十年磨一劍，中國的水下考古事業(yè)在“南海1號”發(fā)現(xiàn)之后的十余年里已經(jīng)有了長足的發(fā)展，無論是水下考古設(shè)備還是水下考古人員專業(yè)都具備了進(jìn)行近海海域大型考古發(fā)掘的能力。特別是進(jìn)入21世紀(jì)之后，國家文物局更是積極推進(jìn)“南海1號”水下考古項(xiàng)目，為大規(guī)模發(fā)掘而進(jìn)行的水下考古物探和試掘工作連續(xù)展開。明顯加快的考古工作，不但逐漸揭開了這條沉睡了八百多年的古船的神秘面紗，同時(shí)也讓考古人員開始認(rèn)真思考他們正面臨著的一個(gè)巨大難題——那就是采用何種方式發(fā)掘這條沉船？

國際水下考古領(lǐng)域流行的“布設(shè)水下探方，對沉船遺址進(jìn)行逐區(qū)、逐層發(fā)掘，先發(fā)掘船內(nèi)文物，再清理沉船本體”的思路無疑是非常有吸引力的：其一，方法上安全穩(wěn)妥，有大量國內(nèi)、國際的水下考古經(jīng)驗(yàn)可資參考；其二，單次工作時(shí)間短，受海洋氣候和環(huán)境因素影響較?。黄淙?，使用的設(shè)備和技術(shù)相對簡單，工作強(qiáng)度和難度相對較低。然而，就“南海1號”的具體情況而言，上述方法的實(shí)施會遇到一些巨大且難以有效克服的“困難”。首先是沉船所在海域的海水能見度極差(一般20厘米以內(nèi))，受海底的淤泥質(zhì)沉積和海水中懸浮顆粒的影響，即使大量運(yùn)用水下光源或者使用化學(xué)沉降劑都無法有效改善能見度狀況，這無疑會影響考古發(fā)掘和資料采集的科學(xué)性；其次是因?yàn)槌链瑐€(gè)體較大且埋藏于深達(dá)1.5米的海底淤泥之下，無法一次發(fā)掘完成(初步估計(jì)需要兩到三個(gè)年度)，而按照該海域超過10厘米/月的回淤速度，每次工作都要面臨大量的重復(fù)工作。此時(shí)，一個(gè)全新的想法出現(xiàn)在考古人員的腦海中，是否可以像1930年代考古學(xué)家發(fā)掘殷墟YHl27甲骨坑一樣，采用整體取出、異地清理的辦法，把“南海1號”整個(gè)移到一個(gè)“新”環(huán)境中進(jìn)行發(fā)掘呢？如果這樣做，不但避免了海洋氣候、能見度對水下考古造成的不利影響，而且可以為科學(xué)的、有計(jì)劃的文物保護(hù)和考古發(fā)掘提供充足的時(shí)間和條件，以便最大程度地采集各種考古信息。不過這種新方法實(shí)施起來也不是沒有困難，不僅該方法對設(shè)備和技術(shù)的要求極高、單次投入經(jīng)費(fèi)大，而且在世界水下考古和海洋打撈領(lǐng)域沒有任何既往經(jīng)驗(yàn)可供參考，如何制訂安全、科學(xué)的方案，保證水下文物和打撈工程的安全，都是方案制定者需要慎重思考的問題。

從2002年開始，廣東省文化廳、國家博物館、交通部廣州打撈局聯(lián)合華南理工大學(xué)、四航局設(shè)計(jì)院等科研單位進(jìn)行了《“南海1號”整體打撈及保護(hù)方案》的技術(shù)攻關(guān)。國家文物局對這一方案的制訂工作高度重視，僅2005年至2006年間就組織了文物考古、水下工程、巖土力學(xué)、海洋打撈、海洋水文氣象、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的專家對整體打撈方案進(jìn)行了四次專家論證。根據(jù)論證會的意見，方案制定者對方案進(jìn)行了反復(fù)地優(yōu)化和完善，并補(bǔ)充進(jìn)行了大量模擬試驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算。2006年6月，《“南海1號”整體打撈及保護(hù)方案》最終獲得論證通過，專家們認(rèn)為這一方案“設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想正確、施工工藝先進(jìn)、資料齊全、數(shù)據(jù)可靠、設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)完整，并以有關(guān)學(xué)科理論為依據(jù)，通過模擬試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐，切實(shí)可行”。國家文物局認(rèn)可了這一意見，并批準(zhǔn)由廣東省文化廳組織實(shí)施“南海I號”的整體打撈工作。那么，怎樣實(shí)現(xiàn)“南海1號”整體打撈呢?簡單地講，整體打撈的基本思路就是把“南海1號”沉船、船載文物以及沉船周圍的泥沙按照原狀固定在特制的鋼箱內(nèi)，將分散、易碎的文物一體化、一次性吊浮起運(yùn)，放置到可人為控制的新水體環(huán)境進(jìn)行發(fā)掘和保護(hù)。

整體打撈過程示意

整體打撈的基本思路就是把“南海1號”沉船。船載文物以及沉船周圍的泥沙按照原狀固定在特制的鋼箱內(nèi)，將分散、易碎的文物一體化，一次性吊浮起運(yùn)，放置到可人為控制的新水體環(huán)境進(jìn)行發(fā)掘和保護(hù)。

(廣東省文物考古研究所供圖)

沉井 沉井是裝載“南海1號”的容器平面呈回字形結(jié)構(gòu)由上下兩部分組合而成。為了保證下壓和起吊作業(yè)的安全設(shè)計(jì)者巧妙地構(gòu)思了沉井的結(jié)構(gòu)和附件。工程船以吊臂的主鉤吊起沉井并以兩組副鉤控制沉井平衡。同時(shí)用鋼纜固定沉井四角與水下錨點(diǎn)這樣沉井在下沉過程中就不會發(fā)生偏移。

壓載 沉井下沉到預(yù)定深度的任務(wù)需要通過靜壓完成，也就是把預(yù)制好的水泥沉塊依次平穩(wěn)放置到沉井上部，通過加大沉井重量促使其逐漸下沉。因?yàn)椴捎昧遂o壓的方式沉井在下壓過程不會產(chǎn)生震動而且下沉速度相對均勻可以最大程度地保護(hù)已罩在沉井內(nèi)的“南海1號”的安全。

沉箱 沉井下壓到位，后就要開始給沉井“封底”了也就是要變“沉井”為“沉箱”首先，工程師們需要在沉井兩側(cè)都挖出長30米寬40米、深8米底部平整的工作平面。然后給沉井安裝36根底托粱，底托梁每根5噸重，設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu)，一端為方形，另一端為倒Y形。這樣的設(shè)計(jì)更能滿足密封性和穩(wěn)定性的要求。待36根底托粱全部穿引成功上沉井也搖身一變，成為底部封閉的沉箱。然后，潛水員將先打開箱體外壁的泄沙孔，讓沉箱內(nèi)壁的泥沙排出體外，減輕沉箱重量，再使用水下液壓切割工具將沉箱的上，下兩層分離而切割下來的下沉箱將永留海底。

吊浮 通過亞洲地區(qū)起重能力最大的“華天龍”起重船和“全潛駁”配合作業(yè)。全潛駁擁有可以下沉到海底任意指定深度然后再浮出海面的能力。用華天龍的巨臂將沉箱穩(wěn)穩(wěn)吊起然后慢慢放到潛入水中的駁船上，再操縱駁船平穩(wěn)上升到海面。

(一)勘探·清理

2006年底，隨著國家文物局補(bǔ)助“南海1號”整體打撈的3000萬元經(jīng)費(fèi)到位，廣東省文化廳正式啟動了“南海1號”考古打撈工作。根據(jù)既定計(jì)劃，整體打撈工作的第一步是對沉船外圍的散落文物以及凝結(jié)物進(jìn)行水下考古清理，為后面的沉井安放和整體起吊掃清“障礙”，保證沉船周邊文物不至于被遺失。為此，“南海1號”水下考古隊(duì)于2007年4月初，開始著手對“南海1號”沉沒海域進(jìn)行高精度的水下聲納及淺地層剖面儀掃測，以便摸清沉船周邊的散落文物和凝結(jié)物分布狀態(tài)，為水下考古清理提供科學(xué)依據(jù)。為了獲得更大范圍內(nèi)文物散落情況的信息，考古隊(duì)決定將方案中原先設(shè)定的以“南海1號”沉船為中心100米×100米的掃測范圍擴(kuò)大到1000米×1000米。掃測結(jié)果顯示，“南海1號”周邊散落文物的分布情況與2001年以來歷次探摸情況相吻合：即距離沉船本體越遠(yuǎn)的區(qū)域，散落文物和凝結(jié)物的數(shù)量越少。在聲納掃測圖像中，2007年2月抽泥定位時(shí)形成的凹坑清晰可見，沉船周邊約1米的范圍內(nèi)存在少量船體殘塊及散落的船貨；稍遠(yuǎn)區(qū)域(船舷外側(cè)1米～4米)基本不見“原生”狀態(tài)的文物，主要是1987年發(fā)現(xiàn)“南海1號”時(shí)，傾倒回海中的陶瓷器或金屬器碎片，以及由這些碎片形成的個(gè)體大小不一的凝結(jié)物；而沉船船舷外側(cè)5米以遠(yuǎn)的區(qū)域，則基本不見散落文物和船體殘塊。淺地層剖面儀的掃測數(shù)據(jù)表明，沉船表面被平均厚度約1米的淤泥覆蓋，從泥面至船底的深度不超過5.1米(4月27日，天津水運(yùn)工程科學(xué)技術(shù)研究所對沉船進(jìn)行的淺地層掃測結(jié)果再次確證了這一數(shù)據(jù))。

4月10日，12名水下考古人員乘坐廣州打撈局的南天柱號工作船達(dá)到“南海1號”所在海域，沉船外圍區(qū)域的考古清理工作正式開始。按照預(yù)定清理計(jì)劃，并參考水下掃測影像分析結(jié)果，考古隊(duì)決定將考古清理的范圍確定為船舷外側(cè)1米～5米區(qū)域(船舷外側(cè)1米以內(nèi)區(qū)域的淤泥及文物將被固定在沉箱內(nèi)，吊浮起運(yùn)到廣東海上絲綢之路博物館的水晶宮中進(jìn)行后續(xù)發(fā)掘)。水下考古清理方法以探方法進(jìn)行，探方的長、寬尺寸根據(jù)清理區(qū)域的散落文物、凝結(jié)物的數(shù)量和分布范圍的具體情況而有所不同。探方發(fā)掘遵循考古地層學(xué)的由上至下，由晚及早逐層清理的原則。探方內(nèi)淤泥的抽取工作使用了氣升式抽泥設(shè)備，這種設(shè)備主要通過在抽泥管口附近注入壓縮空氣，改變抽泥管內(nèi)的壓力差，從而將抽泥管口附近的淤泥、貝殼以及細(xì)碎文物提升到水面進(jìn)行過濾。為了保證個(gè)體較小的文物不會遺失，考古隊(duì)在抽泥管出口處懸掛金屬濾筐進(jìn)行過濾，濾筐孔徑小于1平方厘米。由于本次工作期間，海水能見度在大多數(shù)時(shí)間都能保持在10厘米～20厘米，這樣的水質(zhì)狀況為水下考古人員順利完成考古清理工作提供了較好的作業(yè)環(huán)境。隨著探方內(nèi)的淤泥被逐漸抽出，個(gè)體較大的文物和凝結(jié)物慢慢展現(xiàn)在考古人員的眼前。在對這些遺物完成編號、繪圖和攝影等資料記錄工作后，那些散落文物和個(gè)體較小凝結(jié)物將由考古人員直接采集出水；而那些個(gè)體較大的凝結(jié)物則首先根據(jù)實(shí)際情況分別以網(wǎng)兜或者鋼纜綁縛牢固，然后在確認(rèn)不會影響到“南海1號”安全的前提下吊出水面。

截至5月4日，“南海1號”外圍散落文物及凝結(jié)物的清理工作全部結(jié)束，共清理出各類文物137組近500件。出水文物的種類較為豐富，其中批量出水的瓷器以及鐵器可以確認(rèn)為外銷貨物：瓷器主要來自景德鎮(zhèn)窯系、龍泉窯系以及福建若干窯口，包括影青瓷、青瓷、青白瓷和鉛綠釉的碗、盤、碟、壺以及大小不一、形態(tài)各異的粉盒、瓶等；鐵器主要為成摞、成捆的鐵鍋和鐵釘。其他種類的文物數(shù)量相對較少，不能確定是船貨還是船員的自用物品，包括鎏金龍紋飾物、金鐲、漆器和錫器等。清理出水大小不同的凝結(jié)物共129塊，最大的一塊長、寬都接近2米。值得關(guān)注的是，因?yàn)楸挥倌喔采w，不僅沉船的木質(zhì)船體保存較好，本次考古清理中還發(fā)現(xiàn)了不少尚未炭化的有機(jī)質(zhì)遺存，如植物種子和用來包扎貨物的篾片等。

為了防止文物在出水后因脫水過快所造成的損壞，考古隊(duì)針對不同文物的材質(zhì)特點(diǎn)，采取了不同的初級保護(hù)措施。陶瓷器和漆木器一般直接用蒸餾水浸泡，以便把文物中所含的鹽份逐漸置換出來；對于受海水腐蝕程度較小的金器、銅質(zhì)文物則在晾干后，放人密封袋內(nèi)保存；那些體積大、不規(guī)則的凝結(jié)物以透氣遮陽布覆蓋，一天數(shù)次噴淋海水保持濕潤，當(dāng)出水的凝結(jié)物積累到一定數(shù)量后，就集中運(yùn)送到陽江市博物館專門修建的玻璃鋼水池中浸泡保護(hù)。

(二)沉井·壓載

要了解整體打撈，就不能不先介紹一下沉井。沉井是裝載“南海1號”的“容器”，平面呈“回”字形結(jié)構(gòu)，全長35.7米、寬14.4米，自重550噸。沉井由上、下兩部分組合而成，其中上沉井高7.2米，下沉井高5米。為了保證下壓和起吊作業(yè)的安全，設(shè)計(jì)者巧妙地構(gòu)思了沉井的結(jié)構(gòu)和附件。首先是沉井的上、下層結(jié)構(gòu)，之所以這樣設(shè)計(jì)，是防止沉井兩側(cè)淤泥開挖后，沉井外側(cè)壓力減小而導(dǎo)致的箱底淤泥受壓向外隆起的危險(xiǎn)。同時(shí)，下沉井壁的下端被設(shè)計(jì)成內(nèi)切的楔形，這樣不僅更加方便沉井下壓，而且可以防止沉井內(nèi)部淤泥的受壓變形。其次是沉井的四壁采用了中空的“雙殼體結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)，即總厚度為1.2米的沉井壁面由兩層有“之”形鋼結(jié)構(gòu)支撐的壁組成。這種結(jié)構(gòu)一方面可以有效防止沉井壁在海水壓力下發(fā)生變形，另一方面可以利用中空的“壁”進(jìn)行灌沙，加大沉井自重，加快沉井下沉到位。設(shè)計(jì)者還在上沉井外壁預(yù)留了兩排橢圓形的泄沙孔，當(dāng)沉井壓載到位準(zhǔn)備起吊前，就打開泄沙孔排出沉井壁中的泥沙，減輕沉井重量。再次是沉井外壁裝配了數(shù)十根“高壓旋噴定位管”，其作用是在沉井壓到位后，將特制的速凝水泥漿注入下沉井外側(cè)的淤泥中，使下沉井外側(cè)淤泥凝固變硬，這樣可以起到防止沉井繼續(xù)下沉和為穿底托梁提供較硬的“工作平臺”的作用。最后是沉井頂端半圓形吊點(diǎn)全部設(shè)計(jì)成向心結(jié)構(gòu)，即這些吊點(diǎn)的方向均朝沉井頂部的中心點(diǎn)匯聚，可是使連接吊點(diǎn)和吊鉤的每條鋼纜均衡受力，起到保持沉井平穩(wěn)起吊的作用。

沉井運(yùn)抵打撈現(xiàn)場前，交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)技術(shù)研究所的超短基線定位系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試完畢。這種代表國際最先進(jìn)水下定位技術(shù)的設(shè)備由水面基站和水下信標(biāo)組成，通過換算固定的水下DGPS信標(biāo)、安裝在沉井四角的信標(biāo)以及水面基站之間聲波的傳播時(shí)間，可以動態(tài)監(jiān)控沉井與預(yù)定下壓位置的距離、沉井水平狀態(tài)和沉井在海水中深度的變化數(shù)據(jù)，而且系統(tǒng)測量誤差小于20厘米。

在沉井下沉過程中的動態(tài)監(jiān)控和精確定位有了安全保證之后，工程技術(shù)人員抓住5月中旬前后海況條件絕佳的有利時(shí)機(jī)，決定采用備用的沉井安放方案，即不先打定位樁而直接沉放沉井。為保證萬無一失，廣州打撈局使用了具有900噸吊力的“南天龍”號工程船，以吊臂的主鉤吊起沉井，并以兩組副鉤控制沉井平衡。同時(shí)，用鋼纜固定沉井四角與水下錨點(diǎn)，這樣沉井在下沉過程中就不會發(fā)生偏移。一切準(zhǔn)備就緒之后，沉井的安放工作于5月17日上午正式開始，六個(gè)多小時(shí)后沉井下沉到預(yù)定位置。經(jīng)潛水員下水測量、探摸，沉井定位準(zhǔn)確、姿態(tài)平衡，并且由于自身重量的原因，沉井的下端已經(jīng)沉到淤泥面以下約1.5米深處。

沉井下沉到預(yù)定深度的任務(wù)需要通過靜壓完成，也就是把預(yù)制好的水泥沉塊依次平穩(wěn)放置到沉井上部，通過加大沉井重量促使其逐漸下沉。因?yàn)椴捎昧遂o壓的方式，沉井在下壓過程不會產(chǎn)生震動而且下沉速度相對均勻，可以最大程度保護(hù)已罩在沉井內(nèi)的“南海1號”的安全。此時(shí)，仍然可以通過沉井四角的信標(biāo)監(jiān)控其三維的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象產(chǎn)生，將通過及時(shí)調(diào)整水泥沉塊位置的方法使沉井恢復(fù)水平狀態(tài)。

(三)沉箱·吊浮

沉井下壓到位后，就要開始給沉井“封底”了，也就是要變“沉井”為“沉箱”。首先，工程師們需要為這種“變形”創(chuàng)造一個(gè)適合的工作平面，也就是挖除上沉井外側(cè)的淤泥層。挖泥工作從沉井外側(cè)30米處開始，逐漸向沉井靠近。為了保證沉井兩層淤泥的均勻泄壓和沉降，在沉井一側(cè)挖走2米厚的淤泥層后，把挖泥船移至沉井另一側(cè)，同樣從外側(cè)30米處由遠(yuǎn)及近，挖掉厚約4米的淤泥。然后再換回先前那一側(cè)，繼續(xù)挖出厚約4米的一層淤泥。如此循環(huán)，直至沉井兩側(cè)都挖出長30米、寬40米、深8米，底部平整的工作平面。為防止挖泥抓斗碰撞沉井造成損壞，抓斗上設(shè)有信標(biāo)，可以對每次挖泥作業(yè)進(jìn)行精確定位?？拷辆诘挠倌嗖挥米ザ非宄挠脷馍匠槟喾?，用抽泥管將淤泥移開。

接下來的工作是給沉井安裝底托梁，這是整個(gè)“南海1號”打撈過程中技術(shù)難度最大的一個(gè)環(huán)節(jié)?？蓜e小看了這些底托梁，它們也是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的。底托梁共36根，每根長14.48米、寬0.8米，每根重量約為5噸，設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu)，一端為方形，另一端為倒Y形。這樣的設(shè)計(jì)使得底托梁在穿越上沉井下部后，能夠與沉井壁緊密契合，更能滿足密封性和穩(wěn)定性的要求。底托梁的穿引工作由牽引鋼絲繩和水下液壓拉合千斤頂配合完成，可以提供約150噸的牽引力。底托梁的倒Y形開又部同時(shí)還裝配了高壓水噴淋系統(tǒng)，一旦在底托梁穿引過程中遇到的淤泥阻力過大，將啟用高壓水沖開淤泥，減少摩擦阻力。待36根底托梁全部穿引成功，上沉井也“搖身一變”，成為底部封閉的沉箱。然后，潛水員將先打開箱體外壁的泄沙孔，讓沉箱內(nèi)壁的泥沙排出“體外”，減輕沉箱重量；再使用水下液壓切割工具，將沉箱的上、下兩層分離，而切割下來的下沉箱就將作為承載著中國水下考古歷史的獨(dú)特“印記”永留海底。

把“南海1號”及其周圍泥沙穩(wěn)妥固定起來的沉箱現(xiàn)在已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)地矗立在海底了，但是怎么把這個(gè)巨大的沉箱安全吊起，仍是一個(gè)不小的難題。即使有海水的浮力，沉箱在水下的重量也將達(dá)到三千多噸，而一旦吊出海面，沉箱的重量將會大大超過四千噸，普通起重船根本無法吊起這樣的“龐然大物”。為了完成這一艱巨的任務(wù)，廣州打撈局精心準(zhǔn)備了兩件“利器”。其一是“華天龍”起重船，這條巨輪總長度為175米、寬48米，船底到主甲板的高度將近17米，今年4月剛剛在上海建造完成。這條投資6億元巨款打造的“起重航母”，可以進(jìn)行360。全回轉(zhuǎn)起吊，起重能力達(dá)4000噸，是目前亞洲地區(qū)起重能力最大的新型船舶。可以在七級大風(fēng)、2.5米浪高的海洋環(huán)境中維持正常作業(yè)。華天龍的起重能力完全可以滿足沉箱在不出海面狀態(tài)下的起吊要求；其二是全潛駁，它承擔(dān)著將沉箱“托”出海面并運(yùn)送到廣東海上絲綢之路博物館“水晶宮”中的任務(wù)。所謂的全潛駁，顧名思義這條駁船擁有可以下沉到海底任意指定深度，然后再浮出海面的能力。用“華天龍”的巨臂將沉箱穩(wěn)穩(wěn)吊起，然后慢慢放到潛入水中的駁船上，再操縱駁船平穩(wěn)上升到海面。全潛駁中部有特制的鋼結(jié)構(gòu)板架，板架形狀與沉箱底部結(jié)構(gòu)吻合。同時(shí)，板架表面還覆蓋著一層橡膠，當(dāng)沉箱被放置到板架上時(shí)，將會把橡膠緊緊壓在板架上，可以滿足對沉箱底部進(jìn)行密封的設(shè)計(jì)要求，防止沉箱內(nèi)發(fā)生海水、淤泥的泄漏，以及由此造成的對“南海1號”船體的擠壓損壞。有了這些技術(shù)和設(shè)備，完全可以解決將巨型沉箱安全“托舉”到海面所面臨的各項(xiàng)技術(shù)難題。

在拖輪的牽引護(hù)航下，裝載著沉箱和“南海1號”的全潛駁將被緩緩拉向陽江海陵島的十里銀灘。在那片潔白的沙灘上，新建成的廣東海上絲綢之路博物館就像一個(gè)美麗的“洞房”，正在靜靜地等候著“新娘”的到來。