從數(shù)字化到信息化：信息技術在建筑遺產(chǎn)領域的應用芻議

吳蔥　李珂　李舒靜　張龍　白成軍

摘要：記錄建檔工作貫穿于遺產(chǎn)保護循環(huán)全過程，不僅是一切保護工作賴以開展的重要基礎，而且關乎遺產(chǎn)的真實性，直指保護目的，是保護工作的“靈魂”。在數(shù)字化革命、信息化社會的語境下，傳統(tǒng)的記錄建檔概念升級為以數(shù)字化為基礎的遺產(chǎn)信息采集、傳遞、處理和利用等活動。隨著保護理念的深化和技術的進步，遺產(chǎn)對象的復雜性和保護實踐不同需求，使得信息記錄工作面臨挑戰(zhàn)。從信息管理的角度看，遺產(chǎn)信息的記錄至少具有逆向、多時態(tài)、多樣化、復雜性的特點。而既有手段雖初步實現(xiàn)數(shù)字化，但并未改變原有的信息組織和表達方式，從而無法應對挑戰(zhàn)。而從發(fā)展建筑遺產(chǎn)領域的信息化測繪開始，從數(shù)字化走向信息化，才是遺產(chǎn)記錄的發(fā)展進步之道。本文在介紹的一些案例和初步研究探索基礎上，提出可以建立以HBM為核心技術的、跨平臺的信息化測繪、記錄體系，為遺產(chǎn)的研究、保護、管理、展示、利用各環(huán)節(jié)提供系統(tǒng)、實用、便捷的信息服務。

關鍵詞：遺產(chǎn)保護；數(shù)字化；信息化測繪；HBIM

一、建筑遺產(chǎn)記錄的意義被低估

我國建筑遺產(chǎn)保護實踐中，本應與遺產(chǎn)本體保護同等重要的遺產(chǎn)歷史信息的保存與傳遞常被輕視或忽略。建筑遺產(chǎn)記錄的意義不應被低估，不僅因為保存“歷史信息”是《中國文物古跡保護準則》闡明的保護目的之一，還因為“信息來源”的確鑿可靠更關乎遺產(chǎn)的真實性。這些相應的歷史信息及其相關來源，均應系統(tǒng)、真實、全面記錄和分析，與遺產(chǎn)本體即“真品”一起，構(gòu)成遺產(chǎn)真實性的另一面——“真?zhèn)鳌薄?/p>

另一方面，在建筑遺產(chǎn)修繕實踐中，既不可能做到絕對“保存現(xiàn)狀”（停住時鐘），更不可能“恢復原狀”（回撥時鐘），其實質(zhì)是在各種歷史“層位”之上，最小程度地增加必要的當代“層位”，盡可能延長遺產(chǎn)本體的生命周期。這就不僅涉及“過去時態(tài)”的歷史信息，還包括“現(xiàn)在時態(tài)”的實時信息以及兩者之間的相互關聯(lián)；隨著時間推移，“將來時態(tài)”的使用、管理、監(jiān)測、保護維護等信息更不斷增加。因此，所謂保護，不應單純重視未改變的所謂“原狀”，也應關注已發(fā)生、正在發(fā)生和可能將要發(fā)生的“改變”。只有真實、客觀、系統(tǒng)記錄和分析這些相互關聯(lián)的新舊信息，做到“信以傳信，疑以傳疑”，才是對真實性的悉心守護。

應當看到，記錄建檔工作貫穿于遺產(chǎn)研究、保護、管理、展示、利用等保護循環(huán)全過程（圖1），不僅是一切保護工作賴以開展的重要基礎，而且，如前所述，它關乎遺產(chǎn)的真實性，直指保護目的，因而是保護工作的“靈魂”。

在數(shù)字化革命、信息化社會的語境下，傳統(tǒng)的記錄建檔工作，則升級為以數(shù)字化為基礎的遺產(chǎn)信息采集、傳遞、處理和利用等活動。隨著遺產(chǎn)保護需求的深化和細化，以及各種數(shù)字化、信息化、智能化技術迅速發(fā)展，需要從更高的高度認識遺產(chǎn)信息的記錄和管理，促使建筑遺產(chǎn)的保護跟上時代發(fā)展步伐，從傳統(tǒng)保護方式發(fā)展到數(shù)字化，進而走向信息化和智能化。

二、遺產(chǎn)信息記錄的特點與挑戰(zhàn)

當前，隨著保護理念的深化和技術的進步，遺產(chǎn)對象的復雜性和保護實踐不同需求，使得信息記錄工作面臨挑戰(zhàn)。從信息采集、處理和管理利用的角度看，至少具有以下特點。

1.“逆向工程”：從無序到有序

遺產(chǎn)信息記錄是從現(xiàn)存實物出發(fā)，借助既有知識體系，結(jié)合具體文獻史料、口述證據(jù)及科技手段對遺產(chǎn)本體進行分析性描述，從微觀到宏觀上解讀遺產(chǎn)本體的本質(zhì)特征和價值，揭示相關規(guī)律，從而從紛繁無序的表象和海量數(shù)據(jù)中篩選出的適用、可靠、有序的信息。小到單一構(gòu)件的形態(tài)、材料、特征、類型、制作工藝，節(jié)點構(gòu)造方式，建筑整體結(jié)構(gòu)、建造技術，建筑空間、場所精神、文化特征，大到在廣袤區(qū)域中文化特征的時空分布規(guī)律等，均包括在內(nèi)。

2.多時態(tài)

任何一處遺產(chǎn)都是時間積累的結(jié)果。遺產(chǎn)信息記錄正是從認識現(xiàn)存實物切入，通過考古和歷史研究，認識遺產(chǎn)本身的營造、使用和改變的歷程，并由表及里地認識相關歷史人物和人類行為、技術、思想、審美、意識形態(tài)，總結(jié)遺產(chǎn)的內(nèi)在價值；通過勘察、測繪、調(diào)查、檢測，了解本體的現(xiàn)存狀態(tài)；通過研究評估、規(guī)劃設計，為遺產(chǎn)的未來發(fā)展勾畫藍圖，這就產(chǎn)生了遺產(chǎn)的“過去時”、“現(xiàn)在時”和“將來時”等多種“時態(tài)”。

3.多樣化

隨著時間流逝，一處遺產(chǎn)往往積累了或者將來會積累非常復雜多樣的信息和信息源。例如，來自不同作者、不同觀點的歷史檔案文獻，來自不同時期、不同團隊的測繪圖紙和數(shù)據(jù)，來自不同專業(yè)和學科的檢測數(shù)據(jù)，來自不同研究者的不同結(jié)論等。又如，隨著技術手段的發(fā)展帶來多樣的數(shù)據(jù)形式，如圖表、二維圖紙、三維模型、點云、影像、實時動態(tài)數(shù)據(jù)等。這些龐雜信息，需要統(tǒng)一的信息平臺，系統(tǒng)、高效地管理起來。

4.復雜性

建筑本身是由三維實體形成的三維空間，即使從相對靜止的視角去看，任何一個局部也都涉及其空間位置、尺寸大小、材料、構(gòu)造、工藝、表面裝飾等各種信息。三維空間再疊加上述時間和信息來源等更多的維度，使得需要記錄的信息異常復雜。

三、既有信息記錄、表達手段的局限性

面臨上述特點和挑戰(zhàn)，既有的手段能否勝任？由于記錄建檔問題涉及面寬，為求簡化，下文試以保護工作的重要環(huán)節(jié)、文物保護工程中的古建筑修繕所涉主要問題加以討論，管中窺豹，分析數(shù)字化、信息化相關的問題。

本世紀以前，我國古建筑修繕的勘察設計文件和施工記錄過程是以圖紙為核心的，所形成的勘察設計文件，由于受到技術和成本的限制，以數(shù)量有限的手繪實測圖、設計圖為主體，輔以文字說明和圖表，附少量現(xiàn)狀照片。其中實測圖、設計圖是在測繪圖紙的基礎上用文字標注相關的殘損信息和技術措施、要求等。

進入1990年代后期，特別是本世紀初以來，由于計算機制圖、數(shù)字攝影技術的進步和迅速普及，在文物保護工程領域也初步形成了勘察設計制圖的數(shù)字化。在數(shù)據(jù)采集方面，三維激光掃描、數(shù)字攝影測量、無人機技術以及勘察檢測新技術的應用，也初步實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速采集，形成了信息數(shù)據(jù)的多樣性和復雜化。

對照傳統(tǒng)手段，CAD制圖和數(shù)碼相機提供了文件復制、修改和傳遞的便利，信息載體的靈活性以及照片數(shù)量的增加。然而冷靜分析，這些數(shù)字化手段并未改變原有的信息組織和表達方式，形象地說，只是更換了更好的“紙”和“筆”。例如，《文物保護工程設計文件編制深度要求》（201 3年）所規(guī)定的體例，即主要脫胎于上述“手繪”年代所形成的慣例。從多數(shù)勘察設計單位設計文件看，也是基本沿襲舊例。而事實上，這種文字報告、統(tǒng)計圖表、照片和圖紙相互分離，自成單元，缺乏方便的參照關聯(lián)的問題，是典型的“信息孤島”現(xiàn)象，給讀者閱讀帶來了困擾：圖紙表達雖整體形象明晰，空間位置具體，但將相關信息用文字標注在圖面上時，信息傳遞往往顯得主次不分，條理混亂，而且殘損問題的文字描述，在缺少照片配合的情況下有失直觀生動，且不利于表達殘損的程度；而當閱讀文字說明或報告時，雖然邏輯清晰、條理清楚，但又缺少所述對象的形象和具體位置信息，容易產(chǎn)生理解障礙。作為讀者，審閱者以及建設、施工、監(jiān)理各方，須花費相當精力，將分離的信息織補在一起方能充分理解，效率低下且極易出錯；另一方面，勘察設計者本身，為求圖、像、數(shù)、文在信息表達上的統(tǒng)一，也必須付出巨大的工作量，同樣效率低下且極易出錯?，F(xiàn)在雖然實現(xiàn)了文物保護工程項目的“網(wǎng)評網(wǎng)審”，但只是提供設計文件的pdf格式文件下載，雖然傳遞便利，但閱讀起來實際上比紙質(zhì)媒介更為困難。

這種作者、讀者之間“兩頭不討好”的問題，固然可通過體例格式上的創(chuàng)新加以改進，但本質(zhì)上，是原有信息組織、表達方式自成一體，互相隔絕造成的，無法適應和應對遺產(chǎn)信息記錄“多時態(tài)”、“多樣化”和“復雜性”的特點和挑戰(zhàn)。惟有從信息化的角度認識問題，采用適用的信息技術，才是問題的解決之道。事實上，隨著計算機圖像技術、CAD技術以及地理信息系統(tǒng)（GIS）、建筑信息模型（BIM）等適用于建筑遺產(chǎn)領域的信息技術發(fā)展和成熟，深入的建筑遺產(chǎn)的數(shù)字化和信息化發(fā)展也具備了一定的技術經(jīng)濟條件，成為一種必然的發(fā)展趨勢。

四、從數(shù)字化到信息化的解決之道

1.從信息化測繪開始

“信息化測繪”（informatization surveying and mapping）是測繪學科提出來的術語，是繼利用傳統(tǒng)手段的“模擬測繪”階段和數(shù)字化技術的“數(shù)字化測繪”階段之后出現(xiàn)的新型測繪技術形態(tài)和階段，指“在完全網(wǎng)絡化運行環(huán)境下，利用數(shù)字化測繪技術為社會經(jīng)濟實時有效地提供地理空間信息綜合服務的一種新的測繪方式和功能形態(tài)。其基本特征是地理空間信息的快速獲取和實時更新、智能化處理和一體化管理、規(guī)?；a(chǎn)和網(wǎng)絡化分發(fā)服務，實現(xiàn)地理空間信息資源的融合，為社會經(jīng)濟提供多尺度、多時相、多形式的綜合服務。”人們?nèi)粘Ｄ軌蚪佑|的電子地圖、手機地圖和GPS導航服務，甚至延伸到生活消費中的價格優(yōu)惠、“大眾點評”等信息服務，就是信息化測繪技術成果的具體體現(xiàn)。它與傳統(tǒng)測繪的主要區(qū)別是后者提供的是傳統(tǒng)“地圖”，而信息化測繪提供的是地理信息服務。紙質(zhì)地圖逐漸被基于網(wǎng)絡的、能實時更新的、提供可視化表達、具有一定智能化分析功能的地理信息系統(tǒng)（GIS）所代替。在城鄉(xiāng)規(guī)劃、考古、歷史地理研究、遺產(chǎn)保護中已得到應用的GIS技術，實際是得益于信息化測繪的技術變革。

同樣的概念和適用技術當然也可移植在建筑遺產(chǎn)保護領域，從而走向建筑遺產(chǎn)領域的“信息化測繪”。它的成果不再簡單向研究或勘察設計工作提供“測繪圖紙”或“技術底圖”，不再是從屬于局部保護工作（如修繕工程）的基礎工作，而是通過技術創(chuàng)新，開發(fā)遺產(chǎn)的信息管理平臺，提供統(tǒng)領全局、貫穿保護工作全過程的信息管理服務。它應當具有技術體系數(shù)字化，信息交互網(wǎng)絡化，信息服務專業(yè)化、社會化，信息共享法制化等特點。在信息化測繪體系下，技術底圖是測繪成果，為遺產(chǎn)展示開發(fā)的實時解說導覽系統(tǒng)，也是測繪成果。

又如，遺產(chǎn)監(jiān)測是聯(lián)合國教科文組織對世界遺產(chǎn)的硬性要求，我國很多世界遺產(chǎn)地陸續(xù)開展了監(jiān)測工作。然而，反應性監(jiān)測或智能化監(jiān)測是對信息化水平要求很高的活動，這與我國遺產(chǎn)信息體系不完備形成了反差，信息化建設的欠賬，造成監(jiān)測體系建設中缺乏銜接，需要補充大量基礎數(shù)據(jù)，實際上需要通過信息化測繪搭建“樓梯”，才能收水到渠成之效。而逾越信息化發(fā)展的智能化監(jiān)測只能是空中樓閣。

從目前的技術發(fā)展來看，建筑遺產(chǎn)領域的信息化的核心技術是地理信息系統(tǒng)（GIS）和建筑信息模型技術（BIM），結(jié)合其他學科的需求和貢獻，又衍生出適用于遺產(chǎn)的“歷史地理信息系統(tǒng)”（HGIS）和“歷史建筑信息模型”（HBIM）。鑒于GlS適用于更大尺度和規(guī)模的遺產(chǎn)，且相關研究較多，本文暫不再贅述。

2.歷史建筑信息模型（HBIM）

（1）對HBIM的不同理解

簡單說，BIM是以三維數(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目中各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM在建筑領域已不再陌生。從用戶體驗的角度，可對BIM做如下較為通俗的描述：（a）形神兼?zhèn)洌簣D元不再是傳統(tǒng)CAD中點、線、面等簡單的幾何對象和“沒心沒肺”的“空殼”，而是用信息化的建筑組件表示真實世界中的建筑構(gòu)件。（b）參數(shù)化，有邏輯：建筑內(nèi)部各個單元、部分、系統(tǒng)及相互間約束和參照關系都能體現(xiàn)出來。（c）信息統(tǒng)一管理，有條不紊：中央數(shù)據(jù)庫能方便檢索、提取、管理和利用各類信息。（d）多方參與，協(xié)同工作：各專業(yè)協(xié)同工作，避免“錯漏碰缺”和重復勞動。（e）從生到死，全部包辦：可用來展示和管理整個建筑生命周期，包括建造及使用過程，實現(xiàn)“建筑生命周期管理”（Building Lifecycle Management，簡稱BLM）。

從2000年代末開始，國內(nèi)外都開始了BIM在建筑遺產(chǎn)保護領域應用的探索（圖2）。根據(jù)Logothetis的研究，M.Murphy和E.McGovern第一次提出了歷史建筑信息模型（Historic Building Information Modelling，簡稱為HBIM）的概念。他們將HBIM定義為一套把點云和攝影測量數(shù)據(jù)映射到參數(shù)化構(gòu)件上的跨平臺程序，并基于歷史建筑數(shù)據(jù)建立的標準參數(shù)化構(gòu)件庫。然而，這種定義實際有一定局限性，Murphy過于強調(diào)其與點云數(shù)據(jù)的關聯(lián)，這沒有必要而且僅僅將BIM模型視作對照片和文字報告的補充，則放棄了HBIM應用的信息統(tǒng)領地位。

本文認為，在建筑遺產(chǎn)中應用的BIM技術，即HBIM，應將BIM模型定位為一種信息的“索引框架模型”，即整體反映建筑中的特定形式、材料、構(gòu)造、形制風格，而不拘泥于某處細節(jié)微小變形或缺陷，是作為一套根據(jù)“典型測繪”。和“樣本尺寸”。的理論基礎上建立的“理想化”模型。其他信息屬性及相關分析、計算，皆可在BIM模型中進行標引、附加或整理、修改、鏈接，并生成相應的專題視圖、專題圖紙、統(tǒng)計報表、外部鏈接等。

HBIM模型是構(gòu)成建筑遺產(chǎn)生命周期的管理的主要骨架。建筑遺產(chǎn)信息記錄不僅要涉及歷史的回溯，也要求隨著時間的流逝而永續(xù)不斷。生命周期中階段化的記錄使BIM模型成為了一種4D模型。另外，建筑遺產(chǎn)的信息在同一時間節(jié)點可能出現(xiàn)不同的版本變體（即前文所述“多樣化”特征），于是HBIM模型升級為5D模型（圖3）。加之其他變量因素，如成本等，HBIM模型可呈現(xiàn)為nD模型，以承載更多的信息。

這樣的HBIM定義或設想，不僅具有BIM本身的技術可行性和優(yōu)勢，而且能夠針對性地應對和解決本文提出的建筑遺產(chǎn)信息記錄的特點和問題：逆向、多時態(tài)、多樣化和復雜性。

（2）HBIM應用探索

基于這種HBIM理念，近年來我們也就其在建筑遺產(chǎn)中應用進行了若干研究和探索，證明基于建筑內(nèi)在邏輯和規(guī)律的而開發(fā)出來的BIM技術，應用在建筑遺產(chǎn)上具有很好的適用性。相關經(jīng)驗得失并可初步總結(jié)如下：

a）BIM的參數(shù)化構(gòu)件庫的開發(fā)思想與考古中的類型學相契合，因此可借助類型學方法，研究建筑構(gòu)件及其組合的形態(tài)和關系。為此，我們提出了為BIM平臺進行信息采集的“結(jié)構(gòu)類型法”

（圖4、圖5）。BIM建模，要求首先建立一套參數(shù)化構(gòu)件庫，在AutodeskRevit中稱為族庫，形成了一套“類別”“族”“類型”的三級分類體系。與其籠統(tǒng)地對每個單體建筑的構(gòu)件進行粗糙分類，不如就某個建筑組群、某個地區(qū)，甚至某個區(qū)域內(nèi)建立一套完善的類型學分類方法。參數(shù)化構(gòu)件庫的積累和擴展，也意味著對該地區(qū)建筑構(gòu)件特征時空分布的總結(jié)和譜系的建立，從而完成從無序到有序的部分“逆向”工作，用于建筑年代鑒定、技術工藝研究，乃至審美觀念和文化涵義的深入挖掘（圖6）。

b）BIM技術提供的“階段化”功能，“設計變體”、“圖層”，就像在系統(tǒng)里安裝了一個“時鐘”，并且在同一“時間節(jié)點”上，可提供并列的不同版本的信息，正好針對遺產(chǎn)記錄中多時態(tài)、多樣性的特征，完成對建筑測繪、勘察、檢測、設計、施工過程、竣工、展示利用、監(jiān)測管理、日常維護的全程記錄（圖7、圖8）。

c）以Revit軟件為例，BIM的成果形式基本分為4種：圖紙、報表、屏顯視圖和構(gòu)件庫。其中構(gòu)件庫前文已經(jīng)提及，而圖紙、報表則是傳統(tǒng)形式，方便與傳統(tǒng)慣例銜接。而屏顯視圖則是應用范圍和前景更為廣闊的方式，可用于個人電腦、公共大屏幕和手機等移動終端屏幕，包括各種傳統(tǒng)平立剖面視圖、三維視圖，交互式或非交互式的動畫、漫游，利用顏色、圖案表達的靜態(tài)專題視圖，以及動態(tài)的階段化視圖等（圖9、圖10）。因此可在文物保護工程的勘察設計圖紙中，探索新的表達方式。由于構(gòu)件屬性錄入在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，可保證其在視圖、圖紙和報表中嚴格一致，修改其中任何一個，其他成果中也一并修改。另外，可按照一定的邏輯關系，制作病害損傷的“專題圖紙”，如臺基地面、瓦頂屋面等有關部位的病害損傷專題圖，積極利用可視化的三維視圖、平立剖面、照片、文字標注（來自屬性信息）、明細表等手段綜合表達相關信息（圖11）?；蛘甙凑栈A下沉引發(fā)木構(gòu)歪閃、墻體開裂、屋面拉開等因果關系組織視圖，克服在單獨的平立剖面視圖，不分主次、不分類別地機械標注所造成的信息表達不清晰、容易錯漏的弊端。

五、趨勢和展望

初步的探索標明，循此思路，可以建立以HBIM為核心技術的、跨平臺的信息化測繪、記錄體系，編制或開發(fā)：系統(tǒng)規(guī)范的測繪記錄工作流程和建模表達標準，歷史研究、價值評估支持系統(tǒng)，建筑遺產(chǎn)知識庫，文物保護工程勘察設計輔助系統(tǒng)，文物保護工程方案在線評審系統(tǒng)，文物保護工程施工檔案記錄系統(tǒng)；與GIS技術集成，形成多媒體展示系統(tǒng)和平臺、遺產(chǎn)監(jiān)測平臺、信息化的日常管理平臺，等等。

由于數(shù)字化、信息化發(fā)展迅速，某些方面技術不夠成熟，探索的深度廣度有待拓展，尚需解決參數(shù)化構(gòu)件庫規(guī)范化建設和管理、應用平臺，跨平臺的可交付成果的轉(zhuǎn)化，以及與GlS技術融合的問題等技術難點。另外，從BIM/BLM發(fā)展來看，需要更多專業(yè)的人員、各個環(huán)節(jié)的工作都需要掌握利用HBIM（難易有所不同），才能充分發(fā)揮其信息管理和協(xié)同工作方面的優(yōu)勢。相比于城建領域中BIM/BLM普及和應用需要更大的社會協(xié)作，在建筑遺產(chǎn)領域?qū)I(yè)保護這個較小的人群中，HBIM的普及和推廣似乎更為樂觀。

在可預見的未來，結(jié)合知識庫建設、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、三維打印、數(shù)字建造、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、人工智能的發(fā)展，建筑遺產(chǎn)數(shù)字化、信息化發(fā)展將走向智能化方向，建筑遺產(chǎn)將成為有知覺、能回應、受眾友好型的智能化建筑。

（責任編輯：孫秀麗）