建立數(shù)字模型，實時采集數(shù)據(jù)，感知文物狀態(tài) 現(xiàn)代科技守護(hù)布達(dá)拉宮

人民日報記者 徐馭堯

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西藏拉薩市區(qū)，紅山之上，布達(dá)拉宮屹立于此。作為西藏唯一一個世界文化遺產(chǎn)，拉薩布達(dá)拉宮歷史建筑群已超過1300年。

隨著信息時代來臨，古老的布達(dá)拉宮悄然迎來許多新變化：點擊鼠標(biāo)，從三維模型到壁畫細(xì)節(jié)都可以在電腦上一覽無遺；近800個結(jié)構(gòu)傳感器近10年間記錄下逾千萬組數(shù)據(jù)；超過1500個探測設(shè)備、近9公里的感溫光纖，感知著這座古老建筑的狀態(tài)……

運(yùn)用最新技術(shù)，建立布達(dá)拉宮數(shù)字模型

從2005年至今，布達(dá)拉宮管理處數(shù)字中心主任達(dá)瓦歐珠已經(jīng)在這里工作了17年。他剛工作時，管理處記錄宮內(nèi)壁畫仍采用最原始的臨摹方式，對于布達(dá)拉宮整體的了解也大多通過人工盤點、手工記錄。

西藏自治區(qū)拉薩市布達(dá)拉宮 宋衛(wèi)星攝 《人民周刊》配圖

2006年，一次到敦煌研究院的進(jìn)修，刷新了達(dá)瓦歐珠對文物保護(hù)的認(rèn)知。當(dāng)時，敦煌研究院已經(jīng)引入了用于壁畫和古建筑測繪與保護(hù)的多種技術(shù)，讓達(dá)瓦歐珠大開眼界。

結(jié)束了在敦煌的學(xué)習(xí)，達(dá)瓦歐珠開始參與布達(dá)拉宮的數(shù)字化工作。將布達(dá)拉宮內(nèi)面積達(dá)數(shù)千平方米的壁畫數(shù)字化，是他面對的第一個挑戰(zhàn)。那幾年，達(dá)瓦歐珠幾乎全部時間都撲在布達(dá)拉宮內(nèi)——因為白天有人參觀，能夠拍攝壁畫的窗口期很短。趁著沒有人的時候，他們搭起架子，拍攝壁畫細(xì)節(jié)，忙到凌晨兩三點是常事。

除了壁畫的數(shù)字化，整個宮殿的數(shù)字建模也是大工程。布達(dá)拉宮建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部陳設(shè)眾多，墻體自下而上成梯形，測繪難度極大。最大的難度來自“地壟”，這是山體建筑建設(shè)時砌筑起來用于支撐的地基。因為年代久遠(yuǎn)，布達(dá)拉宮的地壟數(shù)量等情況一直沒有厘清。運(yùn)用無人機(jī)航拍、三維激光掃描、多視角影像重建等最新技術(shù)，工作人員最終建立起布達(dá)拉宮整體的數(shù)字模型。

“這些工作一方面是為了摸清家底，對文物整體有更清晰的了解，另一方面也便于研究者開展工作，極大減少傷害文物的可能。”布達(dá)拉宮管理處遺產(chǎn)檢測中心副主任土登次仁說。

進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，實時感知建筑狀態(tài)

因為限制參觀人數(shù)，旺季的布達(dá)拉宮經(jīng)常“一票難求”。“人流量不是拍腦袋定的，是經(jīng)過專業(yè)團(tuán)隊的科學(xué)計算最終獲得的?！辈歼_(dá)拉宮管理處處長覺單說，“對布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測，不僅是有效保護(hù)建筑本體的重要內(nèi)容，也是合理開放布達(dá)拉宮的必要前提?！?/p>

來自北京交通大學(xué)布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)與監(jiān)測研究中心的教授楊娜及其研究團(tuán)隊，為布達(dá)拉宮定制了科學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)。要想對布達(dá)拉宮進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，怎么布置傳感器成了難題?！皞鞲衅鞯脑O(shè)置應(yīng)在不破壞建筑結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行，最大限度記錄建筑物各種結(jié)構(gòu)變化?！睏钅日f。

經(jīng)過4年籌備，7個月的現(xiàn)場實施與試運(yùn)行，2012年10月，布達(dá)拉宮第一期結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)正式運(yùn)行。該系統(tǒng)主要關(guān)注的是布達(dá)拉宮上部木結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測。

為了給布達(dá)拉宮建立客流控制機(jī)制，通過一次次實驗，楊娜的研究團(tuán)隊摸清客流對布達(dá)拉宮木結(jié)構(gòu)的影響，根據(jù)客流造成的形變特征來規(guī)定參觀人數(shù)，能有效保障布達(dá)拉宮不因游客參觀而被破壞。

2015年，二期結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)開始進(jìn)行可行性論證，楊娜和布達(dá)拉宮管理處把目光投向了布達(dá)拉宮的墻體、地壟以及下方的山洞。這一項目的監(jiān)測更難，要求更高。

如今，管理人員打開手機(jī)，應(yīng)用軟件上跳動著數(shù)字，記錄著關(guān)于布達(dá)拉宮墻體的各項數(shù)值，這些數(shù)字來自裂計、傾角計、土體濕度計等388個各類傳感器。它們可以24小時實時監(jiān)控裂縫寬度變化、環(huán)境溫度、墻體和柱子的傾斜角度等。2021年8月投入使用以來，這一監(jiān)測系統(tǒng)會自動形成季度分析報告，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析建筑狀態(tài)。

“近10年來我們已經(jīng)積累了超過1000萬組數(shù)據(jù)，能了解布達(dá)拉宮整體的變化情況。”楊娜說。

“歷史建筑背后布滿科技網(wǎng)絡(luò)，為這座古老建筑注入了科技內(nèi)核?！庇X單說，“這些技術(shù)不僅在守護(hù)布達(dá)拉宮，也將幫助我們保護(hù)更多高原的文化遺跡?！?/p>

完善意外預(yù)警，有效預(yù)防潛在風(fēng)險

作為土木石結(jié)構(gòu)的古建筑，布達(dá)拉宮建筑年代久遠(yuǎn)，本身耐火等級低，且殿內(nèi)存放著唐卡、經(jīng)書等諸多易燃文物。目前，布達(dá)拉宮建筑內(nèi)安裝有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包括探測器、按鈕、模塊1524個，敷設(shè)線型感溫光纖8710米，安裝視頻火災(zāi)探測器86臺等多種科技探測設(shè)備，同時還安裝了智慧用電與能耗檢測系統(tǒng)，對布達(dá)拉宮內(nèi)79個三項回路、469個單項回路進(jìn)行全覆蓋。這些設(shè)備最大的作用，就是最大限度預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生。

和一般城市建筑不同，在布達(dá)拉宮安裝這些設(shè)施設(shè)備都需要再三小心，要確保對建筑及文物的傷害最小?！霸诖_保布達(dá)拉宮安全的前提下，盡可能減少各類設(shè)施設(shè)備帶來的負(fù)荷。”布達(dá)拉宮消防大隊隊長羅布次仁說。

漫長的走廊里，羅布次仁指著墻上的“線”說：“這不是電線，是感溫光纖和感煙光纖，這種狹長的通道安裝這個比較合適。”“在一些大殿，因為頂棚過高，所以還安裝了視頻火災(zāi)探測器，這些探頭能夠?qū)崟r進(jìn)行視頻監(jiān)控，同時又能對火情進(jìn)行識別?！彼a(bǔ)充道。

除了火災(zāi)，地震、雷電等自然災(zāi)害都可能威脅布達(dá)拉宮的安全。去年下半年，楊娜經(jīng)歷了幾次“驚險時刻”：布置在布達(dá)拉宮金頂?shù)膫鞲衅鲙状伪O(jiān)測到“抖動”，系統(tǒng)報警，相關(guān)報告立馬由電腦自動生成。“這是地震?！敝钢鴪蟾胬锴€圖的突出部分，楊娜向記者解釋波動的成因：“去年，西藏及其周邊發(fā)生了多次地震，這樣的波動意味著布達(dá)拉宮金頂有震感。如果這樣的波動到達(dá)一定程度，就要組織現(xiàn)場檢修。”

“數(shù)字化和各類監(jiān)測手段，都在幫助我們更好地把布達(dá)拉宮這座傳承超過1300年的歷史文化古跡更好地保存下去?！庇X單說。