杨欢（右三）及团队成员与何毓灵（左一）探讨青铜器浇注相关问题（资料照片）。 受访者供图
原文标题：《以现代科技“复原”青铜时代》
文章来源：陕西日报
作者： 赵茁轶 张琪悦 实习生 王悦 赵含玥
不久前，西北工业大学材料科学与考古研究团队青铜工艺研究小组迎来两位特殊的客人。他们是慕名前来的宝鸡青铜器博物院工作人员。
“国内研究青铜器凝固的仅此一家。”宝鸡青铜器博物院副研究馆员王竑说，“我们想看看能不能借助青铜凝固理论的成果，让观众有更好的参观体验。”
青铜工艺研究小组负责人杨欢向他们播放了一段动画，详细展示了青铜器牛尊浇注与凝固的过程——商代工匠通过在牛尊足部设置浇口和冒口，使铜液顺着范腔缓缓倾入，铸造出精美的青铜容器。
怎样把青铜器浇注的过程以动画形式呈现出来？青铜器的凝固机理是什么？如何找出青铜器铸造时产生的缺陷？让我们走近这个研究小组，看看青铜器是怎样铸成的。
从零到一的方法研究过程
配料熔铜、定量分析、观察陶范、与学生讨论……5月21日清晨，杨欢开始了忙碌的一天。
今年是杨欢与青铜器打交道的第13个年头。“2011年，我在硕士求学阶段便开始进行青铜器块范法的相关研究。当时的研究对象主要是侯马铸铜遗址的陶范，后来逐渐扩展到商周时期的青铜铸造工艺。”杨欢说。
商代晚期，青铜铸造工艺达到一个高峰，工匠可以设计铸造出纹饰精美的青铜容器。继商代晚期后，西周时期的工匠又铸造出了音律准确的金属乐器。这表明当时的工匠不仅能让器物完整成形，还能准确把控尺寸。由此可见商周时期工匠铸造技术之高。
2019年，杨欢带领团队正式开始对古代青铜器材料与工艺进行探索。她希望通过现代技术去定性、定量还原中国古代青铜器的制作工艺，了解中国青铜冶铸技术的发展及其在世界上的地位，但是新的方法一直求而不得。无意中读到的一篇讲述现代金属材料凝固的小文章给了她非常大的启示。“在青铜器的铸造中，凝固是非常重要的环节，但目前的研究成果几乎都侧重于青铜器的静态研究，并没有涉及青铜器的凝固过程。”杨欢说，“西工大有业内领先的凝固技术国家重点实验室。我们引入金属材料学中成熟的凝固理论，是想要告诉人们3000多年前的商代工匠为什么能铸造出薄厚均匀且浑然一体的巨型青铜器。”
为精准反映我国古代技术成就，杨欢和团队需要对青铜器本体及陶范进行宏观与微观相结合的研究，以获得器物型腔的制作材料、热物性参数等相关数据，再对特定器形进行分类建模，制作器物的型腔，最后使用凝固过程仿真软件进行计算机模拟实验。在此过程中，需要将模型导入软件进行浇注与凝固过程的动态模拟，以期在最接近我国古代青铜器凝固环境下，动态还原青铜器的铸造生产流程，并在这一过程中观察器物充型、凝固过程及缺陷生成情况。这是世界上首次使用铸造模拟来进行古代金属文物研究。
研究过程并非一帆风顺，跨学科研究有许多壁垒，需要对一件件青铜器、铸造陶范一点点扫描、建模形成数据，还要反复测量比热、密度、导热，经过网格划分后，才能进行凝固模拟。在克服多个学科间的障碍后，杨欢和团队终于复原出具有代表性的青铜器——鼎的凝固过程。
西北工业大学材料科学与考古研究团队负责人杨军昌教授介绍，块范法是青铜时代中国非常重要的原创性发明。对材料和工艺进行研究，能够反映出中国古代的技术成就。以今天凝固模拟对型腔与金属的严格要求来看，商代晚期的工匠所设计的型腔与金属配比是趋于完美的。设计合理、器型精美的古代青铜器是我国古代工匠精神的完美诠释。
从无人问津到广受认可
2021年，杨欢和团队开始向外界介绍青铜器凝固研究的成果。遗憾的是，当时鲜有人能完全理解这一成果。杨欢便联系业内专家，不断向学术界介绍自己的研究方法与成果。
同年5月，杨欢和团队前往宝鸡周原遗址，第一次完全按照古人的工艺铸造青铜器，并引入凝固理论进行研究。提到在青铜器上铸什么铭文时，杨欢提议：“铸‘大光’二字，取自《少年中国说》‘红日初升，其道大光’。”杨欢看着亲手铸成的鼎暗下决心，一定要将青铜器的凝固研究进行下去，让研究成果能够被学界接受。
2022年11月、12月，杨欢和团队先后在《江汉考古》《文物保护与考古科学》发表关于中国古代青铜器凝固研究的相关论文，得到了业内同行的积极回应。
2023年，青铜凝固研究被广泛认可。杨欢和团队参加了在日本及欧洲举行的国际大会，向国际学术界介绍自己的研究成果，结交了更多国际合作者。团队撰写的文章先后发表在国际知名期刊上。
团队从无人问津到广受认可，背后是青年科技工作者对复原中国古代工艺的执着。他们借助跨学科的优势，将理工科与文史学科相融合，以自己的力量，推动中华优秀传统文化创造性转化和创新性发展。团队始终坚守自己的理念，加强文物保护利用和文化遗产保护传承，提高文物研究阐释和展示传播水平，让文物真正“活”起来，成为扩大中华文化国际影响力的重要名片。
神奇的牛尊浇注动画
4月17日，记者在殷墟博物馆见到了中国社会科学院考古研究所安阳工作站副站长、殷墟博物馆负责人何毓灵研究员。他与杨欢相识于2013年，彼时杨欢还在读硕士，她敏锐的问题意识让何毓灵印象深刻。
何毓灵向记者展示了牛尊浇注与凝固的动画。牛尊是安阳殷墟迄今为止仅见的牛形青铜器，制作工艺精湛。殷墟博物馆开馆前，何毓灵计划把牛尊的浇注可视化动态图展示给观众，向公众普及青铜器的浇注过程。
“目前，全世界只有西工大有条件进行这项研究——把材料科学中的凝固理论及相关研究方法引入考古学领域，动态还原古代青铜器的凝固过程，从而明晰青铜器的凝固机理。”何毓灵说，“博物馆追求互动化、可视化的参观体验。如果把牛尊浇注与凝固的动画演示放进博物馆，观众就能对青铜器凝固的过程一目了然。”
双方一拍即合，何毓灵决定把“复原”牛尊的任务交给这支年轻的团队。
杨军昌、杨欢带领团队数次奔赴安阳，将牛尊的模型一比一还原，再将测算好的数据带回实验室进行精密计算。杨欢说，一次小组讨论会上，她看着牛尊上的华丽纹饰一时入了迷，仿佛隔着数千年，与制作牛尊的商代工匠进行穿越时空的对话。
“作为文物相关工作者，我们总希望让文物‘活’起来。怎么‘活’是最重要的。如果我们能以新的呈现形式，让更多人知道青铜器是怎么制作出来的，那么文物就不再是冷冰冰的器物，而是拥有了生命。”杨欢说。
在最初的底稿里，杨欢和团队以鲜红的铜液演示浇注牛尊的过程。何毓灵作为第一个观众提出意见：“红色铜液浇注会让人误以为视频在演示杀牛放血，容易引起误会。”
杨欢团队意识到动画演示既要严谨，也要温情。经过一次次的调版，他们最后调出了铜液的颜色——金黄色。
牛尊的动态复原过程让许多业内专家欣喜不已。上海博物馆前研究员谭德睿对这一研究成果高度认可：“我国辉煌的青铜冶铸技术成就至今鲜为人知，原因大概有两个方面。一方面是青铜冶铸技术太专业，科普起来比较困难，另一方面是目前的展示手段相对落后，即使是文博考古专业人员也往往对此认识不足或认识有误。西工大青年科技工作者把专业、前沿的凝固研究方法应用到古代青铜冶铸技术研究之中，向普通观众展示了中国古代青铜冶铸技术的科技内涵和辉煌成就。他们关于古代青铜器凝固方面的研究目前已领先于国内外同行。”
“未来，我们会复原更多著名青铜器的凝固过程，为公众科普古代的铸造技术。凝固研究有广阔的应用领域。只要有新的青铜器出土、有新问题出现，我们就能带着新参数进行研究。”杨欢说，“对于中国古代的金属器物，我们都可以运用凝固理论去解释其铸造工艺，让大家更深入地了解古代的中国创造。”
（转载自陕西日报2024-05-2601版）
