淺析文保單位“四有檔案”數字化的適宜技術

朱兆陽　史穎

【摘要】當前文物保護單位“四有檔案”的編制工作大多是以傳統方式進行，這既不利于工作效率的提高，也不利于“四有檔案”的保管、使用、完善和傳播。隨著文保領域中新科技手段的大量涌現，借助新技術、方法為“四有檔案”的數字化服務，不僅可以方便的記錄文物本體的價值信息和文物保護工程及病害防治監測的結果，還能為修繕工作提供全面詳實的依據。既滿足了新時期文保工作的需要，又提高了文物管理手段的科技含量。

【關鍵詞】“四有檔案”；數字化；適宜技術

文物保護單位“四有檔案”是文保工作的基礎和重要組成部分，在《文物保護法》、《中國文物古跡保護準則》、《全國重點文物保護單位記錄檔案工作規范（試行）》中對此進行了明確規定和闡述。當前文物保護單位“四有檔案”的編制工作大多是以傳統方式進行，這既不利于工作效率的提高，也不利于“四有檔案”的保管、使用、完善和傳播。隨著文保領域中新科技手段的大量涌現，諸如三維幾何和材料成分信息采集技術、病害無損、微損檢測技術、動態監測技術等技術、方法也在各級文保單位的保護工作中加以運用，其所獲得的數據成果大多是以電子文件介質儲存、應用的，這不僅可以方便的記錄文物本體的價值信息和文物保護工程及病害防治監測的結果，還可為“四有檔案”的數字化工作提供基礎條件和保障。既滿足了新時期文保工作的需要、補充了傳統工作方式的不足，又提高了文物管理手段的科技含量。結合文保工作的具體實踐，本文針對有利于文保單位“四有檔案”數字化的適宜技術及特點做以下簡要的分析。

一、三維幾何和材料成分信息采集技術

全面掌握文物本體及其環境的三維幾何、影像及材料成份等基礎信息對于文物保護及檔案記錄至關重要。可歸為兩部分：

1、三維幾何信息采集技術

該技術主要分為三維激光、攝影、光柵采集與成型技術三類。

（1）三維激光采集技術：是利用激光束的高精度測距原理獲取對象的幾何形體空間信息。掃描設備范圍從0.2米至2000米，精度從0.02毫米至6毫米的全覆蓋，滿足從碑刻、陳設到古建筑、保護規劃區域等高精度的采集需求。優點是精確度高，覆蓋面廣，受環境光干擾小。主要技術難點在于：對于大尺度的不可移動文物（如古建筑等），每一站采集的有效視角和有效面是有限的，經多次拼站后，如何保持建筑物的整體精度；將點云圖最少干預地解讀為工程用三視圖尚沒有好的解決辦法；點云色彩的還原度較差。對于小尺度的文物，主要技術難點在于：對形體復雜的文物，內部遮擋部分較難獲取；反光物等材質的掃描等。

（2）攝影采集與成型技術：是在原有攝影測量技術基礎上與計算機算法結合的幾何形體測量成型技術，包括了不同尺度的對象采集。優點是色彩、材質、影像的原真度高。主要技術難點在于：幾何形體精度較三維激光差，采集時受環境光影響較大。

（3）光柵（白光）采集與成型技術：利用光柵與計算機算法結合形成的幾何形體采集成型技術。優點是影像好、精度高。主要技術難點在于：僅適用于小尺度的掃描對象。

2、材料成分提取分析技術

材料信息的采集與分析在文保工作中有著非常重要的意義，通過材料的研究可以分析其成分、產地，并為復原及修復乃至斷代研究奠定基礎。常用的材料分析設備主要有光譜分析類和顯微鏡類，又分便攜型及實驗室型兩種。光譜分析類包括：X射線熒光光譜儀、紅外光譜儀、傅里葉拉曼光譜儀等；顯微鏡類則包括：偏光顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電鏡等。在實際工作中，大多通過便攜式設備快速定性檢測與實驗室設備常規定量檢測相結合的方式進行。

二、病害無損、微損檢測技術應用

文物的無損、微損檢測技術是文保科學研究中非常重要的一個研究方向，也是保護過程中不可或缺的前期工作。快速、非、微接觸、大面積掃描、多通道、自動化是無損、微損檢測技術的優勢。在文物（如古建筑）保護的嚴峻形勢下，利用無損、微損檢測分析方法分析其存在的病害問題，不僅是對傳統人工手段的補充以及提高效率的重要手段，并且可以最大程度的避免人為因素的干擾和影響。

以文物建筑木構件的內部病害檢測技術為例。以往多采用人工目測、敲擊表面聽聲判斷的方法，受操作者經驗的制約，其結果也偏差較大。將應力波儀和阻抗儀配合使用不僅可以對木構件內部病害狀況進行準確判斷，而且結合數據還可以預測木構件彈性模量、抗壓抗彎強度等力學性能，從而為木結構的安全性評價提供依據。

針對磚石構件則可采用超聲波儀、地質雷達等，定性及定量檢測其表面及內部的病害殘損狀況。

三、動態監測技術

動態監測技術是預防性的保護模式，通過整合計算機技術、信息傳輸技術、傳感技術、數據庫技術、GIS技術、多媒體技術等手段，建立能夠完整、持續的采集傳輸相關信息數據的物聯網系統。該系統通過多種方法監測古建筑各主要結點的空間存在狀態、屬性變化，以及周邊環境的變化，如古建筑的基礎穩定性、承重結構受力、梁架結構變形、屋面外觀完整性、彩繪壁畫，包括：裂隙、沉降、石基風化、受力、開裂、蟲蛀、變形、傾斜、斷裂，彩繪或壁畫的龜裂、褪色、風化、人為損壞等。繼而應用動態有限元模型分析技術、結構損傷識別理論、智能化傳感系統和信號處理技術等。實現了監測數據（線上）診斷預警和（線下）專家處理，對結果進行比較、分析，從而揭示變形規律（趨勢）及形成因素，為文物建筑采取進一步的保護措施打下堅實基礎。

通過三維激光掃描、無損、微損檢測結合BIM技術對文物本體進行原真、完整的精確建模，通過高效的算法對變形等進行數值仿真模擬，結合實時監測數據的分析從而實現動態化安全評估、預警。另一方面各部分的分析結果也將直觀的顯示在可視化的BIM模型中，三維激光掃描、檢測、監測技術也以形式此高度融合，其數據及分析結果同時也可載入“四有檔案”中。

四、結語

大規模的城市建設以及風吹、日曬、雨淋乃至臺風、地震、泥石流等不可抗力的影響都有可能造成文物本體的損失，而有些甚至是毀滅性的。一旦出現這種毀滅性的重大損失，借助新科技成果的數字化“四有檔案”不僅能為修繕工作提供全面詳實的依據，為相關學術研究工作產生不可估量的積極影響。同時還可以借助互聯網平臺將數字化檔案中的文物知識進行公眾普及，使文物資源成為社會共有、全民共享的文化財富。從而更好的加強文化交流，推動優秀文化資源的傳承。

【參考文獻】

[1] 王運良. 關于文保單位“四有工作”歷史淵源及現狀之管見[J]. 中國文物科學研究， 2008（03）.

[2] 中國文物古跡保護準則[S]. 國際古跡遺址理事會中國國家委員會， 2015.

【作者簡介】

朱兆陽，男，碩士學位，中原工學院建筑工程學院助教。