城市更新背景下工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)與參數(shù)化設(shè)計(jì)交互展示平臺(tái)研究

本文引用格式：，.城市更新背景下工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)與參數(shù)化設(shè)計(jì)交互展示平臺(tái)研究［J」.藝術(shù)科技，2025，38（7）：56-58.

中圖分類號(hào)：TU984.114 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2025）07-0056-03

0引言

唐山這座被譽(yù)為近代工業(yè)搖籃的城市，承載著厚重的工業(yè)歷史，擁有開灤煤礦、唐胥鐵路等多達(dá)156處珍貴的工業(yè)遺產(chǎn)。然而，在城市發(fā)展進(jìn)程中，這些工業(yè)遺產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的困境。數(shù)字孿生技術(shù)的興起，為破解困境帶來(lái)了新的契機(jī)。本研究旨在通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)提升工業(yè)遺產(chǎn)改造效率，依托UnrealEngine5構(gòu)建交互式展示平臺(tái)，深入探索工業(yè)遺產(chǎn)從“實(shí)體留存”到“數(shù)字孿生”的轉(zhuǎn)型機(jī)制，為工業(yè)遺產(chǎn)的保護(hù)與活化開辟新路徑。

1工業(yè)遺產(chǎn)數(shù)字化理論框架與技術(shù)邏輯

1.1理論演進(jìn)：從實(shí)體保存到虛實(shí)共生工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)理念的迭代始終與社會(huì)發(fā)展需求深度綁定，經(jīng)歷了從“物質(zhì)留存”到“價(jià)值再生”的范式轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)80年代的“原真性保護(hù)階段”以《威尼斯憲章》為理論基石，強(qiáng)調(diào)對(duì)工業(yè)遺產(chǎn)本體的“冷凍式保存”，其核心在于通過(guò)維持空間形態(tài)與工藝特征的完整性，留存工業(yè)革命的物質(zhì)證據(jù)。英國(guó)鐵橋峽谷博物館群的保護(hù)實(shí)踐中，廠房?jī)?nèi)的機(jī)械設(shè)備原樣封存，形成工業(yè)歷史的“固態(tài)標(biāo)本”。這種理念在工業(yè)化進(jìn)程較快的國(guó)家迅速傳播，成為早期工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)的主流模式[1]。

2003年《下塔吉爾憲章》的發(fā)布標(biāo)志著“適應(yīng)性再生階段”的開啟，該階段突破了“封存式保護(hù)”的局限，提出“最小干預(yù) + 功能置換”的復(fù)合策略。德國(guó)杜伊斯堡北風(fēng)景公園的改造中，設(shè)計(jì)師將鋼鐵廠的高爐、傳送帶等構(gòu)筑物轉(zhuǎn)化為攀巖墻、觀景臺(tái)等現(xiàn)代設(shè)施，在保留工業(yè)美學(xué)特征的同時(shí)植入休閑功能，實(shí)現(xiàn)了“工業(yè)廢墟”向“城市公共空間”的轉(zhuǎn)化。這種理念強(qiáng)調(diào)保護(hù)與利用的動(dòng)態(tài)平衡，使工業(yè)遺產(chǎn)從“被遺忘的角落”重新融入城市生活脈絡(luò)。2018年《無(wú)錫建議》的出臺(tái)推動(dòng)工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)進(jìn)入“數(shù)字活化階段”，技術(shù)賦能成為文化敘事的核心驅(qū)動(dòng)力。匹茲堡鋼鐵廠遺址通過(guò)VR技術(shù)模擬煉鋼爐前的高溫作業(yè)場(chǎng)景，觀眾佩戴設(shè)備后可“聽見”金屬撞擊聲、“感受”熱浪拂面，這種多模態(tài)沉浸體驗(yàn)突破了傳統(tǒng)展示的時(shí)空限制。當(dāng)前，工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)范式強(qiáng)調(diào)構(gòu)建“物理一數(shù)字”映射系統(tǒng)，通過(guò)三維掃描構(gòu)建遺產(chǎn)數(shù)字孿生體，利用算法模擬不同改造方案的影響，最終通過(guò)虛擬交互實(shí)現(xiàn)文化價(jià)值的多維傳播。唐山工業(yè)遺產(chǎn)的數(shù)字化實(shí)踐就遵循這一邏輯，通過(guò)參數(shù)化模型與UnrealEngine5場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建起“實(shí)體保護(hù)一數(shù)字?jǐn)⑹乱还妳⑴c”的立體保護(hù)體系。

1.2技術(shù)適配性：參數(shù)化與交互展示的融合

參數(shù)化設(shè)計(jì)在工業(yè)遺產(chǎn)改造中具有顯著優(yōu)勢(shì)，它通過(guò)算法將幾何參數(shù)、材料屬性與功能需求緊密關(guān)聯(lián)，有效解決了工業(yè)遺產(chǎn)改造中的兩大關(guān)鍵痛點(diǎn)。在高效性方面，Grasshopper算法能夠批量生成改造方案，相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)效率大幅提升，有效縮短了設(shè)計(jì)周期。在精準(zhǔn)性上，該技術(shù)可以自動(dòng)識(shí)別工業(yè)遺產(chǎn)的承重結(jié)構(gòu)，使歷史要素的保留率提升，確保改造過(guò)程中最大限度保護(hù)工業(yè)遺產(chǎn)的原真性[2]。

UnrealEngine5交互引擎通過(guò)動(dòng)態(tài)渲染技術(shù)，構(gòu)建多層次場(chǎng)景重構(gòu)能力。在歷史場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)維度，依托物理渲染材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)遺產(chǎn)空間氛圍的還原；在功能模擬維度，集成參數(shù)化調(diào)節(jié)工具，支持改造方案的空間使用效果預(yù)演與可視化呈現(xiàn)。在公眾參與層面，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷等形式，將用戶交互行為轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)反饋信息，輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，形成“需求采集一方案生成一反饋優(yōu)化”的交互機(jī)制，平衡技術(shù)可行性與公眾參與度[3]。

2實(shí)踐路徑：唐山工業(yè)遺產(chǎn)的數(shù)字化再生

2.1全鏈條技術(shù)流程

工業(yè)遺產(chǎn)數(shù)字化再生的技術(shù)流程融合多學(xué)科技術(shù)工具、多環(huán)節(jié)技術(shù)鏈路，形成從物理空間到數(shù)字空間的精準(zhǔn)映射。通過(guò)三維激光掃描、歷史文獻(xiàn)數(shù)字化、口述史采集等方式，構(gòu)建工業(yè)遺產(chǎn)基礎(chǔ)信息庫(kù)。

基于采集數(shù)據(jù)，利用Rhino+Grasshopper構(gòu)建參數(shù)化模型。以唐胥鐵路路基為例，運(yùn)用高精度掃描設(shè)備獲取路基、機(jī)車等構(gòu)筑物的三維數(shù)據(jù)，結(jié)合老照片、工程檔案及工人訪談?dòng)涗洠纬砂臻g坐標(biāo)、歷史節(jié)點(diǎn)、文化記憶的多維數(shù)據(jù)庫(kù)?；诓杉瘮?shù)據(jù)，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)改造方案的高效生成。將工業(yè)遺產(chǎn)分為不可變要素與可變要素，輸入軌距、高度等工程參數(shù)及功能需求，通過(guò)算法生成多樣化改造方案[4]。

將參數(shù)化模型導(dǎo)人UnrealEngine5進(jìn)行場(chǎng)景化呈現(xiàn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)渲染技術(shù)還原歷史氛圍。運(yùn)用物理材質(zhì)模擬銹蝕、磨損等工業(yè)痕跡，結(jié)合光照系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)不同時(shí)段的光影效果。同時(shí)，利用虛擬引擎的物理模擬功能檢測(cè)空間使用問(wèn)題，如人流擁堵或遺產(chǎn)遮擋，確保場(chǎng)景既符合原真性又滿足現(xiàn)代需求。

為增強(qiáng)公眾參與性，將UnrealEngine5場(chǎng)景通過(guò)調(diào)研、開發(fā)配套線上小程序等方式，使用戶掃描實(shí)體遺產(chǎn)二維碼即可疊加歷史信息與解構(gòu)動(dòng)畫，小程序還支持改造方案投票、用戶生成內(nèi)容分享等功能，將公眾反饋轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)優(yōu)化依據(jù)，形成“需求采集一方案生成一反饋優(yōu)化”的閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)空間無(wú)縫銜接。

2.2唐胥鐵路遺址的交互展示創(chuàng)新

唐胥鐵路作為中國(guó)首條自主修建的標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路，其數(shù)字化展示以“鐵路技術(shù)史敘事”為核心，通過(guò)多模態(tài)交互手段呈現(xiàn)中國(guó)近代工業(yè)起步歷程，構(gòu)建多層次交互體驗(yàn)。通過(guò)UnrealEngine5重建1881年通車場(chǎng)景，用戶可自由移動(dòng)視角，觀察“龍?zhí)枡C(jī)車”外觀與鐵路設(shè)施細(xì)節(jié)，配合圖文展板與音頻導(dǎo)覽傳遞歷史信息。場(chǎng)景“時(shí)間錨點(diǎn)”可觸發(fā)動(dòng)態(tài)事件，如機(jī)車蒸汽噴發(fā)特效與鐵軌鋪設(shè)動(dòng)畫，配合圖文展板直觀傳遞歷史信息。

“鐵路技術(shù)探索之旅”交互模塊以任務(wù)式設(shè)計(jì)增強(qiáng)教育趣味性，引導(dǎo)公眾了解遺產(chǎn)背后故事。用戶可在“形象IP”的帶領(lǐng)下操作虛擬界面，通過(guò)互動(dòng)掌握工業(yè)遺產(chǎn)知識(shí)。游覽工業(yè)遺產(chǎn)，深人了解文化性知識(shí)。完成游戲，通過(guò)任務(wù)式互動(dòng)掌握工業(yè)遺產(chǎn)、前世今生等知識(shí)，增強(qiáng)教育趣味性。

唐胥鐵路遺址數(shù)字化展示以“鐵路技術(shù)史敘事”為核心，構(gòu)建“時(shí)間線 + 故事線”雙軌交互體系，通過(guò)分層敘事引導(dǎo)公眾深度理解工業(yè)遺產(chǎn)的歷史脈絡(luò)與文化內(nèi)涵。用戶選擇“時(shí)間線”模式后，系統(tǒng)以工業(yè)遺產(chǎn)關(guān)鍵歷史節(jié)點(diǎn)為脈絡(luò)展開場(chǎng)景。選擇“故事線”模式的用戶將以“探索者”視角參與沉浸式任務(wù)，通過(guò)交互操作解鎖歷史文本、復(fù)原技術(shù)資料、觸發(fā)虛擬對(duì)話等方式，深入挖掘工業(yè)遺產(chǎn)背后的人文故事。兩條路線相互協(xié)同，時(shí)間線為故事線提供歷史坐標(biāo)，故事線為時(shí)間線注人人文溫度，使工業(yè)遺產(chǎn)從靜態(tài)留存轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)敘事載體，為歷史文化的現(xiàn)代化表達(dá)提供實(shí)踐路徑。

Σ=Σ 唐山工業(yè)遺產(chǎn)的數(shù)字化再生不僅聚焦遺址活化，更注重“跨尺度價(jià)值延伸”，通過(guò)空間整合與產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)構(gòu)建工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)利用的生態(tài)體系。在區(qū)域尺度上，依托GIS技術(shù)開發(fā)“唐山工業(yè)遺產(chǎn)數(shù)字地圖”，整合遺產(chǎn)的空間坐標(biāo)、歷史脈絡(luò)與關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)地理圍欄觸發(fā)“遺址一區(qū)域”的敘事聯(lián)動(dòng)，并基于用戶興趣生成“技術(shù)史”“城市變遷”等主題游覽路線，形成工業(yè)文明敘事廊道（見圖1）。

3創(chuàng)新：技術(shù)賦能與文化再生的互構(gòu)機(jī)制

3.1創(chuàng)新性嘗試

本研究在工業(yè)遺產(chǎn)活化領(lǐng)域進(jìn)行了系統(tǒng)性創(chuàng)新嘗試，通過(guò)融合參數(shù)化算法與數(shù)字孿生交互技術(shù)，構(gòu)建兼顧效率提升與文化再生的雙軌驅(qū)動(dòng)范式。在設(shè)計(jì)范式革新層面，依托Grasshopper參數(shù)化平臺(tái)對(duì)工業(yè)遺產(chǎn)要素進(jìn)行精細(xì)化分類，實(shí)現(xiàn)多版改造方案的批量生成。相較于傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)周期，算法驅(qū)動(dòng)將方案生成效率大幅度提升，顯著縮短決策流程。同時(shí)，通過(guò)虛擬預(yù)演技術(shù)提前規(guī)避空間沖突，有利于提高工業(yè)遺產(chǎn)改造的效率和經(jīng)濟(jì)效益。在遺產(chǎn)敘事重構(gòu)層面，創(chuàng)新運(yùn)用UnrealEngine5引擎構(gòu)建“時(shí)空錨點(diǎn)”動(dòng)態(tài)交互機(jī)制，使工業(yè)場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為“可閱讀的歷史文本”：用戶可通過(guò)掃描實(shí)體二維碼觸發(fā)相關(guān)工業(yè)遺產(chǎn)等事件動(dòng)畫，結(jié)合物理渲染精準(zhǔn)工業(yè)遺產(chǎn)舊貌等。通過(guò)“時(shí)間線 + 故事線”雙軌敘事體系，將靜態(tài)遺存轉(zhuǎn)化為沉浸式文化媒介，公眾在操作虛擬界面的過(guò)程中，深度理解工業(yè)遺產(chǎn)的技術(shù)演進(jìn)與人文精神，有效彌合年輕群體的認(rèn)知斷層。這種技術(shù)賦能與文化敘事的互構(gòu)，不僅提升了遺產(chǎn)活化的公眾參與度，更開辟了工業(yè)文明現(xiàn)代化表達(dá)新路徑。

3.2 現(xiàn)存挑戰(zhàn)與優(yōu)化

盡管取得了一定成果，但在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。在技術(shù)整合方面，Grasshopper與UnrealEngine5之間存在數(shù)據(jù)互通誤差，未來(lái)將在兩種軟件的聯(lián)動(dòng)上尋找解決方案。未來(lái)將繼續(xù)深化交互展示平臺(tái)的功能性開發(fā)，致力于工業(yè)遺產(chǎn)的保護(hù)與研究。在公眾層面，未來(lái)將提高公眾參與度，使更多用戶能夠了解并參與保護(hù)工業(yè)遺產(chǎn)。

4結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)與交互展示技術(shù)的融合，為工業(yè)遺產(chǎn)的可持續(xù)活化提供了“技術(shù)解構(gòu)一活化敘事一公眾參與”的立體化解決方案。參數(shù)化設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)改造的效率瓶頸，數(shù)字孿生技術(shù)則賦予工業(yè)遺產(chǎn)動(dòng)態(tài)敘事能力，二者共同構(gòu)建了物理空間與數(shù)字空間的雙向激活機(jī)制，為資源型城市的文化再生提供了可復(fù)用的技術(shù)范式。未來(lái)，工業(yè)遺產(chǎn)的活化利用需進(jìn)一步強(qiáng)化技術(shù)生態(tài)整合與文化價(jià)值延伸。在技術(shù)層面，可深化Grasshopper與UnrealEngine5的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)精度，提升改造方案的系統(tǒng)性與可追溯性；在文化層面，結(jié)合地域工業(yè)文明特色，開發(fā)“遺產(chǎn)敘事 + 沉浸體驗(yàn)”的多元化場(chǎng)景，如工業(yè)主題數(shù)字藝術(shù)展等，推動(dòng)工業(yè)遺產(chǎn)從“歷史標(biāo)本”向“活態(tài)文化IP”轉(zhuǎn)型。

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