人工智能技術(shù)在傳統(tǒng)建筑保護中的創(chuàng)新與應用

中圖分類號：TU-87 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0173-04

Abstract：Therapiddevelopmentofartificial intellgencetechnologyhasprovidednewsolutionsfortheprotectionof traditionalbuildings.Usemethodssuchasdatacolectioninteligentmonitoring，riskassessmentandvirtualdisplaytoprove thescientifityandefectivenessofprotection.Theresultsshowtatarticialintellgencetechnologycanoptimizeresource allcationandimproveprotectionefects，providingaccesstoartifialintellgencewillpromotesmarter，saferandhumane applications，opening up new avenues for the sustainable protection of cultural heritage.

Keywords：artificial intelligence；technology；traditional building;protection;innovation；application

在全球化和城市化進程加速的背景下，傳統(tǒng)建筑面臨著嚴峻的威脅，保護工作愈發(fā)復雜和艱巨。人工智能技術(shù)的快速發(fā)展為解決這一難題提供了新的思路和工具。通過機器學習、計算機視覺等先進技術(shù)，人工智能能夠高效處理大量數(shù)據(jù)，優(yōu)化保護策略，提升監(jiān)測和修復的精度和效率。深入探討人工智能技術(shù)在傳統(tǒng)建筑保護中的創(chuàng)新與應用，既有助于推動相關(guān)研究的發(fā)展，也為實際保護工作提供了新的方法和視角。

1人工智能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

人工智能技術(shù)是計算機科學的一個分支，旨在創(chuàng)造能夠模擬人類智能行為的機器和系統(tǒng)。其基本概念涉及機器的學習、推理和自適應能力，能夠執(zhí)行通常需要人類智力的任務。隨著大數(shù)據(jù)、計算能力和算法的發(fā)展，人工智能技術(shù)取得了顯著進步，廣泛應用于各個領(lǐng)域，逐漸成為現(xiàn)代科技進步的重要推動力。

人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀50年代，先驅(qū)科學家首次提出機器模仿人類智能的概念。1956年，達特茅斯會議標志著人工智能作為一個獨立學科的正式誕生。早期的研究主要集中在邏輯推理和問題解決上。進入21世紀，隨著計算能力的飛速提升、數(shù)據(jù)的爆炸性增長和深度學習算法的發(fā)展，人工智能技術(shù)迎來了第二次繁榮。深度學習在圖像識別、自然語言處理和語音識別等領(lǐng)域取得了顯著成果，使得人工智能在各個行業(yè)的應用更加廣泛。

2人工智能技術(shù)推動傳統(tǒng)建筑的保護和利用

傳統(tǒng)建筑是指在特定歷史、文化和地域背景下形成的，體現(xiàn)地方特色和民族風格的建筑形式。這些建筑通常采用當?shù)夭牧?，融合了獨特的工藝和設(shè)計理念，反映了其所處時代的社會習俗和審美觀。保護和繼承傳統(tǒng)建筑，對于維護文化多樣性具有重要意義2]。

許多傳統(tǒng)建筑因年久失修、自然因素侵蝕及人為破壞而受到威脅，導致其結(jié)構(gòu)安全性和文化價值的逐步喪失。城市化進程又使得城市擴張不斷侵占傳統(tǒng)建筑的生存空間，很多具有歷史意義的建筑被迫拆除或忽視。在此背景下，人工智能技術(shù)的應用為傳統(tǒng)建筑的保護與利用提供了新的支撐與幫助。通過數(shù)據(jù)采集與分析，人工智能技術(shù)能夠高效處理大量歷史和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，識別建筑的損壞情況，進行精確的風險評估，進而制定科學的保護方案。人工智能技術(shù)還可以優(yōu)化保護策略，通過智能監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)問題并進行預測，提升保護的有效性。因此，人工智能不僅為傳統(tǒng)建筑的保護與利用提供了技術(shù)支持，也為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展開辟了新的途徑。

3人工智能在傳統(tǒng)建筑保護中的創(chuàng)新與應用

人工智能在傳統(tǒng)建筑保護中展現(xiàn)出巨大的潛能。通過數(shù)據(jù)采集與分析，能夠?qū)崟r監(jiān)測建筑狀態(tài)，識別潛在的損壞和劣化，提供科學的風險評估與維護建議，優(yōu)化保護策略。

3.1數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)

數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)利用傳感器和無人機進行建筑狀態(tài)監(jiān)測，實時收集數(shù)據(jù)，分析建筑的結(jié)構(gòu)健康和環(huán)境影響。傳統(tǒng)建筑常常因自然因素和人為干預而面臨不同程度的損害，而這些損害的早期識別和準確評估對于保護至關(guān)重要。利用無人機、激光掃描和傳感器等技術(shù)，人工智能能夠?qū)崟r采集建筑的各種數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)健康、環(huán)境變化和潛在風險等。結(jié)合深度學習算法，處理大量數(shù)據(jù)，識別出建筑內(nèi)部和外部的微小變化，及時發(fā)現(xiàn)裂縫、變形或其他損傷。此外，機器學習模型可以通過分析歷史數(shù)據(jù)，建立損害預測模型，預測建筑在不同環(huán)境和使用條件下的劣化趨勢，這對于制訂合理的維護和修復計劃具有重要意義。通過這種方式，建筑保護不再是被動的修復，而是變?yōu)橐环N主動的、預測性的管理模式，能夠在問題發(fā)生之前采取措施，從而延長建筑的使用壽命。人工智能技術(shù)還可以整合來自多個數(shù)據(jù)源的信息，提供全局視角，幫助保護者更全面地理解建筑的保護需求。比如，將氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟因素結(jié)合，可以分析其對建筑的潛在影響，為決策提供科學依據(jù)。通過可視化技術(shù)，將分析結(jié)果以圖表或模型的形式呈現(xiàn)，便于專家和公眾理解，增強對傳統(tǒng)建筑保護重要性的認識。人工智能數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)的創(chuàng)新與應用，不僅提高了傳統(tǒng)建筑保護的科學性和有效性，也為文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展開辟了新的路徑。

西安交通大學人工智能實驗室，在2024年6月通過數(shù)據(jù)采集技術(shù)得出以下數(shù)據(jù)：通過結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，傳統(tǒng)建筑的維護成本可以降低約 2 2 . 4 % ；西安市利用環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測污染物濃度，空氣污染水平與建筑劣化速度之間的相關(guān)性可以高達 6 1 . 0 % ；利用激光掃描和攝影測量技術(shù)生成三維模型，該方法相較傳統(tǒng)測繪方法，精度得到 4 1 . 4 % 的提高[]。

3.2 數(shù)字化與虛擬化展示

人工智能數(shù)字化與虛擬化展示的原理和流程主要包括數(shù)據(jù)采集、建模與展示3個步驟，如圖1所示。通過激光掃描和攝影測量等技術(shù)收集傳統(tǒng)建筑的幾何和表面特征數(shù)據(jù)，然后利用計算機算法生成三維數(shù)字模型。接著，運用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)，將這些數(shù)字模型與真實環(huán)境結(jié)合，提供沉浸式體驗和互動展示，使觀眾能夠深人了解建筑的歷史和文化價值。

人工智能在傳統(tǒng)建筑保護中的數(shù)字化與虛擬化展示方面展現(xiàn)出顯著的創(chuàng)新與應用價值，極大地提升了公眾參與和文化傳承的有效性。通過先進的數(shù)字化技術(shù)，傳統(tǒng)建筑的三維建模成為可能，利用激光掃描和攝影測量，能夠高精度地捕捉建筑的形態(tài)和細節(jié)，創(chuàng)建出詳盡的數(shù)字檔案。這些數(shù)字化模型不僅保留了建筑的歷史信息，還能在數(shù)據(jù)分析中提供重要依據(jù)，幫助保護者了解建筑的當前狀態(tài)與歷史變遷。此外，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合為傳統(tǒng)建筑的展示和體驗帶來了革命性的變化。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，用戶可以身臨其境地探索歷史建筑，甚至可以重現(xiàn)其在歷史上的原貌，感受到文化遺產(chǎn)的豐富內(nèi)涵。而增強現(xiàn)實技術(shù)則能通過智能設(shè)備在真實環(huán)境中疊加數(shù)字信息，讓觀眾在參觀建筑時獲得更多的背景知識和文化解讀，增強了他們對傳統(tǒng)建筑的理解與認同感。這種互動性不僅吸引了更多公眾參與傳統(tǒng)建筑保護工作，也提升了社會對文化遺產(chǎn)保護的重視。

案例：西安元宇宙歷史文物博物館的核心技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、3D建模和人工智能。通過高精度的3D掃描技術(shù)，博物館的每一件文物都能以數(shù)字化的形式精確再現(xiàn)。佩戴AR眼鏡和VR頭盔，游客可以在虛擬空間中自由探索，感受前所未有的沉浸式體驗。人工智能技術(shù)的應用，則讓虛擬導游能夠根據(jù)游客的興趣和行為提供個性化的講解服務。人工智能技術(shù)的輔助，不僅展示了西安的歷史文物，還讓人們更加深入地了解了這些文物的背后故事和歷史文化價值。

3.3 三維建模技術(shù)

人工智能三維建模技術(shù)在傳統(tǒng)建筑保護中具有重要的創(chuàng)新與應用價值，極大地提升了建筑保護的科學性與效率。通過激光掃描和攝影測量等先進技術(shù)，人工智能技術(shù)能夠高精度地捕捉建筑的幾何形狀、細節(jié)和材質(zhì)特征，生成準確的三維數(shù)字模型。這些模型不僅為傳統(tǒng)建筑的保存提供了詳盡的數(shù)字檔案，還能在后續(xù)的分析和修復中發(fā)揮關(guān)鍵作用。利用計算機視覺和深度學習算法，人工智能技術(shù)能夠自動識別建筑的損壞和劣化情況，從而為維護和修復提供數(shù)據(jù)支持。在歷史建筑的保護項目中，三維模型被用來模擬不同環(huán)境條件下的建筑反應，幫助研究者預測劣化趨勢，制定科學的保護措施。此外，這些數(shù)字模型還可以與虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，為公眾提供沉浸式的參觀體驗，使觀眾能夠在虛擬環(huán)境中探索歷史建筑的原貌，增強對文化遺產(chǎn)的理解與認同。通過這樣的方式，人工智能三維建模技術(shù)不僅推動了傳統(tǒng)建筑保護的數(shù)字化進程，也為文化遺產(chǎn)的傳承與發(fā)展開辟了新的途徑，促進了社會對文化價值的廣泛關(guān)注與參與。

案例：西安市大明宮國家遺址公園，為了在保護遺址的基礎(chǔ)上重現(xiàn)長安的輝煌盛世，項目通過將宮殿復原圖與現(xiàn)存遺址結(jié)合，綜合考慮遺址的體量和觀察角度，設(shè)置了“觀察窗”。利用3D建模等技術(shù)，消失的宮殿得以“再現(xiàn)”，畫面真實且色彩鮮明。市民和游客在特定角度和距離觀察時，能夠身臨其境地感受到昔日宮殿的宏偉壯觀。

3.4 風險評估與預測

人工智能在傳統(tǒng)建筑保護中的風險評估與預測方面的創(chuàng)新與應用正在迅速發(fā)展，為保護工作提供了新的思路和方法。隨著全球氣候變化和城市化進程的加快，傳統(tǒng)建筑面臨的風險日益增加，包括結(jié)構(gòu)劣化、自然災害和人為破壞等。人工智能技術(shù)通過大數(shù)據(jù)分析和機器學習，能夠?qū)崟r處理和分析來自多種來源的數(shù)據(jù)，如歷史修復記錄、氣象數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測信息，從而識別建筑的潛在風險。這種方法不僅提高了風險識別的準確性，也能有效預測建筑在不同環(huán)境條件下的表現(xiàn)。例如，通過分析氣候變化趨勢和建筑材料的反應，人工智能可以預測在特定氣候條件下，傳統(tǒng)建筑的劣化速度，從而為保護決策提供科學依據(jù)。此外，人工智能的模型能夠整合空間數(shù)據(jù)和建筑物理屬性，建立復雜的仿真模型，幫助專家更好地理解建筑的脆弱性和風險因素。這種系統(tǒng)化的評估方法使得保護者能夠提前識別出最需要關(guān)注的建筑，制定優(yōu)先級，從而優(yōu)化資源分配，提高保護工作的效率。人工智能的風險評估與預測不僅提升了傳統(tǒng)建筑保護的科學性，還推動了保護策略的制定，使之更加具有驅(qū)動性和前瞻性。通過這種創(chuàng)新應用，傳統(tǒng)建筑在保護和利用中得以更好的融合，確保文化遺產(chǎn)在現(xiàn)代社會中的可持續(xù)發(fā)展?？傊?，人工智能技術(shù)在風險評估與預測中的應用，不僅為傳統(tǒng)建筑保護提供了新的解決方案，也為文化遺產(chǎn)的傳承與發(fā)展開辟了廣闊的前景。

案例：故宮博物院采用智能監(jiān)測系統(tǒng)，對建筑的環(huán)境因素進行實時監(jiān)控。該技術(shù)幫助分析溫濕度對古建筑的影響，為文物保護和建筑維護提供科學依據(jù)。故宮內(nèi)部各個區(qū)域安裝了多個溫濕度傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境條件。數(shù)據(jù)表明，故宮部分區(qū)域的相對濕度在夏季可高達 8 0 % 以上，而冬季則可能低于 。這種極端的濕度波動對木質(zhì)結(jié)構(gòu)和文物的保護構(gòu)成威脅

3.5智能監(jiān)測系統(tǒng)

人工智能監(jiān)測系統(tǒng)在傳統(tǒng)建筑保護中的創(chuàng)新與應用正逐步改變著保護工作的模式，提升了科學性與效率。傳統(tǒng)建筑由于其歷史悠久，結(jié)構(gòu)復雜，往往面臨著多重威脅，包括自然因素的侵蝕、人為破壞及氣候變化的影響。為應對這些挑戰(zhàn)，智能監(jiān)測系統(tǒng)的引入顯得尤為重要。通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，智能監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集和分析建筑的各類數(shù)據(jù)，如溫濕度、振動、位移和應力等，這些數(shù)據(jù)為評估建筑的健康狀況和風險提供了科學依據(jù)。例如，在故宮博物院，智能監(jiān)測系統(tǒng)被用于實時監(jiān)測環(huán)境條件，分析溫濕度對古建筑的影響。通過對數(shù)據(jù)的長時間積累和分析，研究人員能夠識別出不同環(huán)境因素對建筑材料的潛在威脅，從而制定相應的保護策略。與此同時，人工智能技術(shù)能夠處理大量數(shù)據(jù)，通過機器學習算法識別出數(shù)據(jù)中的異常變化。歷史建筑在經(jīng)歷地震或強風天氣后，通過智能監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時檢測到結(jié)構(gòu)的微小位移和裂縫，從而提前預警，避免了潛在的重大損害。智能監(jiān)測系統(tǒng)的應用還包括對建筑周圍環(huán)境的監(jiān)測，如對空氣質(zhì)量、噪音和溫度變化的實時采集，這些因素都可能影響到建筑的安全性和文化價值。通過綜合分析這些數(shù)據(jù)，保護團隊能夠制定更全面的保護方案，有效預防建筑的劣化。此外，智能監(jiān)測系統(tǒng)還可以與虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，為公眾提供沉浸式的文化體驗。例如，游客可以通過手機應用查看建筑的歷史信息，同時了解當前的保護狀態(tài)，這種互動性不僅提升了公眾的參與感，還增強了對傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的重視。

案例：成都市文殊院引入智能監(jiān)測系統(tǒng)后，監(jiān)測建筑周圍環(huán)境的變化對建筑結(jié)構(gòu)的影響。通過對數(shù)據(jù)的實時分析，發(fā)現(xiàn)一些潛在的損害因素，保護團隊能夠及時采取措施，避免了未來更大規(guī)模的修復工作，使得維護成本得到有效控制。在采用智能監(jiān)測系統(tǒng)后，文殊院的維護成本降低了約 2 2 . 9 % ，而建筑的使用壽命得到了有效延長。通過自動化的數(shù)據(jù)采集與分析，保護團隊能夠集中精力在更關(guān)鍵的維護工作上，減少了人工成本和時間成本?？傊?，人工智能監(jiān)測系統(tǒng)在傳統(tǒng)建筑保護中的創(chuàng)新與應用，不僅提高了保護工作的效率和準確性，也為文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的解決方案，使得傳統(tǒng)建筑能夠在現(xiàn)代社會中得到更好的傳承與發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進步，未來智能監(jiān)測系統(tǒng)在傳統(tǒng)建筑保護中的作用將愈發(fā)重要，助力實現(xiàn)更高水平的文化遺產(chǎn)保護。

3.6保護策略的優(yōu)化

人工智能保護策略的優(yōu)化在傳統(tǒng)建筑保護中展現(xiàn)了顯著的創(chuàng)新與應用，主要體現(xiàn)在基于人工智能的風險評估與預測，以及智能監(jiān)測與維護系統(tǒng)2個方面。首先，人工智能通過大數(shù)據(jù)分析和機器學習技術(shù)，能夠有效識別和評估傳統(tǒng)建筑面臨的各種風險，如自然災害、環(huán)境變化和結(jié)構(gòu)劣化。通過實時分析歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境因素，AI可以預測建筑在不同條件下的風險，幫助保護團隊提前制定應對策略，降低損害發(fā)生的概率。其次，智能監(jiān)測與維護系統(tǒng)通過傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時監(jiān)測建筑的結(jié)構(gòu)健康、環(huán)境變化和材料狀態(tài)。這些系統(tǒng)可以自動收集和分析數(shù)據(jù)，及時識別潛在問題，并為維護工作提供科學依據(jù)，從而實現(xiàn)更精準的維護策略。例如，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，保護團隊可以優(yōu)化維護頻率和資源配置，確保建筑在最佳狀態(tài)下得以保存。這種結(jié)合了風險評估與智能監(jiān)測的保護策略，極大地提升了傳統(tǒng)建筑保護的科學性與有效性，為文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了重要支持。

4人工智能技術(shù)的發(fā)展方向

人工智能的發(fā)展將集中在更智能、更安全和更具人性化的應用上。隨著深度學習和機器學習算法的不斷進步，人工智能將更高效地處理復雜數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)更加精準的預測和決策。這將推動人工智能在醫(yī)療、金融、交通等領(lǐng)域的廣泛應用，提升生產(chǎn)效率和服務質(zhì)量。人工智能的安全性將成為重要議題，未來的人工智能需要具備更強的防御能力，以應對潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)隱私問題，確保用戶的信息安全。此外，人機協(xié)作將是人工智能技術(shù)發(fā)展的另一重要趨勢，未來的人工智能將更注重與人類的協(xié)同工作，提供更自然的交互體驗及更加個性化的服務[8]。

5 結(jié)束語

人工智能作為一種前沿技術(shù)，為傳統(tǒng)建筑的保護與管理提供了全新的解決方案。通過智能監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集和分析建筑的環(huán)境數(shù)據(jù)，識別潛在的結(jié)構(gòu)風險，進而制定科學的維護策略，顯著提升了保護工作的效率與準確性。結(jié)合三維建模和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人工智能不僅增強了公眾對傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的理解和參與感，還為建筑的可持續(xù)保護開辟了新的途徑。

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