лазер как инструмент для реставрации памятников архитектуры

использование лазерной техники при реставрации памятников архитектуры – одно из практических революционных событий

Основоположником данного метода реконструкции и реставрации стал американский физик Джон Асмус. В 1972 году в Венеции он предложил использовать лазер для очистки памятников из мрамора. В дальнейшем во многих странах стали проводить целенаправленные научные исследования применения лазерных технологий в области сохранения исторического и культурного наследия прошлого, а лазер, как инструмент реставратора, в некоторых случаях становится просто незаменим. Этому во многом способствовало и то, что лазерные установки стали мобильными, компактными и цена на них стала доступной и для некрупных реставрационных организаций.

Лазерные технологии при сохранении культурного и исторического наследия применяются в следующих направлениях:

1. Консервация и реставрация.

2. Проведение исследований исторических объектов и анализ текущего состояния.

3. Длительное наблюдение влияния воздействий окружающей среды на состояние памятников.

1. Консервация и реставрация.

В данной области лазер используется для очистки поверхностей, при этом поверхность может быть из любого материала (и камень, и кожа), в чем проявляется универсальность инструмента. Лазером проводят и сварку исторических объектов из металла. Обе процедуры проводятся благодаря теплофизическому явлению взаимодействия мощного излучения лазерной установки с загрязняющим веществом реставрируемой поверхности, которое нагревается, плавится и происходит испарение, вернее сублимация, т.к. испарение происходит из твердого состояния (минуя жидкую фазу).

С помощью лазера деликатно удаляются различные загрязнения и природные и результаты предыдущих не всегда умелых реставраций (коррозия, слои краски) с поверхности реставрируемого объекта. Скульптуры, фасады зданий и другие каменные памятники исторического наследия прошлого из мрамора, песчаника, известняка и других горных пород очищают с помощью уже разработанных технологий лазерной очистки, основанных на многочисленных проведенных работах по реставрации объектов.

Лазер нашел свое применение и при воссоздании изделий из таких деликатных материалов, как бумага, дерево, кожа, кость, пергамент, стекло, керамика, ткань.

Несомненными преимуществами применение лазерных технологий по сравнению с другими методами являются:

• нет непосредственного механического контакта инструмента с реставрируемой поверхностью;
• скорость обработки высока;
• возможность разграничения области очистки, исключающая вероятность утраты основы;
• возможность проведения реставрационных работ в небольшой области;
• моментальное приостановление процедуры очистки;
• практическое отсутствие пыли при работе лазерного устройства и нет выделений вредных химических веществ.

Все эти свойства лазера при реставрационных работах обусловили его широкое практическое применение, в том числе в таких значимых объектах мирового архитектурного наследия, как:

• собор Парижской Богоматери;
• собор Святого Стефана в Вене;
• храма Парфенона в Афинах;
• храма Гроба Господня в Иерусалиме;
• знаменитая «падающую» Пизанскую башню;
• папские покои Апостольского дворца в Ватикане и многих других.

Есть примеры воссоздания исторических памятников из различных металлов (свинца, олова, меди, бронзы и др.), из них самые выдающиеся это реставрация подлинных шедевров эпохи Возрождения в Италии:

• Золотых ворот баптистерия собора Санта Мария дель Фьоре (скульптор Л. Гиберти);
• позолоченных бронзовых скульптур Давида (скульптор А. Вероккио) и Аттиса (скульптор Донателло) из Национального музея Барджелло.

Лазерная сварка и наплавка в реставрационных работах металлических объектов.

Сварка лазером дает качественные, прочные сварные швы, при этом отсутствует большой нагрев поверхности, который может привести к потере объекта реставрации и не требует использования химически активных флюсов и дорогостоящих припоев. Что для небольших помещений – огромный плюс.

Наплавкой лазером восполняют утраченные части поверхности изделий из металла. Особенно актуально это при реставрации чугунных оград и решеток, историческая ценность которых высока. При этом восстанавливается и механическая прочность изделия.

2. Проведение исследований исторических объектов и анализ текущего состояния.

На данный момент разработано довольно много лазерных технологий для проведения исследований исторических объектов и анализа их текущего состояния. Общее для всех – неразрушающий контроль, позволяющий обеспечить сохранность исторических объектов.

Некоторые методы лазерной диагностики:

• метод спектроскопии лазерной искры, за рубежом известный под аббревиатурой LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy).
• метод сканирующей лазерной доплеровской виброметрии.

Оптический прибор на основе лазера флуоресцентный лидар, колторый регистрирует спектры излучения флуоресценции, возникающего при воздействии на исследуемый объект светом импульсного ультрафиолетового лазера. Этот прибор позволяет проводить дистанционно (с расстояния в десятки метров) анализ качества поверхности зданий для быстрого обнаружения очагов биологических повреждений и определения типа защитных покрытий и мастиковок, которые использовались при проведении более ранних реставраций. Итальянскими и шведскими мастерами с успехом применялся флуоресцентный лидар для диагностики состояния стен Колизея в Риме. С его помощью были обнаружены подлинные античные блоки и камни, которые находились в стенах Колизея, а также те, что появились в разные эпохи существования этого памятника архитектуры.

3. Длительное наблюдение влияния воздействий окружающей среды на состояние памятников.

Спектр применения лидара распространяется и на обнаружение и измерение концентрации вредных химических веществ в воздухе, не только внутри зданий музеев, но и загрязнений воздуха вблизи фасадов памятников архитектуры.

Технология лазерного сканирования – один из методов исследования памятников архитектуры. 3D-скaнеры - это оптические приборы, работающие на принципах лазерной дальнометрии (измерения расстояний с помощью лазерного сканера) и триангуляции. Данный прибор проводит очень точное (доли миллиметра) измерение координат и взаимного расположения отдельных точек поверхности исследуемого предмета (размер не имеет значения – это может быть и здание и монета). В результате полученных измерений и применяя компьютерные программы, разработанные для данного прибора, проводят трехмерную реконструкцию исследуемого объекта. В сфере реставрации памятников архитектуры данный метод измерений используется для создания электронного паспорта здания и, и в случае его разрушения, поможет в восстановлении.

Лазерный 3D-скaнер способствует созданию трехмерных копий памятников культуры и истории как архитектурных, так и скульптурных, т.к. уже сейчас многие оригиналы скульптур в Италии, Чехии и других странах выставляют в закрытых музейных помещениях, а на их прежнем месте водружают копии, чтобы не подвергать разрушительному атмосферному воздействию исторические объекты. Создание копии в ручную довольно трудоемкий и длительный процесс (сначала делают гипсовую модель, затем отливают копию из искусственного камня), а применение лазерных технологий значительно упрощает его и появилась возможность изготовления копии из того же материала что и исторический оригинал. Такое возможно при применении камнеобрабатывающих фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ), в которые закладывается информация, полученная лазерным 3D-скaнированием.

Преимущества использования лазерной ЗD-реконструкции:

• материал копии и оригинала одинаков;
• возможность повторения любых мелких деталей, в т.ч. утрат - что позволяет создать копию, максимально повторяющую оригинал;
• нет непосредственного контакта сканера с поверхностью реставрируемого объекта, что предотвращает возможное повреждение хрупких и сильно коррозированных предметов;
• значительное сокращение времени изготовления копии.

В России лазерные технологии были с успехом применены на следующих объектах реставрации:

• некрополь XVIII века Александро-Невской лавры в Санкт-Петербурге;
• реставрация скульптур Летнего сада;
• скульптур Государственного музея-заповедника «Царское Село».

Прогресс не стоит на месте и памятников отечественной и мировой истории, воссозданных с помощью современных технологий и защищенных от разрушений становится все больше – так происходит сплав истории и современности.