數字化技術在福建土樓文昌樓文物保護中的應用

摘 要：福建土樓文昌樓是世界文化遺產，具有極高的歷史、文化和藝術價值。然而，隨著時間的推移，文昌樓面臨各種威脅。文昌樓作為福建土樓的代表，其保護和傳承一直是文物保護工作的重要內容，數字化技術的應用為文昌樓的保護提供了新的思路和方法。文章對數字化技術在文昌樓文物保護中的應用進行介紹。

關鍵詞：數字化技術；福建土樓；文昌樓；文物保護

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2025.05.008

福建土樓是中國傳統建筑的杰出代表，其以獨特的造型、宏大的規模和深厚的文化內涵聞名于世。然而，隨著時間的推移和自然環境的變化，福建土樓面臨嚴重的保護挑戰，傳統保護手段已難以滿足全面保護的需求，數字化保護技術成為重要的解決途徑。基于計算機技術的飛速發展，利用現代化數字手段對文物數據進行數字化采集，對文物的真實原貌和精確尺寸進行信息化錄入，對文物的保護與傳承具有非常重要的作用，可以實現文物信息的永續利用，對于更好地實現文物保護具有重大意義。

1 文昌樓

位于福建省漳州市南靖縣書洋鎮上坂村田螺坑自然村的田螺坑土樓群（圖1），不僅是福建傳統民居建筑的杰出典范，更堪稱福建土樓文化的標志性作品，其獨樹一幟，是中華建筑藝術寶庫中一顆璀璨的明珠。2001年5月，田螺坑土樓群被列為第五批全國重點文物保護單位。2003年11月，田螺坑村因其深厚的歷史文化底蘊，被列為中國首批歷史文化名村。2007年，田螺坑村被評為首批中國景觀村落。2008年7月，田螺坑土樓群以其獨特的建筑魅力和重要的文化價值，成功被列入《世界文化遺產名錄》，其中共有5座土樓，分別是方形的步云樓，圓形的和昌樓、振昌樓、瑞云樓，以及橢圓形的文昌樓。

文昌樓位于步云樓的西南側，由黃氏族人于1966年合資共同建造。文昌樓坐東北朝西南，占地128平方米。樓長徑45.7米，短徑34.5米，高3層11.8米。內通廊式，每層32間，共96間，總建筑面積2210平方米，設2部樓梯、1個大門。樓外墻頂層有3個瞭望臺、4個射擊口。底層墻厚1.2米。內院用亂毛石鋪地，有1口水井。土樓夯土墻墻腳用卵石干砌，以防止洪水浸泡，夯土墻以土為主要材料，墻厚從底層往上逐漸減薄，外皮略有收分，內皮分層退臺遞收，一般每層減薄約10～17厘米，在結構上更加穩定，又減輕了墻身的自重（圖2）。為了增加墻身的整體性，土墻內還配有墻筋，樓內采用柔韌的杉木制作門窗，采用堅韌的松木制作樓板，并將杉木與松木結合使用制作樓梯，用土坯磚砌筑隔墻。

文昌樓的建筑風格與其歷史背景密切相關。福建土樓起源于宋元時期，當時福建地區社會動蕩，戰爭頻繁，民眾為了防御外敵入侵和自然災害，開始建造土樓這種堅固耐用的建筑。文昌樓的選址極為嚴謹，充分考量了地質結構的穩定性、水文條件的適宜性以及當地氣候特征，確保樓體與自然環境的和諧共生。在建筑材料的選擇上，文昌樓展現了對本地資源的極大尊重與高效利用，大量采用當地盛產的土、木、石等天然材料，不僅體現了就地取材的環保理念，還確保了材料的可循環性和可持續性。在建筑結構的設計上，文昌樓更是將生土夯筑的堅固外墻與樓內精巧的木構架結構完美融合，兩者相輔相成，既保證了建筑的整體穩固性，又兼顧了居住空間的舒適性與宜居性，展現了高超的建筑技藝與人文關懷。

2 文昌樓數字化保護技術

2.1 文昌樓數字化的含義

文昌樓數字化是指利用計算機技術、數字影像技術、傾斜攝影測量技術、三維掃描技術等手段，對文昌樓的歷史、文化、藝術等信息進行數字化采集、處理、存儲、展示和應用。文昌樓數字化保護中，主要是對文昌樓本體及周邊環境信息進行數字化采集和文昌樓相關信息的識別整理，并利用這些信息對文昌樓進行保護和管理。

2.2 數字化保護技術的優勢

數字化保護技術是指利用數字化手段對文物進行保護和管理，與傳統的文物保護方法相比，數字化保護技術具有以下優勢。

2.2.1 提高文物保護的準確性

運用數字化技術可以對文物進行全面的數據記錄和分析，并通過三維模型的形式對其結構、尺寸、材料、工藝等進行詳細的展示、研究與應用，從而提高文物保護的準確性和可靠性。

①高精度記錄和存檔。數字化技術可以通過激光掃描、攝影測量等方式，對文物數據進行高精度的記錄和存檔。這些數字化資料可以永久保存保留，為今后的保護、修復和研究工作提供準確的參考。通過數字化記錄可以極大豐富文物的信息維度，對文物的外觀、結構、細節乃至周邊環境等全方位、多角度的信息進行全面記錄。這些數字化資料可以保存長久，避免了傳統紙質或膠片記錄方式可能面臨的損壞、丟失等問題，確保了文物信息的永久留存。

②實時監測和預警。數字化技術可以實時監測文物的狀態，包括變形、裂縫、風化程度等，及時發現和解決潛在問題。通過數據分析，可以更加準確地了解文物的狀況和變化趨勢，為保護工作提供準確的預警和支持。

③虛擬修復和試驗。運用數字化技術可以在計算機上進行虛擬修復和試驗，模擬不同保護方案的效果，為實際保護工作提供準確的指導和優化。可以避免對文物造成不必要的損害，提高保護工作的準確性和安全性。

2.2.2 提升文物保護工作效率

數字化技術可以節省人力和時間。傳統文物保護工作主要是通過水準儀或鋼尺等工具開展測繪，容易受多種因素影響，降低數據信息的準確性，并且整個操作過程耗時、耗力。三維激光掃描技術呈現出無可比擬的優勢和作用，其不僅適用范圍較廣，能夠適應各種復雜環境，還可以全面提高測繪質量和效率，在短時間內完成掃描測量作業，并得到精準的數據信息。將數據信息錄入電腦系統，可以自動生成文物三維模型，為工作人員開展保護工作提供準確、完整的參考依據。更重要的是，使用數字化技術能夠對一些已經消失的古建筑進行復原，其優勢是傳統保護技術無法比擬的。數字化技術還可以使保護工作更加標準化和規范化，減少人為因素對保護工作的影響。

數字化技術可以通過高速計算機運算和大容量的存儲設備來提升信息處理的效率。這使數字化技術可以更快地處理文物信息，實現數據共享和協作，不同的部門和機構可以共同進行文物保護工作，進而提高文物保護工作的效率。

2.2.3 提升文物保護安全性

數字化保護可以實現文物的全面監測和保護，包括文物的形態、結構、材料、環境等，可以及時發現文物損壞和變形等問題。同時，數字化模擬修復技術的應用，減少了人為不當修復帶來的文物損壞。

2.2.4 提高文物保護的可視化程度

數字化技術可以將文物信息以圖像、視頻、三維模型等形式呈現出來，使文物保護工作更加直觀、生動，便于公眾和學者對文物進行了解和研究。例如，利用虛擬現實、增強現實等技術，可以將文物建筑的原貌以逼真的方式展示給公眾，讓公眾仿佛置身于文物建筑之中，感受其獨特的魅力和深厚的文化底蘊。此外，數字化資料還可以通過互聯網、社交媒體等渠道進行廣泛傳播。數字化技術的應用，可以提高文物保護的可視化程度，使文物保護工作更加生動、直觀和便于公眾參與。

2.2.5 推動文物的持續利用和發展

數字化技術可以實現文物的數字化展示和宣傳，從而推動文化產業的發展和創新。數字化技術還可以推動文物保護與當地經濟發展相結合，促進文昌樓的文化傳承和發展，通過數字化存儲、備份和恢復技術，為文物提供長期的保存和備份，保障文物的可持續性和長期性，從而推動文物的持續利用和發展。

3 文昌樓數字化保護的意義

文昌樓數字化保護對于提升文物保護效率與精準度、促進文物信息永續利用、推動文旅產業發展以及提升文物保護能力等都具有重要意義。隨著數字化技術的不斷發展和應用，文物數字化保護工作將會取得更加顯著的成效。

3.1 建立完善的數字檔案

數字化技術可以全面記錄文昌樓的建筑結構、尺寸、材料、工藝、歷史、文化和藝術信息，為文昌樓的保護提供重要的資料和依據。數字化技術利用計算機的高速運算能力和強大的數據處理能力，大大提高了文物建筑資料的處理效率。建立數字化數據庫，可以方便地對文物建筑信息進行分類、整理、檢索和調用，提高文物保護效率，為文物建筑保護、研究和展示工作提供強有力的數據支持。同時，數字化資料還可以通過網絡進行共享和傳播，促進文物建筑保護事業的全球化合作與交流。

3.2 傳承文化遺產

文昌樓是世界文化遺產，具有極高的歷史、文化和藝術價值，數字化技術可以對文昌樓的文化、藝術以及營造技藝等信息進行永久性保存，并通過網絡平臺進行傳播和傳承。

3.3 推動旅游業發展

數字化技術可以結合文昌樓的建造歷史與當地人文環境，還原文昌樓的歷史樣貌與生活場景，也可以展現文昌樓的建造工藝及相關歷史背景，吸引更多的游客前來觀賞和學習，從而推動當地旅游業的發展。

4 數字化技術在文昌樓保護中的應用

數字化技術在文昌樓保護中的應用主要包括文昌樓信息采集和記錄、文昌樓三維數字化展示、文昌樓智能化監測和文昌樓數字化保護管理等方面。

4.1 文昌樓信息采集和記錄

通過無人機、三維掃描儀、高清攝像頭、傳感器等對文昌樓進行全面的信息采集和記錄，包括結構、尺寸、材料、工藝、歷史背景等信息。這些信息可以通過數字化手段進行整理和分析，形成基礎的文昌樓數字資源，為文昌樓保護提供重要的參考依據。

4.2 文昌樓三維數字化展示

對運用數字化技術采集到的文昌樓信息數據進行加工，可以準確構建文昌樓三維立體模型。相對于傳統二維圖形而言，三維立體模型的信息更加豐富，與真實的生活空間更加接近，能夠為工作人員提供準確、形象的信息，使其清楚掌握文昌樓的風格、結構、尺寸、外觀等實際情況。此外，數字化展示技術的應用能夠增強文化傳承與教育效果，提高公眾對土樓文化的認知和興趣，吸引更多人關注和參與到土樓保護事業中來（圖3）。

4.3 文昌樓智能化監測

通過物聯網、人工智能、大數據等技術手段，對文昌樓進行智能化監測和分析，及時發現安全隱患，并提供相應的保護建議。在文昌樓的關鍵部位部署傳感器，用于監測文昌樓的狀態和環境因素。這些傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、裂隙傳感器、位移傳感器等，以滿足不同監測需求。將傳感器采集到的數據通過無線或有線的方式傳輸到數據中心進行存儲和處理，并利用數據分析技術對采集到的數據進行處理和分析，提取有用的信息，如文昌樓的變形、裂縫、風化程度等。根據數據分析結果，當發現文昌樓出現異常情況時，及時發出預警或報警信息，提醒保護工作人員采取措施進行干預。

通過智能化管理平臺對文昌樓的監測數據進行統一管理，實現數據的可視化展示和查詢，提高文物保護的效率和智能化水平。還可以通過無人機、遙感等技術手段對文昌樓進行全面的監測，及時發現文昌樓安全隱患（圖4）。

4.4 文昌樓的數字化保護管理

建設文昌樓數字化和信息化平臺或系統，囊括文昌樓的病害、消防、安防、網格化、參觀人數、服務平臺等各種信息，促進文昌樓的全方位管理保護。也可用于區域土樓群的保護中，即在區域范圍內針對所有土樓或者建筑群建立一個完善的信息化系統，由相關部門或組織進行統一的管理和調整，整合土樓區域的保護力量，使文物保護工作變得井井有條。

5 數字化技術未來發展趨勢

文物數字化保護技術未來將會朝著智能化、多樣化和安全性方向發展。

5.1 智能化

未來的數字化保護技術將會更加智能化，可以根據文物的實際情況和需求，自動調整數字化保護方案，提高數字化保護效率和質量。

5.2 多樣化

未來的數字化保護技術將會更加多樣化，可以實現文物的全面監測和保護，包括文物的形態、結構、材料、環境等方面，可以及時發現和解決文物的損壞和變形等問題，并提出相對應的保護措施。數字化技術將與多學科進行跨界融合，包括歷史學、藝術學等，推動文物保護領域的創新發展，為文物的保護、傳承和發展提供更加全面的支持。

5.3 安全性

未來的數字化保護技術將會更加注重安全性，通過加密技術、數據隱私保護技術等手段，保護文物數字化信息的安全性。

6 結論

數字化技術在文物保護中的應用，為文物保護工作提供了新的思路和更加全面、高效、安全的技術手段，提高了文物保護的效率、準確性和可視化程度，也為文物的保護和傳承提供了更多的機會和平臺。數字化技術在福建土樓文昌樓文物保護中的應用有效地保護了文昌樓的真實性、完整性和安全性，同時也更好地展示和傳承了福建土樓的文化價值。■

參考文獻

[1]劉陽.新時代信息化技術在文物保護中的應用研究[J].明日風尚，2018（15）：310-311.

[2]秦建華.三維數字技術在文物保護中的作用[J].美術大觀，2014（7）：106.

[3]宋文瑤.數字化生存下的文化資源的文物保護與開發研究[J].才智，2016（12）：265.

[4]侯妙樂.文物三維模型虛擬修復研究進展、挑戰與發展趨勢[J].遺產與保護研究，2018（10）：1-10.

[5]吳玉涵，周明全.三維掃描技術在文物保護中的應用[J].計算機技術與發展，2009（9）：173-176.

[6]白成軍.三維激光掃描技術在古建筑測繪中的應用及相關問題研究[D]天津：天津大學，2007.

[7]王茹.古建筑數字化及三維建模關鍵技術研究[D].西安：西北大學，2010.

[8]王曉南，鄭順義.基于激光掃描和高分辨率影像的文物三維重建[J].測繪工程，2009（6）：53-55.

[9]齊揚，周偉強，薛燁，等.文物三維彩色數字化模型實現方式探討[J].文博，2009（6）：492-495.

[10]楊麗萍.面向文物的三維信息可視化關鍵技術研究[D].北京：首都師范大學，2007.