基于UGIS的歷史建筑保護與更新研究

史綱 鄭皓

1 背景和意義

“數(shù)字城市”是應(yīng)用3S(GIS,GPS,IG)技術(shù)及其城市地理信息系統(tǒng)(Urban Geographic Information System,UGIS)技術(shù)建立城市空間信息系統(tǒng)的綜合性系統(tǒng)工程,受到國內(nèi)外廣泛重視,越來越多的城市正在投以極大熱情加入城市信息化建設(shè)的行列。從“數(shù)字地球”概念到“數(shù)字城市”實踐,借助高速發(fā)展的電子信息技術(shù),廣泛利用信息資源,已經(jīng)成為21世紀中國實現(xiàn)跨越式發(fā)展的首肯認知和必要途徑。以精巧玲瓏為特質(zhì),以產(chǎn)業(yè)化、市場化方式建設(shè)的“數(shù)字城市”項目,在各級政府大力關(guān)注和支持下,近幾年來取得顯著成效。而歷史風(fēng)貌建筑與街區(qū),作為城市空間重要組成部分以及歷史文化載體,是十分珍貴、不可替代的,具有極大的理論研究價值和社會經(jīng)濟價值。在建設(shè)“數(shù)字城市”——“數(shù)字歷史建筑”這個系統(tǒng)的過程中,它們應(yīng)該盡早得到應(yīng)有的重視和開發(fā)。近年來,我國很多城市規(guī)劃管理部門會同一些科研機構(gòu)和高校,對城市歷史風(fēng)貌建筑和街區(qū)進行了細致的測繪和調(diào)研,掌握了大量第一手數(shù)據(jù)資料。但由于缺少共享的技術(shù)交流平臺和有效的更新運作機制,這些成果仍然只在理論研究、規(guī)劃設(shè)計、資料查詢等有限范圍內(nèi)使用,無法在歷史建筑保護、規(guī)劃的實施中直接應(yīng)用,更無法擴展到城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施、人文景觀、文化教育、旅游經(jīng)濟等城市綜合發(fā)展方面[1]。為了最大程度地解決上述兩方面問題,我們計劃將UGIS等技術(shù)在歷史建筑保護與更新中得到有效的應(yīng)用與開發(fā),從而為豐富數(shù)字城市內(nèi)涵、提升城市綜合素質(zhì)提供切實可行的理論研究和技術(shù)方法,多方位實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

2 國內(nèi)外同類研究開發(fā)概況

聯(lián)合國科教文組織最早于1992年資助屢遭戰(zhàn)火重創(chuàng)的柬埔寨吳哥古跡的保護,即使用計算機輔助信息管理系統(tǒng)匯集資料形成數(shù)據(jù)庫,用以指導(dǎo)遺址恢復(fù)工作,并編制有關(guān)發(fā)展規(guī)劃協(xié)助社會經(jīng)濟的復(fù)興。該方法后來經(jīng)過改進用于越南順化、泰國素可泰、老撾萬榮,以及歐洲、澳洲、北美等地,被證明是一項對所有文化遺產(chǎn)管理都很有幫助的有力工具。但是,從我們所掌握的資料來看,這些項目大多位于郊外或邊遠區(qū)域,具有獨特的環(huán)境,對于與城市緊密結(jié)合的歷史建筑和街區(qū)的情況,尚未見到同樣有關(guān)的理論和方法。國內(nèi)到目前為止還沒有系統(tǒng)的做法。關(guān)于應(yīng)用GIS進行古城保護規(guī)劃設(shè)計以及單體建筑保護與更新的論文多從宏觀角度認識,缺乏具體開發(fā)、利用的理論、計劃與手段。而對于將之從歷史文化遺產(chǎn)角度作為空間信息資源進行綜合系統(tǒng)開發(fā)與利用的設(shè)想則更少。

3 研究內(nèi)容、創(chuàng)新點及技術(shù)指標

3.1 具體研究開發(fā)內(nèi)容

1)建立完善的歷史風(fēng)貌建筑與地段的城市空間信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。在過去多年積累的基礎(chǔ)上,將已獲得的以及需補充的三維空間數(shù)據(jù)與3S技術(shù)掛鉤、整合,建立可共享的技術(shù)平臺和權(quán)威性的數(shù)據(jù)庫。2)研究如何建立歷史建筑五維信息數(shù)據(jù),并建立良好的保護與更新機制。以上述技術(shù)平臺為基礎(chǔ),加入歷史、人文等不易量化的信息,同時建立保養(yǎng)維護、動態(tài)更新、系統(tǒng)升級的有效手段和保障機制,從而形成有價值的、可持續(xù)發(fā)展的多維空間信息數(shù)據(jù)庫。3)系統(tǒng)研究并開發(fā)相關(guān)的軟硬件產(chǎn)品。系統(tǒng)研究并開發(fā)與城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、旅游事業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)等密切相關(guān)的歷史建筑及街區(qū)保護與更新的相關(guān)產(chǎn)品。

3.2 主要創(chuàng)新點

1)綜合應(yīng)用GIS技術(shù)、計算機技術(shù)、海量信息存儲和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),研究歷史建筑與街區(qū)從靜態(tài)保護到動態(tài)更新的變革過程,從而獲得學(xué)科本身以及跨學(xué)科的創(chuàng)新成果,包括理論探討、實際數(shù)據(jù)庫和軟件產(chǎn)品。這是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)邁向信息化的重要突破。

2)信息化、數(shù)字化概念引入城市歷史街區(qū)聚居模式、社會形態(tài)、空間領(lǐng)域、風(fēng)土民情等不易量化的關(guān)系的研究與更新,既是將人文科學(xué)內(nèi)容與信息技術(shù)相結(jié)合的新嘗試,也是對研究方式的創(chuàng)新。

3)聯(lián)合高校、企業(yè)、科研機構(gòu)、政府部門的攻關(guān)模式,使數(shù)據(jù)庫和研發(fā)成果具有權(quán)威性,并得到充分共享和廣泛應(yīng)用。

3.3 主要技術(shù)指標

1)建筑單體三維數(shù)據(jù)精度、區(qū)域精度符合國家城市測量標準規(guī)范;五維數(shù)據(jù)庫每年更新一次,遇重大事件如破壞、拆除、修葺、改建、環(huán)境變化以及重大活動等情況時,隨時更新,內(nèi)容應(yīng)包括事件的時間、地點、當(dāng)事人以及緣起、經(jīng)過、結(jié)果、影響、評估等方面。

2)地圖、圖片、影像資料數(shù)碼化、標準化、市場化。采用最先進的數(shù)據(jù)庫設(shè)計,并開發(fā)相應(yīng)的專門應(yīng)用軟件。

3)專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)站為半官方半民間性質(zhì),訪問運行于城城寬帶網(wǎng)之上,每月更新一次,遇重大事件隨時更新;并設(shè)專人監(jiān)控、維護,隨時與客戶互動交流,提供咨詢、設(shè)計等服務(wù)。

4 研究開發(fā)方案和階段目標

“數(shù)字城市”涉及城市行政管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、社會經(jīng)濟、多種產(chǎn)業(yè)、文教衛(wèi)生、環(huán)保綠化、景觀生態(tài)等諸項城市構(gòu)成要素,并需要綜合應(yīng)用GIS技術(shù)、計算機技術(shù)、海量存儲技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐[2]。同時,這樣的研究需由多家性質(zhì)不同的單位聯(lián)合攻關(guān),需要很好的協(xié)調(diào)和配合。因此,首先必須制訂詳細的研發(fā)計劃,包括：分工協(xié)作方案;技術(shù)交流平臺;研發(fā)項目分期、次序與目標;資金、人力、物力資源使用等。初步確定分五個階段實施本項目。

1)第一階段。a.補測過去遺漏或丟失數(shù)據(jù)的歷史風(fēng)貌建筑,尤其是具有重要歷史價值和研究意義的歷史風(fēng)貌建筑一定要補測完整;b.將CAD圖形轉(zhuǎn)換成為用于GIS系統(tǒng)的矢量數(shù)據(jù)庫,這是一項復(fù)雜而繁瑣的工作,但也是很重要的基礎(chǔ)工作,它直接決定將來研究的現(xiàn)實意義。

2)第二階段。本階段主要進行歷史風(fēng)貌建筑與街區(qū)有關(guān)歷史、人文、社科方面的信息調(diào)查、收集和整理,并通過技術(shù)手段轉(zhuǎn)化為五維數(shù)據(jù)錄入GIS矢量系統(tǒng)。由于涉及大量不易量化的人文信息,還包括圖片、影像等資料,所以是研究的重點和難點之一[3]。

3)第三階段。第三階段也是研究重點之一。建立完整的五維數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)使用與系統(tǒng)更新的運作機制,建立權(quán)威性的技術(shù)共享平臺和專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)站。

4)第四階段。第四階段為項目研發(fā)的另一重點和難點。以權(quán)威數(shù)據(jù)庫及其運作機制為基礎(chǔ),綜合研究歷史風(fēng)貌建筑與街區(qū)在城市各項子系統(tǒng)中的地位、影響和作用,并開發(fā)相應(yīng)的軟硬件產(chǎn)品。

5)第五階段。最后這個階段是將前面各階段成果進行綜合、完善,成果提供形式如下：a.開發(fā)與應(yīng)用研究成果的書面報告;b.各項專用軟件包、權(quán)威性五維數(shù)據(jù)庫,分為專業(yè)研究級、市場推廣級,以光盤或硬盤形式儲存、備份;c.相關(guān)城市歷史風(fēng)貌建筑保護與更新的專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)站;d.研究成果正式出版,如專著、畫冊、地圖、旅游指南、明信片等;e.產(chǎn)業(yè)化前景及經(jīng)濟社會效益分析。

5 結(jié)語

國內(nèi)外經(jīng)驗證明,GIS項目中60%～80%的費用要用于數(shù)據(jù)的獲取和輸入。但若具有較理想的研發(fā)基礎(chǔ)和條件,此項費用預(yù)算已經(jīng)大大降低,在同樣投入的情況下,可以得到更好的投入產(chǎn)出比?？傊?歷史建筑調(diào)研測繪以及GIS應(yīng)用的費用都是可量化的。然而,社會文化資源得到更好的保護和開發(fā)利用,其價值是無法計算的。因為這些遺產(chǎn)與資源構(gòu)成了人類社會可持續(xù)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。

[1] 張橫江.數(shù)字城市的理論和實踐[M].廣州：廣東世界圖書出版公司,2004.

[2] 保羅?鮑克斯.地理信息系統(tǒng)和文化資源管理[M].胡明星,董 衛(wèi),譯.南京：東南大學(xué)出版社,2001.

[3] 同濟大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院.歷史文化城市與建筑的保護[J].時代建筑,2000(3)：18-23.

[4] 付 敏,李俊梅.襄陽古城北街的歷史風(fēng)貌保護研究[J].山西建筑,2008,34(6)：88-89.