數字化技術在歷史建筑保護與開發中的應用

劉志峰　王盈　徐新杉

（金陵科技學院建筑工程學院，江蘇 南京 210069）

數字化技術在歷史建筑保護與開發中的應用

劉志峰王盈徐新杉

（金陵科技學院建筑工程學院，江蘇 南京 210069）

在文化資源數字化開發背景下，從目前歷史建筑保護與開發的現狀入手，總結了數字化開發的主要技術手段，并結合案例分析了數字化技術在該領域的應用方式和功能展望。

數字化技術；歷史建筑；保護與開發

1　數字化研究背景

隨著現代計算機和網絡技術的不斷發展，社會對民族文化遺產、文化資源的保護與開發已逐漸進入了數字化領域。首先，數字化采集和存儲技術為民族文化資源的完整保護提供了保障，數字化復原和再現技術為其有效傳承提供了支持；其次，虛擬現實技術為這些文化資源的開發利用拓展了空間；同時，數字化展示與傳播技術提供了廣泛共享的平臺。其中，相對于數字化研究較早的古籍、舞蹈等非物質文化資源，作為物質文化遺產的重要組成部分，對于歷史建筑的數字化開發與運用已成為世界范圍內的一項新興課題［1］。尤其是目前城市中遺存較多、建筑質量尚好甚至仍在使用的歷史建筑，具有較鮮明的時代特征，也是地方傳統文化的重要物質載體，近年來也引起了國內外學術界的重視和研究。

2　數字化開發的主要技術手段

目前，對于文化資源的數字化開發一般有三個階段，即信息轉化、數據處理和資源共享。歷史建筑的數字化開發也相應地通過原始數據的采集、數據庫的建立、虛擬模型設計和共享平臺的創建等主要技術手段予以支持［2］。

2.1采集原始數據和建立數據庫

對于歷史建筑原始數據的采集是數字化的基礎。原始數據通常通過實地測繪獲得，其精確性直接影響到建筑復原設計的準確性。數據庫的建立是將歷史建筑信息存檔保護，同時也為復原設計提供設計依據。以往國內主要利用圖、表、文字等形式對歷史建筑進行存檔保護，這種方式不僅數據量大，而且無法直觀反映建筑物的真實效果；而利用照片、影片等影像存檔的方式雖然直觀，卻無法得到精確的物理數據和結構關系，很難進行精確保護和科學研究，也不利于重建、仿建及復原工作的開展。因此，以運用GPS、全站儀、測量機器人和近景攝影測量等為代表的三維現代建筑測繪技術正在逐漸代替傳統的二維測量方法，改進并豐富了采集原始數據的現代化手段。其中，目前較為先進的數字化測繪方式已可以結合三維掃描儀，較方便地在不同規模的真實物體表面進行點采樣，獲取不同精度的點云數據，通過對點云和網格的處理、分析和識別算法，構造三維曲面模型，并將三維實體信息直接作為測繪成果的形式。?

圖1　歷史建筑的數字化開發階段

2.2建筑三維模型化

在通過測繪手段采集原始數據的基礎上，利用專業軟件建立三維信息模型，也是對歷史建筑數字化開發的常見手段之一。一方面，對于即將拆除、整體搬遷或異地復原的歷史建筑，詳細三維數據的保存，將成為其原樣復原的重要依據。另一方面，對于已經消失或瀕臨消失的歷史文化遺存，也可以通過數字化技術進行虛擬還原。精確的三維數字化模型可包含實物最準確的基礎數據，如工程數據、材料數據、工藝數據等，對消失的文化遺存構建了可視化信息研究的新平臺，拓展了研究手段。同時，數字化三維建筑模型與虛擬現實技術的結合，還可以用于旅游開發和文化宣傳。通過現代的計算機技術，已能夠克服地域限制，實現真實、快速、準確的視覺展示，甚至還能實現與模型環境互動。不但能減少對實物的人為損傷，達到保護目的，又能拓展宣傳，帶來經濟效益。

2.3創建數字化平臺

目前，在我國民族文化資源的數字化建設過程中，普遍存在低水平重復建設、共享程度低的情況，因此有必要通過有效組織和規范化描述資源，建立有效的資源共享與管理平臺。數字化平臺主要指借助Web等網絡技術，在已建立數據庫的基礎上，建立的實現信息化宣傳與綜合管理系統。通過該平臺，可將數據庫中歷史建筑的有關文字資料、圖片、多媒體、視頻等進行數字化的處理，并進行編輯加工，實現網上快速檢索和瀏覽，以此為媒介共享歷史建筑文化資源。通過創建數字化平臺，首先有利于提升相關部門對歷史建筑的管理水平，使目前的管理工作更加嚴謹高效；其次，數字化文化資源的網絡共享，也為歷史建筑保護與發展的創新宣傳途徑提供了技術支撐。

3　數字化開發的主要內容

目前，國內對歷史建筑的數字化開發工作主要包括建筑單體維修與改造中的數據采集、數據分析以及更新設計中的模擬效果展示等，也有一些城市和地區正在進行歷史建筑數字化管理平臺的嘗試［3］。

3.1建筑單體的保護與更新

在城市現代化快速建設背景下，很多未列入文保單位的歷史建筑經常被拆毀或改建，面臨永遠消失的危險。如今，借助數字化技術，在前期階段的建筑信息收集中，可利用通過甄別的數據識別原貌，排除后期損毀和改建部分的干擾，并在此基礎上評估其建筑質量及修復可行性；而在開發方案的設計階段，前期收集的數字化信息則成為建立模型和虛擬展示的重要依據。

例如，在南京升州路某沿街民國建筑的復原更新項目中，就運用了數字化技術采集原始信息和模型化對比設計。該項目中的兩棟相鄰多層建筑原為民國時期的沿街商鋪，位于歷史街區的建設控制地帶范圍內，但因其建筑質量并未達到文物保護單位的標準，只能作為街區歷史景觀的一部分由開發商進行整改保留。改造之前，這兩棟建筑體量較小、殘損較多，改建嚴重，屬于危房，僅有沿街部分較為完整的體現了時代特色。因此采取了拆除危房，依據原貌原址修復的更新方式。在實際修繕工程操作中，借助現代數字化技術手段，完成了以下幾個階段的創新：

①利用專業工具對原有建筑的平面、立面進行了詳細測量，采集原始數據并進行整理繪制。在繪制過程中，以相關歷史資料、照片等為依據，鑒別該歷史建筑中后期加建和改造的部分并加以剔除；同時，運用AutoCAD、SketchUp、Photoshop等模型和圖像處理軟件，對建筑已損毀和缺失的部分按照歷史原貌予以還原，得到較為準確的初始建筑模型。這一前期工作為維修方案的設計、施工提供了重要的依據。

②在初始模型的基礎上，根據該歷史建筑即將被賦予的新用途，在結構、材料、內部功能空間等方面進行現代化改造設計。建筑中的新建部分大多為滿足交通疏散需要而改造的交通空間，為與保留復原的部分相區別，采用了大面積玻璃幕墻等不同設計，也結合建筑原貌設計了兩坡屋面和平屋面兩種不同形式，并都通過創建不同模型作了方案效果對比。

③該歷史建筑的立面采用了當時流行的摩登裝飾風格，由形態各異的柱頭、柱身、邊框線腳、山墻、欄桿等于不同位置進行分割裝飾，均帶有中西合璧的特色，較具歷史和藝術價值。因此，在修繕工程中，為完全復原這些裝飾，對這些構件不僅做了石膏翻模處理，同時還利用數字軟件進行了數字化繪制、建模，并按位置索引編號保存，作為復原缺失部分設計的重要依據。

3.2歷史街區景觀的整治

在城市發展建設的過程中，不以歷史街區的消失，城市傳統風貌的喪失為代價，堅持在保護中利用，在利用中發展。而隨著數字技術在規劃領域的普及，在歷史街區的整體整治中，越來越多地依賴數據庫信息。

例如，位于南京市中心地段的梅園新村近代歷史街區，總占地面積約為4.5萬m2，是民國時期由政府機關直接推動建設的住宅區之一。近期，因文物普查和歷史街區保護整治工程的要求，在該街區范圍內進行了一次較大規模的現狀調查。在調查過程中，多處應用了數字化技術，主要體現在：

①借助攝影測量和三維測量相結合的方式，在盡量不打擾住戶生活的情況下，對街區內的近60棟近代住宅采集了較準確的建筑測繪數據，通過AutoCAD、SketchUp等模型軟件為大部分調查對象都創建了能夠反映建筑形態、空間、材質的模型，作為基礎資料。同時，每棟住宅單體都被編號，以位置索引、歷史現狀、立面測繪、模型數據等作為基本信息存檔，形成的小型數據庫，為街區整體風貌環境整治提供有效資源。

②對已建立數據庫中的各棟建筑信息進行分類和梳理，一方面按所處區位，主要以道路將街區劃分為梅園、雍園和桃源三個近代住宅較集中的片區，分片定位管理；另一方面則依據建筑形式、居住標準等，大致劃分為西式洋房、獨立式住宅和聯排式公寓三種類型，將現存的近代住宅分別歸類。通過這些方式進一步加強了數據庫的系統性和可檢索性。

③根據數據庫中的街區現狀信息，對大部分近代住宅（尤其是沿街住宅）制定了統一的整治新方案，并通過數字軟件和媒介形成直觀的圖像，對整治后單體建筑的還原部分、立面形態、外墻材料色彩等做了效果展示，并通過網絡平臺進行了公示。

3.3城市數字化管理平臺的發展

目前，國內針對歷史建筑文化資源而設立的網絡共享平臺大多以大眾宣傳為主要目的，而真正實現管理和服務的數字化平臺還處于開發和嘗試階段。近年來，也有專家學者提出應仿照國外建立城市歷史建筑管理平臺的建議。

依據民族文化資源庫系統所遵循的常用設計規范，歷史建筑數字化共享資源平臺的建立也大致包含兩大模塊：資源管理模塊和后臺管理模塊。其中，資源管理模塊主要包括資源分類、資源檢索、信息上傳下載、資源審核發布等，后臺管理模塊則包括原始數據采集、信息加工及系統配置管理等內容。根據功能不同，可將用戶分為管理員、普通用戶、審核用戶等角色，如果是基于Web構架的系統，客戶端可能只需通過瀏覽器或特定軟件，以不同身份登錄。普通用戶作為最終用戶，包含的主要功能有對歷史建筑資源的檢索、查看、下載以及對該資源對象現狀的信息更新、開發方案公示等；審核用戶作為現有資源系統的管理者，主要負責審核各資源來源的可信性和內容的準確性；管理員則負責整個資源平臺數據庫的建立、管理和維護，包括對原始測繪數據的采集和模型化、編制檢索信息、用戶管理和配置等。

圖2　數字化共享平臺管理流程示意圖

4　結語

目前，在國內對歷史建筑的數字化開發主要集中運用在某些特定案例中，并未形成系統，缺乏統一標準，其數據庫的完整性、準確性和數字化功能的創新應用還需深入研究；同時，各地關于歷史建筑的數字化資源，大多僅局限于調研機構內部共享，沒有在更大范圍內得到有效的開發和互通互用。可見，數字化應用在歷史建筑保護與開發領域，仍存在著功能單一、標準缺失及未有效共享等問題。盡管如此，相信隨著技術支持平臺的發展，以及政策措施的不斷完善，數字化開發仍將成為現代歷史建筑保護與文化傳承的一個新起點。

［1］章慧，陳宏明，蔣曉玲，等.公共文化資源數字化運用功能拓展研究［J］.信息通信，2014，10（142）：78-79.

［2］李艷.海口市歷史建筑數字化管理平臺發展建議［J］.海南大學學報（自然科學版）.2009，6（27）：173-175.

［3］范張偉，邢昱.基于數字化技術的古建筑保護研究［J］.北京測繪，2010（3）：18-21.

［欄目責任編輯邵冰欣］

Application of Digital Technology in the Protection and Development of Historic Buildings

Liu Zhifeng Wang Ying Xu Xinshan
（Architecture Engineering Institute，Jinling Institute of Technology，Nanjing Jiangsu 210069）

In the digital development background of cultural resources，starting from the current situation of protec?tion and development of the current of historic buildings，this paper summarized the main technology of digital devel?opment，combining with the case，and studied the application and functional prospect of digital technology in the field.

digital technology；historic buildings；protection and development

TU05

A

1003-5168（2015）05-0023-3

2015-4-28

江蘇省文化科研課題“南京近代文化資源數字化運用功能拓展研究”（13ZC01）

劉志峰（1976-），男，碩士，副教授，研究方向：建筑與景觀設計。