1986年，在完成南越文王墓发掘工作后，为了切实做好遗址的保护工作，广州市政府开始对墓室进行全面维护和复原，对墓室石块进行加固和裂缝黏结，并进行了防水、防潮、防漏和防震处理，同时还划出了古墓的绝对保护区。为了加强对文物的保护和展示，1986年在遗址的基础上，先后投资5000万，筹建了西汉南越王博物馆。第一期于1988年完工，正式对外开放。第二期于1993年完工，形成了今天14000平方米的格局。
2002年3月，为了更好地保护南越文王墓及其出土文物，广州市政府又拨专项资金近千万元，采用目前国内领先的技术，对馆内建筑、空调、技防、消防、水电、陈列等进行全面改造，以达到防止文物的自然损坏和人为破坏。西汉南越王博物馆还采纳国外文物专家建议，将陈列展柜中的照明设备全部更换为防紫外线灯，在展厅中设置温湿度自动记录仪及抽湿机，最大限度地使文物不受损害。对于南越文王墓的出土文物，特别是青铜器，除了要进行分离、除锈，显示花纹、铭文、鎏金外，更重要的是要采取有效的保护措施，使文物能够长期稳定地保存下去。为此，西汉南越王博物馆采用机械与化学相结合的方法进行除锈，把覆盖在文物上的铜盐、氧化铜和氧化亚铜除掉，使文物恢复原貌。在不改变文物器形与文饰的基础上，对残破器物进行补配复原，达到修旧如旧的效果。其他文物，主要采用药物浸泡除去有害物质、加固、补配复原等手段进行修复保护。修复和处理后的文物经过多年的分析和观察，未发现异常情况，器物仍十分稳定。
文物修复
超景深三维显微镜拍照
墓室保护光棚
从2006年起广州市每年都有投入经费进行南越墓保护：2006年进行了综合陈列楼外墙、墓室外墙、题壁的清洗、封护和勾缝；题壁题字清凿、上漆和题壁加装挑檐；墓室西侧加修排水沟，对沉降造成的裂隙进行了灌浆处理，地面进行了防水处理；在调查当年保护档案的基础上，设计了墓室多项理化性质的测试分析，包括毛细吸水率及吸水速率检测、表面回弹强度检测、岩石风化产物检测、风化程度检测等测试分析项目。
2008年对墓室本体进行了病害调查及环境因素检测，在此基础上提交了《西汉南越王墓室病害勘察和现场保护研究报告》； 针对墓室光棚密封失效情况，对墓室顶棚漏水点、窗户以及相关部位进行维修封护和防水处理，内容包括百叶窗小孔封堵、顶部电动天窗挡水橡胶片更换、光棚顶部钢结构空隙密封、顶部钢结构防锈保护、更换幕墙老化密封胶等。
墓室保护情况(www.xing528.com)
2009年进行南越王墓室环境温湿度、照度、紫外辐照度等的测量和数据收集工作；根据相关数据编制墓室前期保护报告书，根据报告书制定南越王墓保护方案；配合光棚改造提出墓室环境治理建议书。
2011年为了查明南越王墓墓室周边地质情况，建立场地的水文地质模型，研究原有止水墙是否存在缺陷，进行了南越王墓墓室工程地质勘查。通过钻探、物探等手段对墓室周边地质情况及墓室止水墙进行了详细的勘查和检测并进行了墓室周边及基础处理方案设计。
2012年至2015年设计采购和安装调试Hanwell无线环境监测系统，根据库房、主体陈列楼、墓室、综合楼各区域的需求进行无线环境监测系统设计及传感器布局，共布设温湿度传感器、泄洪溢流传感器、二氧化碳传感器、照度紫外线传感器、灰尘传感器、VOC传感器等类型传感器42个，全面实现对博物馆所有区域文物保存环境基础和关键指标的监测。设计采用照度追踪平台解决照度紫外线传感器固定监测日光偏小问题；设计采用蓄电池加稳压电源解决部分需供电传感器24小时供电问题；设计传感器支架解决遗址内传感器放置问题。
2014年进行南越王墓本体保养维护工程。主要工程内容为：依据设计方案和现场施工方案，进行墓道和墓室的清理、勾缝以及防藻除霉处理。
2015年在文物保护和修复方面，主要围绕墓室保养维护工程，博物馆环境监测、馆藏文物修复方面展开。墓室保养与维护一直是西汉南越王博物馆文物保护的重要工程。在馆内技术部协助下解决墓葬中24小时电源问题。加强博物馆无线环境监测系统的建设，完成6个照度传感器和3个二氧化碳传感器的标定，完成库房空气净化器和文物包装用棉条采购。
红外热像仪查看红砂岩空鼓
墓道锚杆灌浆加固
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