數字化技術助力古建筑文化遺產保護與傳承

文章探討了數字化技術在古建筑文化遺產保護與傳承中的應用策略，重點分析了多技術融合的影像數據采集方案在實際工程中的應用效果。以開封鐵塔為案例，采用無人機傾斜攝影和手持數碼相機近景攝影相結合的多技術融合方法，利用高精度的影像數據和先進的三維建模軟件，成功構建了高精度的鐵塔三維模型。實驗結果表明，該方法在模型精度和細節表現方面顯著優于傳統傾斜攝影測量法。

近年來，信息技術的飛速發展為古建筑保護提供了新的技術手段，尤其是數字化技術的應用，為古建筑的保護工作帶來了革命性的變化。通過高精度的影像數據采集、先進的三維建模技術以及虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術的結合，使得古建筑的保護與傳承工作得以更加科學、系統和高效地開展。

古建筑文化遺產保護與傳承的基本原則

最小干預原則強調在保護過程中應盡量減少對原有建筑、結構、材料及環境的干擾，僅在必要時進行修復和加固。同時，采用現代材料和技術進行隱蔽性加固，嚴格遵循保持建筑原有特點的要求，確保古建筑的完整性和真實性。

真實性原則要求保護工作必須尊重和保持古建筑的原始狀態，避免過度修復。此外，對于損毀部分要使用同種材料、同樣做法進行修復，確保建筑整體風格的一致性和歷史連續性。

古建筑文化遺產保護與傳承的案例分析

北京故宮的保護與管理。作為世界上規模最大的古代宮殿建筑群，北京故宮在保護過程中采取了系統化且科學的預防性保護管理措施，確保這一珍貴文化遺產的長期保存與傳承。首先，故宮建立了完善的文物保護體系，涵蓋了從日常維護到重大修復的各個環節。定期進行建筑結構檢測，通過專業團隊對宮殿的基礎、梁柱、屋頂等關鍵部位進行仔細檢查，及時發現并處理潛在的結構隱患，防止因老化或外部因素引發的損壞。在環境監測方面，故宮配備了先進的監測設備，對館內的溫濕度、光照強度、空氣質量等環境參數進行實時監控。通過智能化管理系統，調節內部環境，避免因環境波動而對建筑材料和文物造成不利影響。同時，故宮還實施了嚴格的訪客管理制度，控制人流量和參觀時間，減少游客活動對建筑和文物的直接影響?，F代科技手段在故宮的保護中發揮了重要作用。例如，利用激光掃描技術對宮殿進行高精度測繪，生成詳細的三維模型（如圖1所示），幫助專家進行精確的結構分析與修復設計。3D建模技術不僅記錄了現存建筑的詳細信息，還為未來的修復工作提供了寶貴的數據支持，確保修復過程的科學性與可持續性。

南京明孝陵的修復工程。南京明孝陵作為世界文化遺產，其修復工程注重歷史真實性和原材料、原工藝修復。在修復過程中，專家團隊深入研究明代建筑工藝，采用與原材料相同或相似的石材和木材進行修復，確保建筑風格的一致性。在南京明孝陵的修復工程中，屋面和墻體部分的修復尤為關鍵，因其直接影響整個建筑群的結構穩定性和美觀度。屋面的修復工作嚴格遵循明代瓦片鋪設工藝，采用與原有瓦片相同材質和顏色的仿制瓦片進行更換，確保屋頂整體風貌的一致性。同時，對屋脊和斗拱等細部構件進行加固，使用傳統木結構技術增強其抗震性能，防止長期風雨侵蝕導致的結構松動或倒塌（如圖2所示）。

在墻體修復方面，專家團隊對損壞嚴重的墻體采用“就地補強”方法，使用與原墻體相匹配的石材和磚塊進行修補，保持墻體的整體連貫性和歷史質感。對于腐蝕或剝落的泥灰層，在徹底清理后，重新施加具有良好透氣性的傳統石灰砂漿，確保墻體的呼吸性能和耐久性。此外，針對墻體裂縫問題，采用內外雙層加固技術，通過注入高強度補強材料，增強墻體的整體穩定性，防止裂縫擴大。

在防水防潮方面，屋頂和墻體均進行了專業的防水處理，應用現代防水材料與傳統工藝相結合的方法，有效阻隔雨水滲透，保護建筑內部結構不受潮濕環境的侵害。整體而言，通過這些具體而細致的修復措施，南京明孝陵的屋面與墻體部分得到了全面恢復，不僅延長了建筑的使用壽命，也完美再現了明代建筑的輝煌風貌。同時，采用傳統工藝進行細部雕刻和裝飾，保持其藝術價值。修復完成后，明孝陵通過科學管理和合理利用，成為重要的旅游景點和文化教育基地。

數字化技術助力古建筑文化遺產保護與傳承的策略

數字化記錄與建模。數字化記錄與建模是古建筑保護的基礎，通過高精度的掃描和建模技術，可以全面記錄古建筑的現狀，為后續的保護和修復提供重要參考。例如，意大利龐貝古城的數字化項目采用激光掃描技術，生成了龐貝城的高精度三維模型。這一模型不僅詳細記錄了古城的建筑結構和裝飾細節，還為考古研究和虛擬展示提供了寶貴的數據支持。類似地，故宮利用無人機和三維建模技術，對古城內的傳統建筑進行了全面數字化，確保在自然災害或人為破壞發生時，能夠迅速恢復和重建。這些案例表明，數字化記錄與建模不僅提高了古建筑保護的效率和精度，還為文化遺產的長久保存奠定了堅實的基礎。

虛擬現實與增強現實應用。通過VR技術，可以在虛擬空間中重現古建筑的歷史風貌，使公眾能夠身臨其境地體驗古建筑的魅力。AR技術則通過在現實環境中疊加數字信息，增強了古建筑的展示效果。例如，日本京都的金閣寺應用了AR技術，游客可以通過手機或平板設備，看到建筑在不同時期的樣貌和歷史事件的再現。這些技術不僅提升了公眾的參觀體驗，還增強了文化遺產的教育功能，促進了保護意識的普及。

無損檢測與監測技術。以中國長城為例，利用地震波無損檢測技術，對長城的墻體和基礎進行定期檢查，及時發現和修復潛在的結構問題，防止進一步損壞。另一個案例是埃及盧克索神廟，通過紅外熱成像技術，監測建筑內部的溫度變化，評估結構的穩定性和材料的老化程度。這些無損檢測技術不僅提高了監測的準確性和實時性，還減少了對古建筑的干擾，確保了保護工作的連續性和有效性。

信息管理與數據共享。有效的信息管理與數據共享是數字化技術在古建筑保護中不可或缺的一部分。例如，中國的“數字故宮”項目通過互聯網平臺，公開了故宮的詳細數字化資料，方便研究人員和公眾查詢與使用。此外，利用云計算和大數據技術，可以對大量的保護數據進行分析和挖掘，發現潛在的問題和規律，指導保護工作的科學決策。這些信息管理與數據共享策略，不僅提升了保護工作的協同性和效率，還促進了國際間的經驗交流與合作。

開封鐵塔，位于河南省開封市城區，建于北宋時期，高約56米，共有13層。作為中國古代磚木結構建筑的杰出代表，鐵塔不僅展示了精湛的建筑工藝和豐富的文化內涵，還具有重要的歷史價值。為了更好地保護和傳承這一古建筑，本文采用多技術融合的數字化影像數據采集方案，對開封鐵塔進行詳細的數字化建模和分析。

多技術融合影像數據采集方案設計。無人機影像采集，采用大疆精靈4 RTK無人機，具備厘米級導航定位系統和高性能成像系統，進行建筑物外部整體影像數據的環繞定點采集。無人機飛行過程中，設置環形環繞飛行航線，確保影像的平面和立面信息全面覆蓋。同時，利用經緯M300+禪思P1輔助設備，提升復雜地理環境下的飛行安全性和影像細節質量。

手持數碼相機采集。針對建筑物的復雜區域，如佛龕等細部結構，手持數碼相機進行近景攝影測量。拍攝過程中，確保層內和層間影像的高重疊率，避免因視角變化過大造成的漏攝現象。

數據處理與建模。采集的影像數據經過預處理，包括去噪、增強和勻色處理，確保數據質量一致。利用Context Capture軟件進行實景三維模型重建，通過像控點刺點操作，聯合平差計算，生成高精度的點云數據，最終通過紋理映射和貼圖技術，得到精細化的鐵塔三維模型。

工程應用與技術路線。本項目以開封鐵塔為實驗對象，規劃了整體技術路線（如圖3所示）。數據采集分為無人機傾斜攝影和手持數碼相機近景攝影兩部分，通過公共平面像控點將兩種影像數據結合，實現多角度、高精度的三維建模。

影像數據采集與三維模型重建。外業影像數據采集，實地踏勘后，確定飛行航線和障礙物位置。無人機采用“興趣點環繞”模式，進行10米、20米、30米和50米范圍的環繞飛行及屋頂補拍。手動飛行模式用于立面細部采集，確保細節部分無遺漏。

實景三維模型重建，使用Context Capture軟件對采集的影像數據進行處理，創建多個測區并導入不同來源的影像數據。通過操作像控點進行區域網多鏡頭聯合平差，生成帶有真實坐標的點云數據。最終，合并各測區成果，生成高精度的三維模型。

模型精度分析與效果對比，為驗證本方法的精度，隨機選取30個特征區域進行邊長測量，并與常規傾斜攝影測量法結果進行對比。測量結果（如表1所示）：

由此可知，本文方法在平均偏差和中誤差上均優于常規傾斜攝影測量法，表明多技術融合的數字化影像采集方案顯著提高了三維模型的精度。

通過對比可以看出，本文方法所取得的廊脊和佛龕等復雜結構的建模效果顯著優于傳統方法。融合后的模型棱角更加突出，雕刻及紋飾分辨率更高，避免了傳統方法中常見的模型扭曲和拉花問題。

文章案例展示了多技術融合的數字化影像數據采集方案在古建筑保護中的有效性。通過結合無人機傾斜攝影和手持數碼相機近景攝影，利用先進的軟件進行數據處理和三維建模，成功生成了高精度的開封鐵塔三維模型。這不僅真實還原了古塔的原貌和細節，也為后續的保護、修復和研究提供了重要的參考工具。通過持續的技術創新與應用，多技術融合的數字化方案將為古建筑文化遺產的保護與傳承提供更加堅實的支持，推動古建筑數字化保護事業邁向新的高度。

（作者單位：陜西省文化遺產研究院）