淺析文保單位“四有檔案”數(shù)字化的適宜技術(shù)

朱兆陽　史穎

【摘要】當(dāng)前文物保護(hù)單位“四有檔案”的編制工作大多是以傳統(tǒng)方式進(jìn)行，這既不利于工作效率的提高，也不利于“四有檔案”的保管、使用、完善和傳播。隨著文保領(lǐng)域中新科技手段的大量涌現(xiàn)，借助新技術(shù)、方法為“四有檔案”的數(shù)字化服務(wù)，不僅可以方便的記錄文物本體的價(jià)值信息和文物保護(hù)工程及病害防治監(jiān)測的結(jié)果，還能為修繕工作提供全面詳實(shí)的依據(jù)。既滿足了新時(shí)期文保工作的需要，又提高了文物管理手段的科技含量。

【關(guān)鍵詞】“四有檔案”；數(shù)字化；適宜技術(shù)

文物保護(hù)單位“四有檔案”是文保工作的基礎(chǔ)和重要組成部分，在《文物保護(hù)法》、《中國文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》、《全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位記錄檔案工作規(guī)范（試行）》中對此進(jìn)行了明確規(guī)定和闡述。當(dāng)前文物保護(hù)單位“四有檔案”的編制工作大多是以傳統(tǒng)方式進(jìn)行，這既不利于工作效率的提高，也不利于“四有檔案”的保管、使用、完善和傳播。隨著文保領(lǐng)域中新科技手段的大量涌現(xiàn)，諸如三維幾何和材料成分信息采集技術(shù)、病害無損、微損檢測技術(shù)、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)等技術(shù)、方法也在各級文保單位的保護(hù)工作中加以運(yùn)用，其所獲得的數(shù)據(jù)成果大多是以電子文件介質(zhì)儲存、應(yīng)用的，這不僅可以方便的記錄文物本體的價(jià)值信息和文物保護(hù)工程及病害防治監(jiān)測的結(jié)果，還可為“四有檔案”的數(shù)字化工作提供基礎(chǔ)條件和保障。既滿足了新時(shí)期文保工作的需要、補(bǔ)充了傳統(tǒng)工作方式的不足，又提高了文物管理手段的科技含量。結(jié)合文保工作的具體實(shí)踐，本文針對有利于文保單位“四有檔案”數(shù)字化的適宜技術(shù)及特點(diǎn)做以下簡要的分析。

一、三維幾何和材料成分信息采集技術(shù)

全面掌握文物本體及其環(huán)境的三維幾何、影像及材料成份等基礎(chǔ)信息對于文物保護(hù)及檔案記錄至關(guān)重要?？蓺w為兩部分：

1、三維幾何信息采集技術(shù)

該技術(shù)主要分為三維激光、攝影、光柵采集與成型技術(shù)三類。

（1）三維激光采集技術(shù)：是利用激光束的高精度測距原理獲取對象的幾何形體空間信息。掃描設(shè)備范圍從0.2米至2000米，精度從0.02毫米至6毫米的全覆蓋，滿足從碑刻、陳設(shè)到古建筑、保護(hù)規(guī)劃區(qū)域等高精度的采集需求。優(yōu)點(diǎn)是精確度高，覆蓋面廣，受環(huán)境光干擾小。主要技術(shù)難點(diǎn)在于：對于大尺度的不可移動文物（如古建筑等），每一站采集的有效視角和有效面是有限的，經(jīng)多次拼站后，如何保持建筑物的整體精度；將點(diǎn)云圖最少干預(yù)地解讀為工程用三視圖尚沒有好的解決辦法；點(diǎn)云色彩的還原度較差。對于小尺度的文物，主要技術(shù)難點(diǎn)在于：對形體復(fù)雜的文物，內(nèi)部遮擋部分較難獲??；反光物等材質(zhì)的掃描等。

（2）攝影采集與成型技術(shù)：是在原有攝影測量技術(shù)基礎(chǔ)上與計(jì)算機(jī)算法結(jié)合的幾何形體測量成型技術(shù)，包括了不同尺度的對象采集。優(yōu)點(diǎn)是色彩、材質(zhì)、影像的原真度高。主要技術(shù)難點(diǎn)在于：幾何形體精度較三維激光差，采集時(shí)受環(huán)境光影響較大。

（3）光柵（白光）采集與成型技術(shù)：利用光柵與計(jì)算機(jī)算法結(jié)合形成的幾何形體采集成型技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是影像好、精度高。主要技術(shù)難點(diǎn)在于：僅適用于小尺度的掃描對象。

2、材料成分提取分析技術(shù)

材料信息的采集與分析在文保工作中有著非常重要的意義，通過材料的研究可以分析其成分、產(chǎn)地，并為復(fù)原及修復(fù)乃至斷代研究奠定基礎(chǔ)。常用的材料分析設(shè)備主要有光譜分析類和顯微鏡類，又分便攜型及實(shí)驗(yàn)室型兩種。光譜分析類包括：X射線熒光光譜儀、紅外光譜儀、傅里葉拉曼光譜儀等；顯微鏡類則包括：偏光顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電鏡等。在實(shí)際工作中，大多通過便攜式設(shè)備快速定性檢測與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備常規(guī)定量檢測相結(jié)合的方式進(jìn)行。

二、病害無損、微損檢測技術(shù)應(yīng)用

文物的無損、微損檢測技術(shù)是文?？茖W(xué)研究中非常重要的一個研究方向，也是保護(hù)過程中不可或缺的前期工作。快速、非、微接觸、大面積掃描、多通道、自動化是無損、微損檢測技術(shù)的優(yōu)勢。在文物（如古建筑）保護(hù)的嚴(yán)峻形勢下，利用無損、微損檢測分析方法分析其存在的病害問題，不僅是對傳統(tǒng)人工手段的補(bǔ)充以及提高效率的重要手段，并且可以最大程度的避免人為因素的干擾和影響。

以文物建筑木構(gòu)件的內(nèi)部病害檢測技術(shù)為例。以往多采用人工目測、敲擊表面聽聲判斷的方法，受操作者經(jīng)驗(yàn)的制約，其結(jié)果也偏差較大。將應(yīng)力波儀和阻抗儀配合使用不僅可以對木構(gòu)件內(nèi)部病害狀況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，而且結(jié)合數(shù)據(jù)還可以預(yù)測木構(gòu)件彈性模量、抗壓抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能，從而為木結(jié)構(gòu)的安全性評價(jià)提供依據(jù)。

針對磚石構(gòu)件則可采用超聲波儀、地質(zhì)雷達(dá)等，定性及定量檢測其表面及內(nèi)部的病害殘損狀況。

三、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)

動態(tài)監(jiān)測技術(shù)是預(yù)防性的保護(hù)模式，通過整合計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、多媒體技術(shù)等手段，建立能夠完整、持續(xù)的采集傳輸相關(guān)信息數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多種方法監(jiān)測古建筑各主要結(jié)點(diǎn)的空間存在狀態(tài)、屬性變化，以及周邊環(huán)境的變化，如古建筑的基礎(chǔ)穩(wěn)定性、承重結(jié)構(gòu)受力、梁架結(jié)構(gòu)變形、屋面外觀完整性、彩繪壁畫，包括：裂隙、沉降、石基風(fēng)化、受力、開裂、蟲蛀、變形、傾斜、斷裂，彩繪或壁畫的龜裂、褪色、風(fēng)化、人為損壞等。繼而應(yīng)用動態(tài)有限元模型分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)損傷識別理論、智能化傳感系統(tǒng)和信號處理技術(shù)等。實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)（線上）診斷預(yù)警和（線下）專家處理，對結(jié)果進(jìn)行比較、分析，從而揭示變形規(guī)律（趨勢）及形成因素，為文物建筑采取進(jìn)一步的保護(hù)措施打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

通過三維激光掃描、無損、微損檢測結(jié)合BIM技術(shù)對文物本體進(jìn)行原真、完整的精確建模，通過高效的算法對變形等進(jìn)行數(shù)值仿真模擬，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)化安全評估、預(yù)警。另一方面各部分的分析結(jié)果也將直觀的顯示在可視化的BIM模型中，三維激光掃描、檢測、監(jiān)測技術(shù)也以形式此高度融合，其數(shù)據(jù)及分析結(jié)果同時(shí)也可載入“四有檔案”中。

四、結(jié)語

大規(guī)模的城市建設(shè)以及風(fēng)吹、日曬、雨淋乃至臺風(fēng)、地震、泥石流等不可抗力的影響都有可能造成文物本體的損失，而有些甚至是毀滅性的。一旦出現(xiàn)這種毀滅性的重大損失，借助新科技成果的數(shù)字化“四有檔案”不僅能為修繕工作提供全面詳實(shí)的依據(jù)，為相關(guān)學(xué)術(shù)研究工作產(chǎn)生不可估量的積極影響。同時(shí)還可以借助互聯(lián)網(wǎng)平臺將數(shù)字化檔案中的文物知識進(jìn)行公眾普及，使文物資源成為社會共有、全民共享的文化財(cái)富。從而更好的加強(qiáng)文化交流，推動優(yōu)秀文化資源的傳承。

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 中國文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則[S]. 國際古跡遺址理事會中國國家委員會， 2015.

【作者簡介】

朱兆陽，男，碩士學(xué)位，中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院助教。