安徽巢湖保護(hù)性建筑數(shù)字化復(fù)原研究

朱光輝，趙仕宇，張瑋豪，吳偉東，張浩 （安徽科技學(xué)院，安徽 蚌埠 233000）

1 引言

烔煬古鎮(zhèn)位于安徽省合肥市與巢湖中間的中央地帶，瀕臨巢湖北岸，區(qū)位優(yōu)良、交通便捷。其名取自穿鎮(zhèn)而過的兩條河——烔河、煬河，建于南宋前后，距今已有千余年歷史。烔煬老街位于古鎮(zhèn)中心，街中依舊留存著明清兩代的建筑，包括橋梁、民居、寺廟等，雕欄玉砌，造型保留完好。具有很高的文物保護(hù)與文化研究價(jià)值。烔煬古鎮(zhèn)建于安徽南宋，距今有千年歷史。隨著當(dāng)?shù)卣谖幕z產(chǎn)保護(hù)方面工作的逐漸推進(jìn)，江淮第一當(dāng)鋪——“李鴻章當(dāng)鋪”、“樂陶軒”酒樓、清朝時(shí)期的縣衙公告——“正堂陳示”再次為公眾所關(guān)注。

在對保護(hù)性建筑進(jìn)行修復(fù)的過程中，少不了采用數(shù)字化復(fù)原的方式。這樣做的理由：其一，數(shù)字化復(fù)原本身在修繕過程中可以發(fā)揮巨大的作用；其二，面對不可抗力帶來的損毀，唯有保留數(shù)字化復(fù)原的成果是最好的資料存儲方式。本文將主要以烔煬老街的重要建筑為例，圍繞數(shù)字化復(fù)原的具體方法和意義展開論述。

2 巢湖市烔煬鎮(zhèn)老街建筑研究的背景和意義

圖1 烔煬老街現(xiàn)狀

建筑文化并非封閉的文化。就老街的各座保護(hù)性建筑而言，在新的歷史時(shí)期，我們只有不斷發(fā)掘文化遺產(chǎn)中積極有利的一面，把傳統(tǒng)建筑文化中的精華部分提取出來，使其對今天的建筑設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用，才能走出一條屬于我們自己的、有特色的設(shè)計(jì)道路。

當(dāng)代的建筑材料和結(jié)構(gòu)框架，都影響到了遠(yuǎn)離城市的鄉(xiāng)村建筑，加上外來文化的影響，鄉(xiāng)村新增住宅中也已沒有多少傳統(tǒng)形式住房。在這種情況下，中國傳統(tǒng)建筑文化面臨著毀滅性破壞。

圖2 樂陶軒酒樓外部情況

圖3 樂陶軒酒樓天井

以上這種現(xiàn)象在烔煬老街周邊村莊里很常見。以距離其最近的倪陽村為例，經(jīng)過舊街走進(jìn)村莊，會發(fā)現(xiàn)僅一路之隔、幾乎相連的兩地建筑風(fēng)格迥異，村內(nèi)居民早就被磚混建的“方盒子”組合而成的“新宅”取代，如今，這種民居的形式已經(jīng)遠(yuǎn)離傳統(tǒng)建筑。老街北面是城鎮(zhèn)區(qū)，其中的建筑與今天中國大部分城市的老城區(qū)沒有什么區(qū)別，至于老街周邊的村莊，基本也都同倪陽村的情況一樣。因此老街上僅剩的一排尚未修復(fù)好的古建筑顯得格外孤獨(dú)，無論是從數(shù)量上還是堅(jiān)固程度上來說，都有一種凄涼感。

當(dāng)然，隨著保護(hù)和修復(fù)工作的推進(jìn)，情況有所好轉(zhuǎn)。李鴻章當(dāng)鋪?zhàn)鳛槔辖纸ㄔ熳罹嫉墓沤ㄖ亲钕缺粚?shí)施修復(fù)的，目前也是修復(fù)進(jìn)度最快的一個(gè)，可以說已經(jīng)達(dá)到了“煥然一新”的程度。

誠然，當(dāng)今農(nóng)村與城市的聯(lián)系越發(fā)密切，要使農(nóng)村的民居完全恢復(fù)到以前的風(fēng)格必不可行，那么，對殘存古建筑進(jìn)行修復(fù)與重建，最大程度地還原它以前的樣子，對于文化遺產(chǎn)保護(hù)來說，就顯得格外重要。這種修復(fù)與重建工作既體現(xiàn)在“硬件”上，也體現(xiàn)在“軟件”上。在老街入口，可以看到對老街古建筑的數(shù)字化復(fù)原成果——主要為渲染后的三維模型（圖4）。

3 烔煬鎮(zhèn)老街建筑概論

街區(qū)內(nèi)建筑多用青灰色磚瓦，伴以大面積灰磚墻，因此建筑外部大都以黑白灰為基調(diào)，因而整個(gè)老街形成了簡約質(zhì)樸的色彩環(huán)境。建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)，墻體，臺階和某些部分裝飾物的重量都很大；相比之下的瓦片重量較輕，同時(shí)保留了一定的脆度，用來組成屋面；建筑物由木結(jié)構(gòu)支撐。磚石、瓦片、木材等也是構(gòu)造色彩環(huán)境的重要元素，其中磚石為暗灰色，瓦片為冷灰色、木材暖調(diào)為明灰色。

圖4 樂陶軒酒樓Sketchup 復(fù)原渲染圖

老街街道構(gòu)造與建筑風(fēng)格都有獨(dú)特的表現(xiàn)。街鋪沿街相對而建，空間結(jié)構(gòu)明晰可見，鋪?zhàn)佣酁樯舷聝蓪樱饕么u木建造，前店后坊，門都是木制的排門，可以非常方便地拆除和擴(kuò)大空間。街巷和街巷之間，起承轉(zhuǎn)合、縱橫交錯(cuò)，曲折不失韻律。建筑格局與皖北、皖南建筑理念相結(jié)合，既具有皖南徽派的細(xì)致優(yōu)雅，又具有皖北建筑實(shí)用的美觀性。江準(zhǔn)的韻味很濃厚。

4 現(xiàn)有可用技術(shù)分析（數(shù)字化還原技術(shù)）

古建不僅是歷史物質(zhì)遺產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分，而且還蘊(yùn)涵著深刻的文化內(nèi)容和高超的建筑工藝，但這些先人所留下的文化財(cái)富，在當(dāng)代逐漸遭到破壞。一方面，我們需要呼吁搶救和保護(hù)古建，另一方面，要采取各種具有建設(shè)性的手段，對古建中所含的大量信息進(jìn)行精細(xì)采樣整理和保存。數(shù)字化恢復(fù)技術(shù)在整理與保存相關(guān)的信息方面具有重要的意義。

古建虛擬復(fù)原的要求：本著真實(shí)還原的原則，根據(jù)民居的特征屬性進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，使用當(dāng)下現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原，要在經(jīng)過實(shí)地調(diào)查的尺寸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立數(shù)字模型。通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件生成的建筑模型，不僅要精確、真實(shí)地還原功能的種類屬性，而且要表現(xiàn)為建筑地域精神的內(nèi)核。所謂實(shí)體建筑數(shù)字化，是指現(xiàn)實(shí)的虛擬建筑尺寸、圖像、構(gòu)造等信息的過程，具體地說就是把建筑的各方面信息轉(zhuǎn)化為可以直接儲存在計(jì)算機(jī)里的數(shù)據(jù)。在目前的技術(shù)中，完全能夠確保計(jì)算方法的科學(xué)性，能夠快速將復(fù)雜數(shù)據(jù)和圖形轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息。正是因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的精確及能夠儲存大量信息的強(qiáng)大功能，這使得數(shù)字化的古建筑恢復(fù)過程中，可以節(jié)省很多人力。

5 數(shù)字化建模流程——以樂陶軒酒樓為例

針對不同建筑的特點(diǎn)，應(yīng)該要選擇有針對性的復(fù)原流程，以達(dá)到在古建筑損毀后恢復(fù)、利用虛擬實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)模擬、保存重點(diǎn)文物的重要目標(biāo)。建筑數(shù)字化建模要求對采集到的參數(shù)信息進(jìn)行分類和整理，傳統(tǒng)數(shù)字建模通常將其劃分為文本信息和圖片信息，而對于古街老建筑中的數(shù)字化建模，則需要根據(jù)實(shí)際情況采集另一種類型的參數(shù)信息。

以往的古建筑數(shù)字化復(fù)原往往可以通過查閱歷史資料和相關(guān)文獻(xiàn)來得到一些基本參數(shù)信息，而烔煬老街的古建筑基本沒有資料和文獻(xiàn)對其進(jìn)行詳細(xì)記載，一切參數(shù)信息都要從實(shí)地考察開始逐漸獲取。實(shí)地考察過程中先進(jìn)行圖片采集與草圖繪制，獲取一些參數(shù)信息，可稱之為非數(shù)據(jù)信息，而后進(jìn)行實(shí)地測量，獲取數(shù)據(jù)信息。因此在建模過程中，參數(shù)信息就分為數(shù)據(jù)信息和非數(shù)據(jù)信息，這些參數(shù)在全部采集完成后，即已經(jīng)對其完成歸納整理。

現(xiàn)提出以下數(shù)字化建模流程圖，以老街保護(hù)性建筑之一樂陶軒酒樓為例進(jìn)行數(shù)字化建模。

5.1 圖片采集與草圖繪制

這一步驟相對來說操作簡單，主要是為了獲取非數(shù)據(jù)信息。根據(jù)傳統(tǒng)古建測繪的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)地考察中大量采集圖片信息，以記錄建筑的材質(zhì)和局部造型(屋檐、欄桿扶手等造型復(fù)雜的地方)，可為后期建模提供參考。對于復(fù)雜的構(gòu)件，在拍攝完成后需要通過Photo shop 軟件進(jìn)行剪裁處理，突出重點(diǎn)建模部分并儲存為圖片格式，以便為復(fù)原材質(zhì)用途導(dǎo)入Sketch Up 進(jìn)行建模。本例樂陶軒酒樓屬于損毀較為嚴(yán)重的古建筑，需要通過現(xiàn)存的部分來類推已經(jīng)損毀的部分，因此，圖片采集這項(xiàng)工作尤為重要，能否采集到具有參考價(jià)值的圖片直接關(guān)系到復(fù)原成果的準(zhǔn)確性。除了拍攝圖片外，還要繪制草圖，主要包括一、二層平面圖和梁柱結(jié)構(gòu)圖。總而言之，這一步驟沒有涉及數(shù)據(jù)，但對建筑從整體外觀到局部細(xì)節(jié)，進(jìn)行了系統(tǒng)的記錄。

5.2 數(shù)據(jù)采集與整理

這一步驟可以看作是對上一步驟的補(bǔ)充。經(jīng)過圖片采集和草圖繪制，建筑的外觀和骨架都已經(jīng)掌握，一旦得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，即可進(jìn)行數(shù)字化建模。這個(gè)過程主要的工作就是對建筑的縱深和面闊、柱間距離、各層高度以及一些細(xì)部的尺寸等進(jìn)行測量。測量所采用的儀器主要為激光測距儀、全站儀。記錄所測得的數(shù)據(jù)要結(jié)合手繪。

5.3 數(shù)字化建模

圖5 樂陶軒酒樓Sketch up 結(jié)構(gòu)復(fù)原圖

Sketch Up (草圖大師)是建筑學(xué)較為基礎(chǔ)的建模軟件，其優(yōu)勢在于容易操作、高效且易于表現(xiàn)，是本次建模的首選軟件。

6 數(shù)字化還原方案的實(shí)現(xiàn)(成果展示)

圖6 樂陶軒酒樓Sketch up 剖切效果圖

7 結(jié)語

對烔煬老街古建筑進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原，當(dāng)屬首創(chuàng)。實(shí)踐證明，采用數(shù)字化復(fù)原技術(shù)對其進(jìn)行還原是可行的，還原出來的成果對于古建筑實(shí)體修復(fù)有著重要的意義。現(xiàn)今全國各地對毀壞古建筑進(jìn)行搶救式修復(fù)，這是一個(gè)好現(xiàn)象，但是很多古建筑在修復(fù)過程中，由于缺乏技術(shù)方面的應(yīng)用，往往會使得其固有的面貌得不到很好的展現(xiàn)，這就違背了保護(hù)文化遺產(chǎn)的初衷，也就失去了修復(fù)的意義。通過對樂陶軒酒樓進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原取得成功的事例表明，使用數(shù)字化復(fù)原技術(shù)可以較為完整地還原建筑固有的面貌。

數(shù)字化復(fù)原既可以成為實(shí)體修復(fù)的一個(gè)指導(dǎo)，也可以被看作是一種存儲文化遺產(chǎn)的方式，即使實(shí)體修復(fù)一時(shí)因?yàn)槟撤N原因無法完成，數(shù)字化復(fù)原也將作為資料永久保存，這樣一來文化遺產(chǎn)就得到了保護(hù)，不會因?yàn)榻ㄖ闹饾u凋零而喪失。僅僅一個(gè)Sketch Up 軟件就可以起到巨大的作用，如果能夠?qū)⒏嗟慕＜夹g(shù)投入其中，那么中國的古建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)就會面臨一個(gè)比較光明的未來。