建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的構(gòu)建探索

李愛(ài)群，侯妙樂(lè)，董友強(qiáng)，楊 溯，李宗飛，胡云崗

（1.北京未來(lái)城市設(shè)計(jì)高精尖創(chuàng)新中心，北京建筑大學(xué)，北京 100044；2.北京市建筑遺產(chǎn)精細(xì)重構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；3.代表性建筑與古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)教育部工程中心，北京 100044；4.華北計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100083）

建筑遺產(chǎn)是人類物質(zhì)文明和精神文明的重要體現(xiàn)，具有豐富的文化內(nèi)涵、藝術(shù)價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和情感價(jià)值。國(guó)內(nèi)外對(duì)建筑遺產(chǎn)概念及其范疇的認(rèn)知經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，直到1975年，歐洲議會(huì)部長(zhǎng)委員會(huì)在《關(guān)于建筑遺產(chǎn)的歐洲憲章》中才將“建筑遺產(chǎn)”作為一個(gè)專有名詞提出來(lái)。該憲章將建筑遺產(chǎn)分為具有重要?dú)v史、考古、藝術(shù)、科學(xué)、社會(huì)或技術(shù)價(jià)值的紀(jì)念物、建筑群以及遺址[1]。建筑遺產(chǎn)屬于文化遺產(chǎn)的范疇，隨著文化遺產(chǎn)概念的豐富和變化，建筑遺產(chǎn)的內(nèi)涵也不斷發(fā)生演變[2]。1987年國(guó)際古跡遺址理事會(huì)（ICOMOS）制定了保護(hù)歷史城鎮(zhèn)華盛頓憲章；1999年ICOMOS將工業(yè)遺產(chǎn)和20世紀(jì)建筑列入建筑遺產(chǎn)；截至2003年，ICOMOS重新定義建筑遺產(chǎn)，將建筑遺產(chǎn)定義為具有歷史價(jià)值的建筑或建筑群[3]。經(jīng)歷了對(duì)建筑遺產(chǎn)的發(fā)展認(rèn)知后，建筑遺產(chǎn)所包含的建筑類型也越發(fā)全面，涵蓋了從建筑單體到建筑群、從風(fēng)景名勝到城市村鎮(zhèn)等各個(gè)方面，具體包含了居住、宗教、文化、宮殿、景觀等14個(gè)不同的類型。我國(guó)建筑遺產(chǎn)分類及內(nèi)涵如表1所示。

表1 我國(guó)建筑遺產(chǎn)分類及內(nèi)涵

我國(guó)建筑遺產(chǎn)數(shù)量龐大，以我國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位的數(shù)量為例，各省重點(diǎn)文物保護(hù)單位第一批（1961年）至第七批（2013年）加上增補(bǔ)共計(jì)4 295處（圖1）。2019年9月26日國(guó)家核定了第八批762處新的全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，包括古遺址、古建筑、近現(xiàn)代重要史跡及代表性建筑等。我國(guó)建筑遺產(chǎn)具有分布廣泛、年代及區(qū)域不同、賦存環(huán)境差異大等特點(diǎn)。從建筑遺產(chǎn)保護(hù)現(xiàn)狀和發(fā)展需求來(lái)看，我國(guó)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)任務(wù)依然嚴(yán)峻且繁重，工作中需堅(jiān)持價(jià)值優(yōu)先、質(zhì)量第一，保證建筑遺產(chǎn)的真實(shí)性和完整性。

我國(guó)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)發(fā)展經(jīng)歷了不同的階段（圖2）。在古代，匠人們就實(shí)現(xiàn)了古建的“維修和利廢”，如同治年間對(duì)黃鶴樓的重修；20世紀(jì)初期是我國(guó)現(xiàn)代文物保護(hù)觀念的初步形成階段，期間朱啟鈐先生創(chuàng)立了《營(yíng)造學(xué)社》，在學(xué)社存在的15年間，梁思成先生及同仁共測(cè)繪了2 738 處建筑物，完成測(cè)繪圖稿1 898件；20世紀(jì)50年代文物建筑保護(hù)理論與管理體系初步建立，確立了文物保護(hù)“分等分級(jí)保護(hù)模式”和“兩重兩利”的方針[4]；20世紀(jì)80年代后，我國(guó)以參加國(guó)際古跡遺址理事會(huì)（ICOMOS）為契機(jī)，標(biāo)志著我國(guó)的歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)事業(yè)已正式加入世界文化遺產(chǎn)保護(hù)運(yùn)動(dòng)之中；進(jìn)入21世紀(jì)后，ICOMOS在古城西安簽署了《西安宣言》，創(chuàng)新性地將文化遺產(chǎn)周邊環(huán)境也納入遺產(chǎn)保護(hù)當(dāng)中，擴(kuò)大了遺產(chǎn)保護(hù)的范圍[5]；伴隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，大數(shù)據(jù)已被應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，為建筑遺產(chǎn)保護(hù)開(kāi)拓了新思路[6]。

大數(shù)據(jù)始于IT領(lǐng)域，主要是指在有限時(shí)間內(nèi)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法無(wú)法處理完的數(shù)據(jù)[7]。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的機(jī)器學(xué)習(xí)研究報(bào)告指出：91%的全球數(shù)據(jù)是在過(guò)去5年中創(chuàng)造出來(lái)的，大數(shù)據(jù)時(shí)代包括眾多的數(shù)據(jù)來(lái)源，有政府公告、社交網(wǎng)絡(luò)、交易數(shù)據(jù)、GPS導(dǎo)航等，現(xiàn)在全球創(chuàng)造數(shù)據(jù)的速度是每天250億GB[8]。這些數(shù)據(jù)不僅包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還包含半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以得到大量有價(jià)值的信息。然而，不同領(lǐng)域使用它的方式并不相同?？紤]到這一點(diǎn)，不同領(lǐng)域內(nèi)，“大數(shù)據(jù)”的確切定義有自己的特點(diǎn)。從特征而言，大數(shù)據(jù)具有兩個(gè)特點(diǎn)：①大數(shù)據(jù)集；②用于處理大型數(shù)據(jù)集的計(jì)算策略和技術(shù)的類別。因此，本文所闡述的建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)主要是指大規(guī)模、動(dòng)態(tài)發(fā)展且具有高價(jià)值的大型建筑遺產(chǎn)數(shù)據(jù)集。

圖1 我國(guó)第一至第七批各省市重點(diǎn)文物保護(hù)單位數(shù)量（來(lái)源：作者自繪）

圖2 我國(guó)建筑遺產(chǎn)保護(hù)的發(fā)展階段（來(lái)源：作者自繪）

盡管分析大數(shù)據(jù)要比分析傳統(tǒng)數(shù)據(jù)更加困難，但大數(shù)據(jù)價(jià)值巨大，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效挖掘，可以得到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)法比擬的價(jià)值。如：李松年等從空間大數(shù)據(jù)角度提出了基于精細(xì)建筑信息的人口數(shù)據(jù)地理空間分解方法，用于人口數(shù)據(jù)指標(biāo)的精細(xì)化評(píng)估和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[9]，并且還從地圖大數(shù)據(jù)角度對(duì)包含了地理空間信息、人員和功能的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)三者之間交互Web地圖的整個(gè)環(huán)境做了發(fā)展趨勢(shì)和相互作用的分析和評(píng)述[10]。在醫(yī)療行業(yè)，大數(shù)據(jù)正在從根本上改變生物醫(yī)學(xué)的研究，比如大規(guī)模臨床數(shù)據(jù)的自動(dòng)化收集取得了前所未有的進(jìn)展，開(kāi)發(fā)的新算法有效地將生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療[11]。另外，大數(shù)據(jù)技術(shù)也已廣泛應(yīng)用在能源、通信、零售業(yè)和科學(xué)研究等方面[12]。

2019年8月16日，中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)和中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)文化遺產(chǎn)保護(hù)專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合召開(kāi)了主題為“時(shí)空大數(shù)據(jù)與文物數(shù)字化保護(hù)創(chuàng)新發(fā)展”的論壇，在論壇上，北京建筑大學(xué)李愛(ài)群教授作了題為《建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的構(gòu)建探索》的主旨報(bào)告，以此為藍(lán)本，本文探索了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的構(gòu)建。在論文組織上，本文首先給出了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的概念及構(gòu)成；然后，探討了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)構(gòu)建的緊迫性與重要性；隨后，提出了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的技術(shù)體系；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合課題組成果，給出了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用；最后展望了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)。

1 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)概念及構(gòu)成

立足建筑遺產(chǎn)保護(hù)，本文所提的建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)是指建筑遺產(chǎn)的各類信息數(shù)據(jù)形成的大數(shù)據(jù)集。從獲取的方式來(lái)看，建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的來(lái)源可分為傳感器、Web爬蟲(chóng)及日志文件。目前，就實(shí)際保護(hù)工程而言，對(duì)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)主要包括數(shù)字化存檔、建筑監(jiān)測(cè)及維護(hù)等方面，因此，就數(shù)據(jù)內(nèi)容[13-21]而言，建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)主要包含建筑遺產(chǎn)的文本信息、環(huán)境信息、建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、材料信息、病害信息、檢測(cè)信息、監(jiān)測(cè)信息、維修信息和其他類信息10個(gè)不同層面的信息內(nèi)容（圖3）。其中，前5個(gè)內(nèi)容主要用于建筑遺產(chǎn)的數(shù)字化存檔中；檢測(cè)與監(jiān)測(cè)主要用于建筑遺產(chǎn)的監(jiān)測(cè)方面；而維修信息主要用于建筑遺產(chǎn)的維護(hù)中。

具體而言，其中文本信息主要涵蓋建筑遺產(chǎn)的歷史、文化和藝術(shù)等方面信息；環(huán)境信息以不同尺度為標(biāo)度分為建筑遺產(chǎn)的大環(huán)境信息、區(qū)域環(huán)境信息和局部小環(huán)境信息；建筑信息包括建筑的空間信息、色彩信息、建筑的平面、立面和剖面信息以及建筑的細(xì)部構(gòu)造和裝飾圖案等信息；結(jié)構(gòu)信息主要為建筑結(jié)構(gòu)信息，以構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的連接信息為主；材料信息則是構(gòu)成建筑的各種構(gòu)筑材料的物理、化學(xué)和力學(xué)信息等，諸如土、石、磚木、金屬的這些材料特性；病害信息則主要源于結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的病害信息等；檢測(cè)信息從時(shí)間和空間上分別涵蓋了定期與非定期和整體與局部?jī)蓚€(gè)維度的信息內(nèi)容；監(jiān)測(cè)信息更多地從時(shí)間維度上分長(zhǎng)期、定期和非定期3種情況；維修信息既包括為了搶救保護(hù)的應(yīng)急性維修信息，也包括日?；蚨ㄆ诘木S修信息；另外，包含了一些與建筑遺產(chǎn)保護(hù)有關(guān)的其他信息。

圖3 建筑遺產(chǎn)信息構(gòu)成（來(lái)源：作者自繪）

2 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)重要性和緊迫性

大數(shù)據(jù)的發(fā)展呈現(xiàn)出了不同的發(fā)展趨勢(shì)，由原來(lái)單一維度的數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)向了多元數(shù)據(jù)的融合；從原來(lái)封閉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向了開(kāi)源共享的數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)的深度挖掘釋放了空間，激發(fā)了學(xué)科的交叉融合[22]。另外，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的結(jié)合，充分發(fā)揮云空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)和數(shù)據(jù)分析能力；大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合推動(dòng)了智能硬件的發(fā)展，使服務(wù)更加智能化[23]。而建筑遺產(chǎn)保護(hù)在大數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下也有了越來(lái)越多的發(fā)展需求，如建立建筑遺產(chǎn)的原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，該庫(kù)包含建筑遺產(chǎn)的所有數(shù)據(jù)信息，通過(guò)原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)能夠創(chuàng)建遺產(chǎn)知識(shí)服務(wù)地圖，包括，遺產(chǎn)地圖、遺產(chǎn)導(dǎo)覽和遺產(chǎn)展示等[24]。針對(duì)遺產(chǎn)本體的安全問(wèn)題，可對(duì)遺產(chǎn)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)、性能預(yù)測(cè)、性能維持和性能提升。作為凝聚人類共同記憶的建筑遺產(chǎn)，遺產(chǎn)的科學(xué)價(jià)值、歷史價(jià)值、情感價(jià)值和文化意義需要向公眾展示傳播[25]。

建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)具有大數(shù)據(jù)的“5V”特征，其數(shù)據(jù)體量浩大（volume）、數(shù)據(jù)模態(tài)繁多（variety）、數(shù)據(jù)生成快速（velocity）、真實(shí)性（veracity）、數(shù)據(jù)價(jià)值巨大（value）的特征[26]。大數(shù)據(jù)的研究，將有助于人們從混沌數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在的科學(xué)價(jià)值。雖然建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)給建筑遺產(chǎn)保護(hù)和利用帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，但也面臨著挑戰(zhàn)：①面對(duì)建筑遺產(chǎn)的多價(jià)值取向，如何將遺產(chǎn)的多維認(rèn)知與大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的匹配融合；②針對(duì)不同遺產(chǎn)的個(gè)體獨(dú)特性，如何提取建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征信息并實(shí)施預(yù)防性保護(hù)；③如何充分挖掘建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)知識(shí)并實(shí)施全面科學(xué)利用等。

3 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系

本文所提建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系主要涵蓋了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的全要素信息留取、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析與挖掘和建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)科學(xué)利用4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)全要素信息留取

建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的全要素信息留取技術(shù)包括建筑歷史信息的收集、社會(huì)生產(chǎn)力水平的文獻(xiàn)調(diào)查、建造工藝留存以及建筑材料、結(jié)構(gòu)信息，甚至包括圍繞建筑遺產(chǎn)發(fā)生的相關(guān)歷史事件等有價(jià)值信息的留取[27]。不同需求的信息留取技術(shù)主要以建筑遺產(chǎn)特有的價(jià)值為導(dǎo)向，采集信息時(shí)根據(jù)獨(dú)有的價(jià)值需求，選擇適宜的信息采集方式，目前主要的信息采集方式有三維激光掃描儀[28]、無(wú)人機(jī)、高清相機(jī)、日志文件、Web爬蟲(chóng)等，通過(guò)不同的采集途徑，留取建筑遺產(chǎn)最有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)留取流程如圖4所示。

圖4 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)留取流程（來(lái)源：作者自繪）

3.2 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸

建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸是大數(shù)據(jù)信息寄存和流動(dòng)的必要途徑，建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用如圖5（a）所示的知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模型來(lái)完成。以應(yīng)縣木塔為例，用XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）標(biāo)記計(jì)算機(jī)可識(shí)別的語(yǔ)義數(shù)據(jù)，建立包含斗拱、歷史資料、三維模型和工程信息的語(yǔ)義-多數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，并使用Neo4j 圖的概念來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

而建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的傳輸則通過(guò)圖5（b）中所示的建筑遺產(chǎn)文件數(shù)據(jù)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器、用戶端和分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)器三者間的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制來(lái)完成，用戶客戶端不僅能夠?qū)ㄖz產(chǎn)文件數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行相互的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，而且還能借助遠(yuǎn)程調(diào)用協(xié)議，獲取分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，而用戶客戶端之間則憑借信息協(xié)同模式進(jìn)行信息的交互。

圖5 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸（來(lái)源：作者自繪）

3.3 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析與挖掘

建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析與挖掘的是建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的核心（圖6）。該過(guò)程主要包含5部分內(nèi)容：建筑遺產(chǎn)需求分析、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)理解、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)模型建立及建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)模型評(píng)估。

(1)建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)需求分析主要包含建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的精確獲取與保存、建筑遺產(chǎn)病害與安全的檢測(cè)與評(píng)估、建筑遺產(chǎn)一體化的性能提升等方面。

(2)建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)理解主要是指大數(shù)據(jù)的收集，并在需求分析的基礎(chǔ)上，充分理解建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵及所包含的具體內(nèi)容，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的遴選和清洗。

(3)建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要是將理解清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，為建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)挖掘做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

(4)建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)模型建立是指根據(jù)不同的需求，建立合適的數(shù)據(jù)挖掘模型，主要包含分類回歸模型、聚類分析模型和關(guān)聯(lián)分析模型等。

(5)建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)模型評(píng)估主要是指根據(jù)挖掘后結(jié)果對(duì)挖掘模型進(jìn)行評(píng)估，以保證數(shù)據(jù)挖掘的精度與可靠。

圖6 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析與挖掘框架（來(lái)源：作者自繪）

3.4 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)科學(xué)利用

建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)科學(xué)利用是建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的最終價(jià)值實(shí)現(xiàn)（圖7）。建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)科學(xué)利用包括5個(gè)層面：建筑遺產(chǎn)多維價(jià)值挖掘；建筑遺產(chǎn)現(xiàn)狀診斷評(píng)估；建筑遺產(chǎn)數(shù)字化修復(fù)與效果控制；建筑遺產(chǎn)地圖知識(shí)服務(wù)；建筑遺產(chǎn)展示活化和利用等。

圖7 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的科學(xué)利用（來(lái)源：作者自繪）

4 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用

目前，建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)成果已開(kāi)始應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)工程，包括古木建筑、石窟造像、歷史遺址等，并已在建筑遺產(chǎn)全要素留取、安全性能評(píng)估、運(yùn)維管理和虛擬修復(fù)方面取得了初步成果，為建筑遺產(chǎn)的展示利用、價(jià)值挖掘和保護(hù)修復(fù)奠定了基礎(chǔ)[29-35]。

在古木建筑方面，白曉斌等對(duì)西藏古木建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了長(zhǎng)期的大數(shù)據(jù)收集，并分析了溫度和濕度對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變的長(zhǎng)期安全性影響。李琦等通過(guò)建立頤和園佛香閣的三維模型、文物圖片及數(shù)據(jù)檔案方式，保存了各種形式的數(shù)據(jù)庫(kù)，為佛香閣的保護(hù)管理提供了技術(shù)支撐。在石窟造像方面，胡云崗等以石窟寺數(shù)字化工程為例，提出了以點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三維模型、紋理數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理方法，為大數(shù)據(jù)挖掘搭建了管理平臺(tái)。周世菊等提出了單體石窟造像和整體洞窟的數(shù)字化技術(shù)，為云岡石窟數(shù)字化保護(hù)提出了建議。

在歷史遺址方面，金鑫等運(yùn)用考古空間數(shù)據(jù)庫(kù)和空間分析方法，對(duì)良渚地區(qū)的聚落形態(tài)進(jìn)行了定量化分析和研究；買(mǎi)買(mǎi)提等則基于遙感和GIS技術(shù)，以大數(shù)據(jù)視角對(duì)吐魯番市的歷史文化遺址做了景觀生態(tài)的環(huán)境敏感度評(píng)估研究。哈弗等以虛擬修復(fù)技術(shù)，完美再現(xiàn)了大型建筑遺址的游覽情境，改變了參觀者與建筑遺產(chǎn)的傳統(tǒng)互動(dòng)方式。建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)最終目標(biāo)是解決建筑遺產(chǎn)的科學(xué)保護(hù)與利用。此部分將以古木建筑為例，根據(jù)本文所構(gòu)建的建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系，介紹本文建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)構(gòu)建的思想與初步探索成果。

建筑遺產(chǎn)的全要素留取是構(gòu)成建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，亦是建筑遺產(chǎn)保護(hù)的基礎(chǔ)。就古木建筑全要素信息留取而言，課題組采用專業(yè)設(shè)備對(duì)古木建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)類型主要包含高精度測(cè)繪數(shù)據(jù)（主要通過(guò)GPS與全站儀數(shù)據(jù)）、三維激光點(diǎn)云與高分影像。由于這些數(shù)據(jù)并無(wú)法直接應(yīng)用于古木建筑的運(yùn)維管理、結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域，需將其轉(zhuǎn)化為含有語(yǔ)義信息的BIM模型。基于此，課題組利用攝影測(cè)量、三維重建等技術(shù)，構(gòu)建了古木建筑的BIM模型（圖8）。同時(shí)，以該模型為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析了古木建筑的斗拱樣式，為古木建筑的建筑風(fēng)格、受力分析提供了數(shù)據(jù)支撐。

圖8 古木塔建筑物BIM（來(lái)源：作者自繪）

全要素留取數(shù)據(jù)類型多樣，不僅含有二維線畫(huà)圖與高分影像、三維點(diǎn)云及古木建筑模型，還包含一些邏輯與關(guān)系數(shù)據(jù)。如古木建筑的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、屬性信息及文化內(nèi)涵。盡管可以通過(guò)文件管理的形式對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，但是這種管理方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速讀取、檢索等功能。為解決該問(wèn)題，課題組基于Hadoop技術(shù)構(gòu)建了如圖9所示的建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系，利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的管理與訪問(wèn)。

圖9 建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（來(lái)源：作者自繪）

建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)最大的優(yōu)點(diǎn)是：可以從眾多的數(shù)據(jù)中挖掘出所需求的信息，這是建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)最大的吸引力與優(yōu)勢(shì)。盡管建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的挖掘?qū)嶋H上是數(shù)據(jù)挖掘的一部分，所采用的方法基本與數(shù)據(jù)方法一致，但是由于賦予了建筑遺產(chǎn)的內(nèi)涵，其數(shù)據(jù)挖掘的需求基本以建筑遺產(chǎn)保護(hù)為出發(fā)點(diǎn)，如對(duì)建筑物裂縫、形變的檢測(cè)。圖10是采用經(jīng)訓(xùn)練的Yolo-v3獲取的古木建筑的裂縫，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下的木裂縫檢測(cè)，精度可達(dá)到80%以上。

大數(shù)據(jù)挖掘的目的主要是服務(wù)于其科學(xué)利用（圖11），經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘的木構(gòu)件裂縫，不僅可用于病害的展示，而且可用于對(duì)全要素采集的力學(xué)及結(jié)構(gòu)安全性能的評(píng)估。

5 結(jié)論與展望

本文以建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，構(gòu)建了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系，同時(shí)結(jié)合已有項(xiàng)目，介紹了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用。

本研究的主要結(jié)論如下：①提出了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的概念，并梳理了建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)所包含的信息類型，主要包含文本信息、環(huán)境信息、建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、材料信息、病害信息、檢測(cè)信息、監(jiān)測(cè)信息、維修信息和其他類信息10個(gè)不同層面的信息內(nèi)容。②構(gòu)建了大數(shù)據(jù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的技術(shù)體系，該技術(shù)體系主要包括建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的全要素信息留取、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸、建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析與挖掘和建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)科學(xué)利用4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。③以古木建筑為例，給出了古木建筑幾何要素留取、基于Hadoop技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、基于Yolo-v3的古木建筑裂縫檢測(cè)及病害評(píng)估的應(yīng)用。

圖11 古木建筑裂縫病害評(píng)估（來(lái)源：作者自繪）

本研究的建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)可為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供新的理念、方法和路徑，有望服務(wù)于建筑遺產(chǎn)的科學(xué)保護(hù)與發(fā)展。但是，建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)技術(shù)目前還處于起步探索階段，研究工作亟待加強(qiáng)。例如，如何獲取并構(gòu)建建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)；如何通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)建筑遺產(chǎn)價(jià)值的普適性和專業(yè)性認(rèn)知；如何通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，揭示建筑遺產(chǎn)保護(hù)環(huán)境因素的多元性和耦合性響應(yīng)規(guī)律；如何通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)建筑遺產(chǎn)現(xiàn)狀的整體評(píng)價(jià)和關(guān)鍵要素評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)建筑遺產(chǎn)的有效保護(hù)、管理和合理利用。因此，建筑遺產(chǎn)大數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用是一項(xiàng)極富挑戰(zhàn)的工作，是一項(xiàng)需要多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新的工作。