導(dǎo)語(yǔ)：數(shù)字化技術(shù)對(duì)古建筑保護(hù)的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：闡述數(shù)字化技術(shù)與古建筑保護(hù)的特點(diǎn)和應(yīng)用，三維激光掃描技術(shù)、全站儀及GPS技術(shù)、數(shù)字化保存技術(shù)、數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)，探討古建筑的數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)采集及處理、建立古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)、古建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)，GPS技術(shù)，數(shù)字化監(jiān)管，古建筑保護(hù)

數(shù)字化技術(shù)作為科技不斷更新發(fā)展而來(lái)的產(chǎn)物，當(dāng)前已經(jīng)深入滲透到各行各業(yè)，將其引入古建筑保護(hù)工作中，已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然要求。而如何充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和作用，全面提高古建筑保護(hù)水平，需要政府及相關(guān)部門(mén)深入探索和研究，盡可能為古建筑可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好條件。

1數(shù)字化技術(shù)與古建筑保護(hù)

我國(guó)古代建設(shè)的建筑工程大部分為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，容易受氣候環(huán)境變化影響產(chǎn)生各種病害，尤其遇到人為破壞或突發(fā)自然災(zāi)害，會(huì)進(jìn)一步增加古建筑的安全隱患。在以往古建筑復(fù)原中，查閱工藝技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)、文化背景等方面使用的材料大多為紙質(zhì)文獻(xiàn)，由于書(shū)籍厚重，占用空間較大，加上文獻(xiàn)資料較多，所以需要消耗大量時(shí)間和精力翻閱。而引入數(shù)字化技術(shù)，能夠切實(shí)解決以上問(wèn)題，其優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）能夠?qū)沤ㄖ畔⑦M(jìn)行及時(shí)更新，有利于工作人員第一時(shí)間掌握古建筑運(yùn)行實(shí)際情況；（2）信息記錄更加全面，能夠從多個(gè)角度觀察古建筑的細(xì)節(jié)，并且清晰度極高；（3）查詢(xún)便利，不需要工作人員消耗大量時(shí)間、精力查閱信息，只需搜索關(guān)鍵詞，即可準(zhǔn)確掌握古建筑相關(guān)信息?？梢钥闯觯瑢⑿畔⒓夹g(shù)引入古建筑保護(hù)工作中，已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必要需求[1]。

2數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中應(yīng)用

2.1三維激光掃描技術(shù)

在以往古建筑保護(hù)工作中，相關(guān)部門(mén)主要通過(guò)水準(zhǔn)儀或鋼尺等工具開(kāi)展測(cè)繪工作，這種測(cè)繪方式容易受多種因素影響降低數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，并且整個(gè)操作過(guò)程耗時(shí)、耗力，地面三維激光掃描技術(shù)呈現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)和作用，其與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，不僅適用范圍較廣，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，還可以全面提高測(cè)繪質(zhì)量和效率，通常在最短時(shí)間內(nèi)就可以快速完成掃描測(cè)量作業(yè)，并得到準(zhǔn)確無(wú)誤的數(shù)據(jù)信息。將數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確錄入電腦系統(tǒng)，可以自動(dòng)生成古建筑三維模型，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T開(kāi)展古建筑保護(hù)工作提供準(zhǔn)確、完整的參考依據(jù)，更重要的是，使用該技術(shù)能夠?qū)σ恍┮呀?jīng)消失的古建筑進(jìn)行復(fù)原，其優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)保護(hù)技術(shù)無(wú)法比擬的。

2.2全站儀及GPS技術(shù)

全站儀是科技發(fā)展衍生而來(lái)的一種高精度測(cè)量?jī)x器，也稱(chēng)為全站型電子測(cè)速儀，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用到古建筑保護(hù)工作中，該儀器集合了光學(xué)、機(jī)電一體化等多種先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量古建筑高度、距離、垂直角等數(shù)據(jù)信息，工作人員利用全站儀可以準(zhǔn)確計(jì)算任意一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，不僅能夠幫助其了解古建筑的形狀、大小、特點(diǎn)和位置，好能夠快速繪制出古建筑的立面圖、平面圖以及剖面圖。近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，全站儀的功能也逐漸豐富，GPS技術(shù)又稱(chēng)為全球定位系統(tǒng)，其主要由地面控制系統(tǒng)、空間衛(wèi)星以及終端設(shè)備組成，不僅具備準(zhǔn)確的定位功能，還能夠發(fā)揮導(dǎo)航作用。將其應(yīng)用到古建筑保護(hù)工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、全范圍、高精度測(cè)量目標(biāo)，并且抗干擾能力較強(qiáng)，能夠在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。工作人員可以將攝影裝備和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)安裝到GPS儀器中，如此不僅能夠獲取清晰的攝影圖，還能夠準(zhǔn)確掌握古建筑的空間位置和周邊情況，使用全球定位系統(tǒng)可以在一定程度上減少人工攝影測(cè)量工作強(qiáng)度，并且保證測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整、及時(shí)。

2.3數(shù)字化保存技術(shù)

數(shù)字化保存技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)信息從傳統(tǒng)二維保存，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S掃描，這對(duì)于工作人員了解古建筑結(jié)構(gòu)、高度、紋理等信息而言十分重要，可以為古建筑保護(hù)、研究、修復(fù)等工作提供可靠依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠全面提高古建筑管理水平。眾所周知，在保護(hù)工作開(kāi)展過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息，其中存在諸多無(wú)效數(shù)據(jù)和重復(fù)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)處理能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地提取有價(jià)值數(shù)據(jù)，不僅能夠?yàn)檎块T(mén)開(kāi)展管理工作提供支撐，還可以為研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展保護(hù)工作奠定基礎(chǔ)，有利于提高古建筑監(jiān)管數(shù)字化、技術(shù)化水平，從而充分發(fā)揮古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。

2.4數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)

圖像對(duì)比技術(shù)應(yīng)用到古建筑保護(hù)工作中，能夠根據(jù)建筑工程的紋理、形狀、顏色等特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而后將得到圖像進(jìn)行對(duì)比分析，并根據(jù)對(duì)比結(jié)果做出客觀、詳細(xì)的評(píng)價(jià)，有利于為古建筑保護(hù)提供準(zhǔn)確依據(jù)，在實(shí)現(xiàn)古建筑數(shù)據(jù)信息數(shù)字化保存目標(biāo)的同時(shí)，還可以定期檢查古建筑運(yùn)行狀況，觀察實(shí)際圖像與處理圖像之間存在的差異，將最新數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存，而后在專(zhuān)家和學(xué)者探討、研究后，總結(jié)古建筑需要修復(fù)的區(qū)域，為后續(xù)工作順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)，如此既能夠提高修復(fù)效率，也能夠減少不必要的損失和支出[2]。

3古建筑的數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1數(shù)據(jù)采集及處理

案例分析。本文將浙江省浦江縣“江南第一家”作為案例進(jìn)行深入分析，該工程當(dāng)前被列為我國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，總面積約10.6km2，其中每一個(gè)牌坊都有自己的故事和出處，并且形態(tài)各異、風(fēng)格多樣，有著深遠(yuǎn)的文化內(nèi)涵和歷史信息，如圖1、圖2所示。為了確保古建筑能夠長(zhǎng)期傳承和發(fā)揚(yáng)，相關(guān)部門(mén)將建筑工程學(xué)科與數(shù)字化技術(shù)有機(jī)融合，引入了圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等諸多先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)收集二維數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，構(gòu)建古建筑三維立體模型，而后開(kāi)展各項(xiàng)保護(hù)工作，為古建筑修繕和復(fù)原奠定了良好基礎(chǔ)。收集與處理二維數(shù)據(jù)。圖形圖像處理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)，均能夠?qū)崿F(xiàn)古建筑數(shù)據(jù)信息快速收集、自動(dòng)保存基本目標(biāo)。例如：工作人員可以利用傳統(tǒng)測(cè)量工具對(duì)拍攝的照片進(jìn)行測(cè)量，而后利用CAD軟件對(duì)測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，如此就能夠得出準(zhǔn)確無(wú)誤的CAD圖紙。收集與處理三維數(shù)據(jù)。將采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工后，構(gòu)建古建筑三維立體模型，相對(duì)于傳統(tǒng)二維圖形而言，三維立體模型的信息更加豐富，與真實(shí)的生活空間更加接近，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供準(zhǔn)確、形象的信息，使其清楚掌握古建筑風(fēng)格、結(jié)構(gòu)、外觀等實(shí)際情況。在采集三維數(shù)據(jù)時(shí)，相關(guān)部門(mén)大多使用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集方法。在構(gòu)建三維模型過(guò)程中，工作人員要對(duì)采集到的二維信息進(jìn)行加工和處理，從中提取三維信息，在此基礎(chǔ)上再一次處理，并且根據(jù)繪制的狀況，將圖紙清楚地標(biāo)注出來(lái)[3]。而后使用CAD軟件將排放的立面、正面、剖面圖等繪制出來(lái)，確保所有線(xiàn)條的顏色相同，如此才能夠?yàn)楹罄m(xù)3DMAX編輯提供便利。具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入分析。（1）采集三維點(diǎn)運(yùn)輸局。結(jié)合大量實(shí)踐來(lái)看，在采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)過(guò)程中，受外界環(huán)境變化因素影響極其容易影響數(shù)據(jù)采集效果，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)噪點(diǎn)等。這就需要相關(guān)部門(mén)使用專(zhuān)業(yè)處理軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行平滑處理或去噪處理，確保最終得到的數(shù)據(jù)是真實(shí)有效的古建筑空間信息，如此才能夠?yàn)楹罄L制曲線(xiàn)奠定基礎(chǔ)。（2）處理三維激光掃描數(shù)據(jù)。相關(guān)部門(mén)以往大多通過(guò)拍照或拉皮尺方式對(duì)古建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，具體來(lái)說(shuō)，利用激光掃描，能夠準(zhǔn)確得到激光從開(kāi)始到被物體反射或折射的時(shí)間，從而測(cè)出掃描儀到被測(cè)實(shí)體的距離。在此基礎(chǔ)上，引入能夠反射脈沖激光的鏡子，可以通過(guò)測(cè)量角度值，得到古建筑被測(cè)物體的坐標(biāo)，而后通過(guò)收集到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建古建筑三角網(wǎng)模型[4]，可以使工作人員及時(shí)掌握古建筑線(xiàn)性特征，并繪制出古建筑立面、平面、剖面圖等。（3）重建古建筑三維模型。工作人員需要將最終獲得的點(diǎn)云，轉(zhuǎn)換為普通意義上的三維立體模型，使用的軟件必須具備以下功能：具備球體、長(zhǎng)方體等常用幾何圖形的三維模型組件；所有三維模型組建都要有其對(duì)應(yīng)的算法。工作人員在構(gòu)建三維立體模型過(guò)程中，可以使用系統(tǒng)本身具備的分段處理工具，抽取點(diǎn)云圖中的一部分，使其形成物體的一部分或完整部分，而后進(jìn)行自動(dòng)化匹配處理。但結(jié)合實(shí)踐來(lái)看，這種方式更加適用于軟件中的幾何組件與目標(biāo)事物相一致的情況，如此才能夠構(gòu)建真實(shí)、直觀地三維立體圖像。而后經(jīng)過(guò)渲染能夠獲得某一牌坊的效果圖。

3.2建立古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)

完整的古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)，既要有古建筑的屬性信息，又要有空間位置信息，所以通常需要按照這兩個(gè)要求建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。其中空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要由二維圖、激光掃描圖、古建筑照片等空間數(shù)據(jù)組合而成。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要由古建筑歷史文獻(xiàn)、相關(guān)描述、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、材料尺寸等屬性數(shù)據(jù)組合而成。必須保證建立的數(shù)據(jù)庫(kù)信息準(zhǔn)確無(wú)誤，才能夠?yàn)楹罄m(xù)工作提供保障。具體來(lái)說(shuō)：（1）構(gòu)建古建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)。古建筑的空間數(shù)據(jù)，比較適合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理、儲(chǔ)存、加工等方面的邏輯要求，能夠?qū)⒐沤ㄖy(tǒng)計(jì)、圖形、影響等多種數(shù)據(jù)信息，按照特定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存的格式。結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來(lái)看，空間數(shù)據(jù)庫(kù)大多有矢量數(shù)據(jù)及柵格數(shù)據(jù)組合而成。前者是通過(guò)幾何要素對(duì)古建筑的內(nèi)部、便捷等進(jìn)行表達(dá)，如點(diǎn)、線(xiàn)、面表達(dá)方式，常見(jiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型包括激光掃描技術(shù)獲取的三維模型數(shù)據(jù)或點(diǎn)云數(shù)據(jù)等。而統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要由柵格數(shù)據(jù)組成，如激光掃描技術(shù)得到的數(shù)據(jù)信息。（2）構(gòu)建古建筑屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。古建筑保護(hù)工作涉及內(nèi)容較廣，需要結(jié)合保護(hù)工作實(shí)際需求構(gòu)建屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，以上案例中包含的屬性信息包括建筑工程的面積、空間位置、幾何構(gòu)成、主要材料、歷史文化等實(shí)際情況。只有了解屬性信息，才能夠?yàn)楹罄m(xù)開(kāi)展保護(hù)工作奠定良好基礎(chǔ)。

3.3古建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析

古建筑在長(zhǎng)時(shí)間投入運(yùn)行后，受各種因素影響會(huì)產(chǎn)生一系列變化，所以對(duì)其進(jìn)行周期性測(cè)量，及時(shí)更新空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T評(píng)估、預(yù)測(cè)提供準(zhǔn)確依據(jù)。與此同時(shí)，還要對(duì)建筑工程的內(nèi)部構(gòu)件、建設(shè)技術(shù)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析。為了保證分析結(jié)果準(zhǔn)確、科學(xué)，可以將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入信息化系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中建立數(shù)字化模型，將其與歷史建筑構(gòu)成進(jìn)行科學(xué)比較、有效分析，使模型數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)有效融合，最終建立完整的評(píng)估體系，對(duì)建筑工程的細(xì)部殘缺進(jìn)行總結(jié)，而后制定合理的保護(hù)和修復(fù)方案。

4結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程不斷深入，很多古建筑面臨消失風(fēng)險(xiǎn)，采用傳統(tǒng)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足古建筑可持續(xù)發(fā)展需求。政府及相關(guān)部門(mén)要不斷提高創(chuàng)新意識(shí)，積極引入數(shù)字化技術(shù)，做好古建筑測(cè)繪工作，構(gòu)建古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)，從而確保各項(xiàng)工作的開(kāi)展，做到準(zhǔn)確、科學(xué)。

作者：甘斌 單位：鼓浪嶼世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)中心