數字化建模對古建筑遺產的作用

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【摘要】我國傳統古建筑多為木質結構，極易受到自然和人為的破壞，所以利用古建筑信息進行遺跡保護變得尤為重要。如何減少古建筑保護時產生的破壞，是值得我們思考和探索的重要任務。文章通過對民國時期的一個民居建筑群進行數字化建模為例，分析數字化建模對古建筑保護和信息保存的積極意義，尤其對古建筑群的整體三維重建具有非常重要的現實意義。

【關鍵詞】數字化建模；古建筑保護；瑞安堡

1引言

傳統的古建筑保護一般從實物和信息兩個方面結合進行保護。實物保護以實地勘察為主，通過勘察發現古建筑損壞之處，再由維修人員對其進行針對性保護，而保護過程中的信息記載主要以文字、影像、圖表等形式呈現。隨著時光流逝，這些傳統的信息儲存方式漸漸消失在歷史的漫漫長河之中，殘存下來的建筑圖紙和歷史影像也不能直觀反映出古建筑的真實原貌和精確尺寸，甚至有不少文物建筑沒有文獻資料遺存，使得文物復原與重建的工作難度增加[1]?；谟嬎銠C技術的飛速發展，利用現代化信息手段使古建筑保護數字化、信息化，對古建筑遺產的保護與傳承起到非常重要的作用。

2瑞安堡概述

瑞安堡作為目前甘肅河西地區保存最完整的堡寨式建筑，無論從建筑的形式，還是建造的規模來看，都是目前體量最大，整合度最高的代表性堡寨式傳統建筑，其院落空間布局及內部單體建筑特征都具有非常重要的研究意義[2]。瑞安堡的建造年代為民國時期，距今有近百年的歷史，是研究武威地區堡寨建造形式歷史文化的重要實物資料。瑞安堡坐北朝南，由民居住宅與院落空間共同構成長方形的建筑總平，其東西寬56m，南北長100m，平面布局為文字象征的“一品當朝”（見圖1），而平面總體造形呈“鳳凰單展翅”[3]。作為集居住與防御于一體的堡寨式建筑，瑞安堡以高墻為筑，將整個院落與建筑包圍在城墻之中，僅開放主城門為唯一出入口。瑞安堡整體空間的基本形制可以看作是城墻與三進式四合院的組合。堡中的建筑群多為木質結構，經過歲月與戰爭的洗禮，現存古建筑都已遭受不同程度的損壞，傳統的古建筑保護手段已經不能起到有效保護的作用。

3瑞安堡數字化模型構建過程

在對古建筑進行數字化建模之前，需要收集、整理和儲存古建筑的相關信息內容。數字化技術的日益進步是實現無破壞保護古建筑的先決條件，在收集古建筑相關信息內容時要增強對信息的組織和處理能力，以便順利完成古建筑信息數字化收集的基礎工作。瑞安堡始建于民國27年，其建筑實物保存較為完整，并未涉及部分建筑需要復原。因此，在初期的信息獲取這一階段難度不大，重點和難點在于數據的整理和錄入以及信息模型的建立。

3.1信息采集及數據整理武威瑞安堡建筑群的信息采集工作主要包括空間幾何信息和歷史人文信息?？臻g幾何信息是指古建筑的整體三維形狀、幾何空間大小以及節點構造尺寸等，空間幾何信息是可以通過現代技術手段以及電子設備來獲取，通常借助GIS技術和三維激光掃描儀進行采集，通過對收集到的點云數據進行整合處理，為后期生成古建筑數字化模型做準備[4]。歷史人文信息包括建筑本身的建筑材料、地域特色、人文背景以及藝術價值等，對這部分信息的獲取不能依靠測量的手段，只能通過實地調研和文獻檢索進行信息收集，最終通過人工與軟件結合的方法進行信息梳理。

3.2數字化模型構建瑞安堡建筑群的數字化建模過程以BIM軟件為基礎，GIS技術為框架，開展的逆向建模工程，運用Rivet軟件“族群”去劃分每個古建筑構件的實例，進而正向建立古建筑數字化三維模型[5]。在建立特定模型之前，以古建筑構件的內部結構規則為底層邏輯，在GUI中錄入古建筑內部空間和大樣的尺寸等關鍵參數。在對單體古建筑各參數輸入的過程中總結出古建筑中各建筑構件的關鍵參數，并將其存入數據庫，該數據庫可以生成用戶所需古代建筑組件的一些參數。尤其是中國的古建筑中細部構件種類繁多（見圖2），主題樣式不限，有了這個數據庫之后，將來對模型進行建模時，系統可以根據用戶輸入的關鍵參數生成用戶所需的古建筑構件及其他關鍵參數。

3.3屬性信息錄入瑞安堡建筑群的數字化三維模型包含許多屬性信息，例如各建筑單體本身的整體結構和細部構造特征會因建筑層數而異，瑞安堡作為武威地區現存唯一的堡寨建筑，其建造工藝風格、人文藝術價值都十分重要。屬性數據除了當時測繪所得的一些矢量圖形之外，還包括不同時期對瑞安堡建筑群體采取保護措施時所記載的修繕資料、歷史文獻、各類聲頻及影像資料。結束模型構建工作后，構造、材質、物理等信息將被統一在古建模型的數據部分，并且一同儲存在原先已有的空間數據之中。

3.4建筑模型的虛擬展示瑞安堡三維建筑模型的虛擬展示主要依托于VR技術實現，VR技術是指利用計算機生成一種可對參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受，并允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術[6]。通過虛擬展示技術創建符合瑞安堡人文歷史背景的虛擬環境之后，將瑞安堡的數字化模型置入虛擬場景，加入設計者對瑞安堡建筑群本體及其周圍環境的了解，在計算機中形成高度模擬現實世界中人與環境的一種虛擬仿真場景。為了減少人為因素對古建筑的破壞，游客可以借助VR眼鏡走進瑞安堡建筑群，跨時空感受人與建筑的互動。

4古建筑數字化保護的意義

古建筑屬于不可移動文物，當古建筑受到外界因素破壞時，需要人為的去修復，在修復過程中難免會遭受二次破壞，在這個過程中，需要合理運用數字化技術對建筑進行修復，以保證其承載的地方歷史文化得以傳承。古建筑保護與數字化技術的結合將以高效率、低成本的方式去傳承古建筑文化。

4.1建立古建筑數字化檔案不同的古建筑承載著不同時代的歷史文化，科技化、數字化的測量方式比傳統的測量方式更加快速準確，能夠更真實地還原古建筑的原始風貌。在對古建筑數字化建模的過程中，已將古建筑有關的空間幾何信息以及歷史文化信息輸入同一個數據庫中，以便于古建筑的修復能實現數字化統一配合。古建筑數據庫要實現動態、持續收集，后期進行改擴建或者修繕的檔案數據也要實時歸檔，完成數據庫的建設工作。數據庫的建立除了滿足其他行業人員對古建筑數據的需求之外，還可以加強政府及相關工作人員對古建筑信息的管理。

4.2對古建筑數據進行還原數字化技術還可以在古建筑的修復還原過程中起到正向的功能。對于在實施數字化保護之前就已缺失部分構件的古建筑，可以采集數字化測量得到的數據，將其輸入計算機軟件完成三維建模，再利用計算機進行模擬合成，將古建筑破損或缺失的部位進行完整還原。對于現狀保存完好的古建筑，可以通過上述步驟建立數字化三維模型，并成立數據庫，將該建筑相關的空間幾何信息和歷史文化信息都儲存在數據庫中，對古建筑的原始樣貌進行永久保存，以便后期古建筑遭受不可抗力因素被破壞時能夠對其實現零誤差還原。

5古建筑數字化保護方面的欠缺

5.1古建筑數字化應用單一在古建筑領域的應用方面，現階段數字化技術功能缺乏層次體系。除數字化管理古建筑時空信息的基礎職能之外，其最廣的應用便是利用VR技術可視化古建筑的三維模型。雖然我國利用數字化技術保護古建筑的工作已有初步成效，但是在古建筑預防性保護和事后修復性保護方面還有一定的欠缺和不足[7]。古建筑實現數字化之后可以考慮與其他行業共同合作，實現古建筑數字資源的應用轉化，擴大古建筑文化的影響范圍。

5.2數字化檔案建立不夠完善古建筑數字化的目標就是建立一個翔實的數字檔案館。建設我國古建筑數字化檔案是加強我國古建筑保護的必由之路?，F在大部分古建筑數字化的表現形式都是以計算機專家參與為主導的虛擬現實技術，通過計算機記錄古建筑本身的空間幾何信息，但古建筑包含的人文社會、歷史藝術等隱性文化還待進一步融合。數字化檔案的建立是為了多學科、多行業打下堅實的數字化成果轉化基礎，不能只為了單一的某個應用而積累數據。

6結語

數字化技術與古建筑的結合是現階段古建筑保護領域的藍海。本文以武威瑞安堡為例，闡述了古建筑數字化建模的邏輯思路，展示數字化技術對古建筑遺產保護的價值。在此基礎上，提出一些對于國內目前古建筑數字化保護方面的認識與反思。古建筑作為我國的不可再生資源，合理地應用和推廣數字化能夠有效保護我國古建筑，減少由于傳統保護不當而造成的資源浪費。數字化傳承的普及就是為了弘揚文化遺產，在不斷完善古建筑數據庫的同時，要讓古建筑數字化保護走向大眾，盡可能地將建筑所蘊含的藝術文化信息真實再現。

參考文獻

[1]馬珂研，潘毅，靳俊山.古建筑數字化保護與推廣[J].智能建筑與智慧城市，2020（11）：139-140.

[2]韋俊卿，賈麗奇，李海銘，等.空間量化視角下的堡寨式建筑研究——以甘肅河西走廊地區瑞安堡為例[J].建筑與文化，2021（7）：189-191.

[3]王巍.河西走廊地區寨堡建筑[D].西安：西安建筑科技大學，2010.

[4]郭豪，周玉佳，陳洪楊，等.引入BIM技術的古建筑數字化保護研究——以鳳陽明鼓樓、明皇陵為例[J].安徽建筑，2021，28（10）：150-152.

[5]沈維莉，張克純.基于BIM技術的古建筑數字化保護研究[J].四川建材，2017，43（12）：63-64.

[6]《中國電力百科全書》編輯委員會，中國電力出版社《中國電力百科全書》編輯部編，中國電力百科全書·電工技術基礎卷[M].北京：中國電力出版社，2001：380-381.

[7]狄海寧.淺談古建筑保護中的數字化技術[J].文物鑒定與鑒賞，2018（3）：130-132.

作者:朱曉青 單位:西南交通大學建筑學院