數(shù)字技術(shù)在城市古建筑保護(hù)中的應(yīng)用

摘 要：目前，以三維激光掃描技術(shù)、GPS技術(shù)、數(shù)字化保存技術(shù)、圖像比對(duì)技術(shù)等為代表的新興數(shù)字技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市古建筑保護(hù)領(lǐng)域，為古建筑的完美修復(fù)、有效保護(hù)提供了重要的技術(shù)支持。具體來(lái)說(shuō)，可從三個(gè)方面入手，將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于古建筑保護(hù)：一是創(chuàng)建古建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑信息的數(shù)字化記錄與保管；二是以新興技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的數(shù)字化監(jiān)管與修復(fù)；三是加強(qiáng)數(shù)字人才隊(duì)伍建設(shè)，提升古建筑保護(hù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù)；古建筑；技術(shù)運(yùn)用

中華文明源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，智慧卓絕的中國(guó)人憑借精湛的技藝、天馬行空的想象力以及良好的審美能力打造了一座座極富古典韻味且特色各異的古建筑，為中國(guó)古建筑的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，同時(shí)也在璀璨的中華文明史上留下了濃重的一筆。新興技術(shù)的誕生與應(yīng)用為古建筑保護(hù)提供了新的思路和方法，特別是數(shù)字技術(shù)，它們?cè)诠沤ㄖＷo(hù)中表現(xiàn)出廣泛的可用性，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)古建筑信息的深度挖掘和全面采集，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)古建筑的精準(zhǔn)測(cè)繪與科學(xué)保護(hù)。這不僅有利于我國(guó)各地古建筑得到良好保護(hù)，而且能夠讓更多人領(lǐng)略到中國(guó)建筑的獨(dú)特魅力[1]。鑒于此，本文將目光聚焦于日臻成熟且應(yīng)用廣泛的數(shù)字技術(shù)，針對(duì)數(shù)字技術(shù)在中國(guó)古建筑保護(hù)方面的應(yīng)用展開(kāi)探討，并提出具體的應(yīng)用建議，以供相關(guān)行業(yè)參考。

一、數(shù)字技術(shù)與古建筑保護(hù)基本概述

縱觀(guān)分布在國(guó)內(nèi)各地的古建筑，它們以木質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，極易受到外界環(huán)境因素的影響，比如水火的侵害、冰霜的侵蝕，同時(shí)也容易受到各種生物的蠶食。這些因素導(dǎo)致古建筑的外觀(guān)日漸衰敗，內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也大打折扣，使其面臨著嚴(yán)峻的安全隱患。為避免古建筑因受到嚴(yán)重破壞而喪失功能，我國(guó)從古代就非常注重對(duì)古建筑的復(fù)原及修復(fù)，為此也探索出了諸多古建筑修復(fù)方法，積累了豐富的古建筑復(fù)原經(jīng)驗(yàn)。不過(guò)，關(guān)于古建筑修復(fù)的資料多以紙質(zhì)文檔的形式進(jìn)行記載和保管，而書(shū)籍本身容易受潮，難以保管，且占地空間比較大，需要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力，造成了書(shū)籍查閱效率低、保管難度大的問(wèn)題。

數(shù)字技術(shù)的誕生則有效地規(guī)避了以上問(wèn)題。首先，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，能夠挖掘并搜集更多的古建筑信息，為在保護(hù)古建筑過(guò)程中做出合理決策提供了重要依據(jù)；其次，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用便于工作人員快速、準(zhǔn)確地檢索到所需的信息，大大提高了古建筑信息檢索效率。

二、可用于古建筑保護(hù)的數(shù)字技術(shù)

數(shù)字技術(shù)是一項(xiàng)與電子計(jì)算機(jī)相伴相生的科學(xué)技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)。不同技術(shù)在古建筑保護(hù)中有著不同的應(yīng)用情況，其發(fā)揮的作用也不盡相同。接下來(lái)，本文將對(duì)古建筑保護(hù)中比較常用的幾種數(shù)字技術(shù)展開(kāi)介紹。

（一）三維激光掃描技術(shù)

在開(kāi)展古建筑保護(hù)工作時(shí)，工作人員一般借助水準(zhǔn)儀或鋼尺等常規(guī)工具進(jìn)行測(cè)繪，不過(guò)受工具自身結(jié)構(gòu)的限制，這種測(cè)繪方式不僅耗時(shí)耗力，而且難以保證獲取到的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、客觀(guān)。這會(huì)影響古建筑保護(hù)工作決策的制定，也不利于達(dá)到令人滿(mǎn)意的古建筑保護(hù)效果。在測(cè)繪過(guò)程中，三維激光掃描技術(shù)測(cè)繪地面、墻體等優(yōu)勢(shì)顯著，具體表現(xiàn)為：其一，適應(yīng)性強(qiáng)，可以在各種環(huán)境下操作并應(yīng)用；其二，能夠大幅度提升測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，并且能夠顯著縮短測(cè)繪周期，使得測(cè)繪工作的效率與質(zhì)量全面提升。工作人員將獲取到的測(cè)繪數(shù)據(jù)錄入特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之后，系統(tǒng)能夠結(jié)合已有數(shù)據(jù)，按照既定流程，自動(dòng)創(chuàng)建古建筑三維模型，為工作人員制定古建筑保護(hù)計(jì)劃或者方案提供重要的信息支持。最關(guān)鍵的是，工作人員可以直接通過(guò)三維激光掃描技術(shù)復(fù)原已無(wú)法重返大眾視野的古建筑[2]。

（二）全站儀及GPS技術(shù)

全站儀（全稱(chēng)為全站型電子速測(cè)儀）是一種集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測(cè)量功能于一體的專(zhuān)用設(shè)備，其包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)的水平圓盤(pán)和圓盤(pán)上面安裝的望遠(yuǎn)鏡及其他測(cè)量設(shè)備。它的工作原理是通過(guò)觀(guān)察目標(biāo)點(diǎn)并記錄儀器所在位置和角度的變化，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程等重要數(shù)據(jù)。目前，全站儀在土木工程、建筑測(cè)繪、道路設(shè)計(jì)和其他需要精確測(cè)量的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。工作人員將全站儀應(yīng)用于古建筑保護(hù)方面，可通過(guò)此設(shè)備精準(zhǔn)測(cè)量古建筑的高度、距離、垂直角等重要數(shù)據(jù)，也能夠根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信息對(duì)任意一個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行快捷、準(zhǔn)確的計(jì)算，這樣既能夠使工作人員全面掌握古建筑的形狀、大小等關(guān)鍵信息，又可以幫助工作人員繪制出古建筑的平面圖和三視圖，促使工作人員深入、準(zhǔn)確地掌握古建筑的外貌特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式。

如今，GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)不斷成熟，其應(yīng)用功能也變得越來(lái)越豐富。古建筑保護(hù)人員可通過(guò)帶有攝影設(shè)備的GPS儀器捕捉相關(guān)圖像，獲取常規(guī)手段難以獲取的古建筑信息，從而為制定嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的古建筑保護(hù)方案提供重要的信息依據(jù)[3]。

（三）數(shù)字化保存技術(shù)

數(shù)字化保存技術(shù)是將物理實(shí)體（如紙質(zhì)文件、物理產(chǎn)品等）轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并以電子方式存儲(chǔ)和管理的一種技術(shù)，主要涉及數(shù)字化轉(zhuǎn)換、數(shù)字化存儲(chǔ)、元數(shù)據(jù)管理等多個(gè)環(huán)節(jié)。古建筑保護(hù)人員可通過(guò)數(shù)字化保存技術(shù)掃描紙質(zhì)文檔上的信息，然后將其集中轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诒４婧蜋z索的數(shù)據(jù)，這對(duì)修復(fù)和保護(hù)古建筑具有重要意義。古建筑保護(hù)人員也可以創(chuàng)建專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，將所有挖掘、采集到的古建筑信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣一方面能夠?yàn)檎块T(mén)開(kāi)展古建筑保護(hù)管理工作提供重要的信息，另一方面能夠?yàn)檠芯繖C(jī)構(gòu)探索科學(xué)有效的古建筑保護(hù)方案提供重要參考，以此促使古建筑得到有效保護(hù)。

（四）圖像比對(duì)技術(shù)

圖像比對(duì)技術(shù)是一種對(duì)兩個(gè)或多個(gè)圖像進(jìn)行對(duì)比并評(píng)估它們之間的相似性或差異性的技術(shù)方法。目前，該技術(shù)在模式識(shí)別、圖像處理等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。古建筑保護(hù)人員可通過(guò)此技術(shù)，將獲取到的關(guān)于古建筑形狀、顏色、紋理等的相關(guān)圖像進(jìn)行集中比較，并結(jié)合比較結(jié)果給出準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)，為創(chuàng)建古建筑保護(hù)方案提供重要參考依據(jù)。另外，古建筑保護(hù)人員可將不同時(shí)期拍攝的同一建筑圖像進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果評(píng)價(jià)古建筑的運(yùn)行狀況，基于此，對(duì)古建筑進(jìn)行針對(duì)性修復(fù)。這樣不僅有助于提升古建筑修復(fù)效率，也能夠控制古建筑修復(fù)支出，可謂一舉兩得[4]。

三、數(shù)字技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用建議

（一）創(chuàng)建古建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑信息的數(shù)字化記錄與保管

在數(shù)字化時(shí)代，各種層出不窮的數(shù)字技術(shù)為古建筑保護(hù)工作的開(kāi)展提供了新的思路與方法。工作人員在古建筑保護(hù)過(guò)程中，可以通過(guò)各種可用可行的數(shù)字技術(shù)挖掘、搜集古建筑信息，采用專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建古建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)古建筑信息進(jìn)行數(shù)字化記錄與保管，以便于各部門(mén)工作人員快速、精準(zhǔn)地調(diào)取和應(yīng)用所需的古建筑信息，由此促進(jìn)古建筑保護(hù)工作高效、穩(wěn)妥地開(kāi)展。

第一，采集古建筑數(shù)據(jù)信息。首先，通過(guò)實(shí)地調(diào)研、查閱文獻(xiàn)、獲取專(zhuān)家意見(jiàn)等多種方式獲得關(guān)于古建筑的數(shù)據(jù)信息，尤其是獲取更多現(xiàn)代技術(shù)無(wú)法挖掘和采集到的信息，比如古建筑的建造時(shí)代、建造工匠資料、建造理念、古建筑演變歷程等。其次，通過(guò)GPS技術(shù)、航拍技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)等獲取更多關(guān)于古建筑及其周?chē)h(huán)境的信息，比如古建筑的剖面圖數(shù)據(jù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、周邊地域地貌信息等。工作人員應(yīng)盡可能通過(guò)各種手段獲取更多關(guān)于古建筑的信息，從而為后期開(kāi)展古建筑保護(hù)工作夯實(shí)重要基礎(chǔ)[5]。

第二，創(chuàng)建古建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)。首先，需要結(jié)合建庫(kù)目的、數(shù)據(jù)內(nèi)容（比如古建筑的名稱(chēng)、年代、風(fēng)格等）、數(shù)據(jù)特點(diǎn)等合理確定數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和字段，保證收錄的古建筑信息準(zhǔn)確而全面；其次，技術(shù)人員要根據(jù)需求選擇合適的古建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，例如MySQL、Oracle等，不同的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)具有不同的功能和特性，技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇；再次，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)各相關(guān)部門(mén)的古建筑信息查詢(xún)需求創(chuàng)建表格索引，以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)檢索的操作效率；最后，技術(shù)人員需要定期執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)備份操作，防止數(shù)據(jù)丟失，同時(shí)確保備份文件的安全存儲(chǔ)，測(cè)試備份文件的恢復(fù)過(guò)程，以保證數(shù)據(jù)信息在刪除之后能夠成功還原。

第三，錄入并管理古建筑數(shù)據(jù)信息。首先，將采集到的古建筑信息，通過(guò)手動(dòng)或者數(shù)字掃描等方式及時(shí)錄入古建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為人們了解古建筑、調(diào)用古建筑信息提供便利；其次，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理和組織，增設(shè)添加、修改和刪除等基本功能，支持對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類(lèi)和標(biāo)簽等操作，并通過(guò)創(chuàng)建索引的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑信息的精準(zhǔn)檢索與快捷訪(fǎng)問(wèn)；最后，加強(qiáng)權(quán)限管理，保障數(shù)據(jù)安全，即工作人員通過(guò)設(shè)置安全措施、設(shè)定不同身份人員訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限等方式，保證數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)古建筑信息的保密性和完整性。

（二）以新興技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的數(shù)字化監(jiān)管與修復(fù)

在數(shù)字技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于古建筑保護(hù)是一種不可阻擋的趨勢(shì)。我國(guó)相關(guān)部門(mén)應(yīng)以新興技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的數(shù)字化監(jiān)管與修復(fù)。

第一，利用圖像比對(duì)技術(shù)對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)管。首先，通過(guò)攝影設(shè)備或激光掃描儀等工具對(duì)古建筑進(jìn)行掃描，獲取高質(zhì)量的圖像或三維模型數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像校正、去噪等一系列預(yù)處理，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。其次，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)構(gòu)建古建筑的原始模型。對(duì)于采集到的圖像信息，可以使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行特征提取和匹配，重建建筑的二維結(jié)構(gòu)；對(duì)于三維模型數(shù)據(jù)，可以將其轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上生成三角網(wǎng)格。最后，通過(guò)圖像比對(duì)技術(shù)，將古建筑的原始模型與歷史記錄或規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)出可能存在的損壞、腐蝕或變形情況，基于此，明確古建筑的修復(fù)和保護(hù)重點(diǎn)。

第二，綜合利用新興技術(shù)修復(fù)和保護(hù)古建筑。首先，工作人員根據(jù)圖像比對(duì)結(jié)果及其掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)清晰、合理的古建筑修復(fù)方案，制定相應(yīng)的修復(fù)策略和步驟，并將其記錄在數(shù)字化平臺(tái)上。其次，工作人員通過(guò)圖像處理技術(shù)，在原始模型的基礎(chǔ)上生成修復(fù)后的模型或渲染圖像，以可視化方式展示修復(fù)效果，便于評(píng)估修復(fù)方案的可行性和效果。再次，在對(duì)古建筑進(jìn)行修復(fù)時(shí)，通過(guò)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)比，確保修復(fù)結(jié)果與設(shè)計(jì)保持一致，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整修復(fù)策略。最后，在古建筑修復(fù)工作完成后，把修復(fù)后的數(shù)據(jù)更新到數(shù)字化平臺(tái)上，并將其與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，這樣不僅可以實(shí)時(shí)記錄古建筑的修復(fù)狀態(tài)，還能夠?yàn)槲磥?lái)監(jiān)管和維護(hù)古建筑提供參考依據(jù)[6]。

（三）加強(qiáng)數(shù)字人才隊(duì)伍建設(shè)，提升古建筑保護(hù)質(zhì)量

古建筑保護(hù)是一項(xiàng)涉及多方面工作、涵蓋多個(gè)流程、具有復(fù)雜性和綜合性特點(diǎn)的系統(tǒng)工程，其對(duì)高質(zhì)量的古建筑修復(fù)及保護(hù)人才的需求比較強(qiáng)烈。同時(shí)，高質(zhì)量的古建筑修復(fù)及保護(hù)人才也是古建筑修復(fù)工作穩(wěn)步開(kāi)展、實(shí)現(xiàn)古建筑有效保護(hù)的重要條件。因此，在新時(shí)代發(fā)展環(huán)境下，有必要加強(qiáng)對(duì)古建筑修復(fù)及保護(hù)人才的引入與培養(yǎng)，著力打造一支高水平、高素養(yǎng)的古建筑修復(fù)及保護(hù)隊(duì)伍，為古建筑修復(fù)及保護(hù)工作高效、有序地開(kāi)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

第一，明確用人標(biāo)準(zhǔn)，保障人才引入質(zhì)量。相關(guān)部門(mén)在面向社會(huì)招聘古建筑修復(fù)及保護(hù)人才時(shí)，要根據(jù)古建筑復(fù)原及保護(hù)工作的性質(zhì)、任務(wù)難易程度以及數(shù)字化工作需求等制定相應(yīng)的人才甄選標(biāo)準(zhǔn)。首先，進(jìn)行筆試，了解應(yīng)聘人才的理論知識(shí)掌握情況及數(shù)字技術(shù)水平；其次，令通過(guò)筆試的人員進(jìn)入面試，進(jìn)一步考察其技術(shù)能力、精神風(fēng)貌、價(jià)值觀(guān)等個(gè)人特質(zhì)。爭(zhēng)取招聘到既精通古建筑修復(fù)及保護(hù)理論知識(shí)，又擅長(zhǎng)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的高層次人才，為后期古建筑數(shù)字化修復(fù)及保護(hù)工作有條不紊地開(kāi)展提供強(qiáng)大的人才保障。

第二，強(qiáng)化培訓(xùn)，提升古建筑修復(fù)及保護(hù)水平。相關(guān)部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)或者管理層要具有卓越的發(fā)展意識(shí)，定期加強(qiáng)對(duì)古建筑修復(fù)及保護(hù)人員的數(shù)字技術(shù)專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)，通過(guò)專(zhuān)家講座、技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用培訓(xùn)、行業(yè)交流等多種方式，促使其在提升古建筑修復(fù)及保護(hù)水平的同時(shí)掌握更多新興技術(shù)的應(yīng)用技巧和方法，從而使更多古建筑得到有效修復(fù)及保護(hù)，讓更多人領(lǐng)略到古建筑的內(nèi)涵與魅力。

四、結(jié)語(yǔ)

數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于城市古建筑保護(hù)是提高古建筑保護(hù)效率與質(zhì)量的重要手段。在城市古建筑修復(fù)及保護(hù)實(shí)踐中，工作人員要善于通過(guò)新興技術(shù)采集、提取和應(yīng)用數(shù)據(jù)信息，結(jié)合已掌握的信息明確古建筑維護(hù)的重點(diǎn)，基于此，制定嚴(yán)謹(jǐn)可行的古建筑維護(hù)方案，促進(jìn)古建筑維護(hù)工作高效、有序地開(kāi)展，使更多古建筑的昔日風(fēng)采得以重現(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：

劉芬妍，天津美術(shù)學(xué)院環(huán)境與建筑藝術(shù)學(xué)院碩士研究生。研究方向：風(fēng)景園林藝術(shù)設(shè)計(jì)。