(yùn)用凝固理論去解釋其鑄造工藝，讓大家更深入地了解古代的中國創(chuàng)造。”(記者 趙茁軼 張琪悅 實習(xí)生 王悅 趙含玥)