現代科技與文化遺產保護

戴儉 朱兆陽

摘要：文童依據文化遺產保護體系的框架對當代文物睬護技術做了進一步的系統梳理與整體研究，探討了技術應用的重點及邊界。提出當代《物保護科技可分為三個層面 第一個層面是圍繞價值發現、發掘領域的新技術：第二個層面是圍繞價值保存、保護領域的新技術.第三個層面是圍繞價值傳播、利用領域的新技術。它們共同構成了新的文物保護技術體系框架。文化遺產價值發現、發掘領域相關新技術應用旨在真實、完整、高效的記錄文化遺產珍貴的價值信息具體實踐包括，基于三維激光掃描、攝影建模技術的遺產空間幾何信息采集；遺產材料成分提取分析：獲取海量數據的存儲技術等。文化遺產價值保存、保護領域相關新技術應用側重于提供適宜的操作方法.主要包括：無損/微損的遺產殘損病害檢測技術：動態信息監測及安全性評價技術，遺產關鍵性保護修繕、修復、維護技術 三維數字化修復技術等。文化遺產價值傳播、利用領域相關新技術的應用為其提供了數字化、信息化的媒介諸如：虛擬增強現實技術、移動終端技術與云平臺應用等，

關鏈詞：文化遺產保護；新技術；價值發現；價值深護 價值傳播與利用

近年來，隨著全社會對于文化遺產保護理念、認識的轉變，現代科技對文化遺產保護工作的突出作用日益顯現，保護工作中的科技含量不斷增加，新科技、新裝備大量涌現和應用，這是一種可喜的形勢。但由于新技術、新成果橫跨不同學科領域、非常龐雜，現有文獻研究大多局限于單一具體技術，因此有必要依據文化遺產保護體系的框架對其做進一步的系統梳理與整體研究，探討技術應用的重點及邊界，以便今后能做到有的放矢。這對于當下文化遺產保護事業而言是意義重大且十分緊迫的。由于篇幅所限，文中僅以古建筑領域為對象展開討論，旨在拋磚引玉，難免掛一漏萬。

一、文化遺產保護體系與保護技術體系框架概述

價值評估是文化遺產保護的基礎和主線，在《文物保護法》及《中國文物古跡保護準則》中已有明確表述：通過對保護對象的研究，確定保護對象所具有的主要價值，分析確定這些價值各個層面的特征，確定反映這些價值特征的物質載體，如特定時期的構件、獨特的結構做法、特殊的構造處理、典型的風格、相關的附屬文物等，然后根據對這些價值載體的現狀評估，采取相應的保護措施，通過改善這些價值載體的保存狀況，達到對文化遺產價值和文化遺產物質遺存的有效保護和合理利用。由此當代文化遺產保護學科構建出三個層面或領域的基本體系。依據此體系，當代保護科技可分為：即第一個層面是圍繞價值發現、發掘領域的新技術；第二個層面是圍繞價值保存、保護領域的新技術；第三個層面是圍繞價值傳播、利用領域的新技術。它們共同構成了新的保護技術體系框架。在真實、完整、高效的記錄文化遺產珍貴的價值信息，具體實踐包括：基于三維激光掃描、攝影建模技術的遺產空間幾何信息采集；遺產材料成分提取分析；獲取海量數據的存儲技術等。

（二）文化遺產價值保存、保護領域相關新技術

文化遺產價值的保存、保護研究重點在于為實踐環節提供理論、規制和操作層面的支持。該領域中新科技的應用側重于提供適宜的操作方法，主要包括了：無損/微損的遺產殘損病害檢測技術；動態信息監測及安全性評價技術；遺產關鍵性保護修繕、修復、維護技術；三維數字化修復技術等。

（三）文化遺產價值傳播、利用領域相關新技術

文化遺產價值的傳播、利用研究涵蓋“遺址公園規劃”、“歷史街區的保護、整治與再利用”、“遺址博物館設計”等方向。該領域中新科技的應用為其提供了數字化、信息化的媒介，諸如：虛擬增強現實技術、移動終端技術與云平臺應用等。

二、文化遺產保護新技術應用

（一）價值發現領域的相關新技術應用

全面掌握文化遺產的三維幾何、影像及材料成份等基礎信息對于文化遺產保護至關重要。相關新技術可歸為兩部分：

1.三維幾何信息采集技術應用

該技術主要分為三維激光、攝影、光柵采集與成型技術三類。

（1）三維激光采集技術：是利用激光束的高精度測距原理獲取對象的幾何形體空間信息。掃描設備范圍從0.2米至2000米，精度從0.02毫米至6毫米的全覆蓋，滿足從碑刻、陳設到古建筑、城市規劃等高精度的采集需求。優點是精確度高，覆蓋面廣，受環境光干擾小。主要技術難點在于：對于大尺度的不可移動文物（如古建筑等），每一站采集的有效視角和有效而是有限的，經多次拼站后，如何保持建筑物的整體精度；將點云圖最少干預地解讀為工程用三視圖尚沒有好的解決辦法；點云色彩的還原度較差。對j二小尺度的文物，主要技術難點在于：對形體復雜的文物，內部遮擋部分較難獲取；反光物和毛絨、頭發等材質的掃描等。

（2）攝影采集與成型技術應用：是在原有攝影測量技術基礎上與計算機算法結合的幾何形體測量成型技術，包括了不同尺度的對象采集。優點是色彩、材質、影像的原真度高。主要技術難點在于：幾何形體精度較三維激光差，采集時受環境光影響較大。

（3）光柵（白光）采集與成型技術應用：利用光柵與計算機算法結合形成的幾何形體采集成型技術。優點是影像好、精度高。主要技術難點在于：僅適用于小尺度的掃描對象。

2.材料成分提取分析技術應用：材料信息的采集、提取與分析在文化遺產保護工作中有著重要意義，通過材料的研究可以判斷其成分、產地，并為復原、修復乃至斷代研究奠定基礎。常用的材料分析設備主要有光譜分析類和顯微鏡類，又分便攜型及實驗室型兩種。光譜分析類包括：X射線熒光光譜儀、紅外光譜儀、傅里葉拉曼光譜儀等；顯微鏡類則包括：偏光顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電鏡等。在實際工作中，大多通過便攜式設備快速定性檢測與實驗室設備常規定量檢測相結合的方式進行。

（二）價值保護領域相關技術應用

1.病害無損/微損檢測技術應用

文化遺產的無損/微損檢測技術是文保科學研究中重要的一個研究方向，也是保護過程中不可或缺的前期工作。快速、非/微接觸、大面積掃描、多通道、自動化是無損/微損檢測技術的優勢。在文化遺產保護的嚴峻形勢下，利用無損/微損檢測分析病害問題，不僅提高了效率，還可以最大程度的避免人為因素的干擾和影響。

以古建筑木構件的內部病害檢測技術為例。以往多采用人工目測、敲擊表面聽聲判斷的方法，受制于操作者的經驗，其結果偏差較大。運用X射線攝影雖能快速檢測內部病害狀況，但設備笨重、輻射強，現場應用困難。非金屬超聲波儀采用表面接觸式檢測，但超聲波探頭與物體間需使用耦合劑，不適用于檢測表面附著壁畫、彩繪的情況。而應力波儀和微鉆阻力儀的配合使用不僅可以對木構件內部病害狀況進行準確判斷，其數據還可用于預測木構件彈性模量、抗壓抗彎強度等力學性能，為木結構的安全性評價提供依據。

對于古建筑的磚石構件則采用斷層超聲成像儀、地質雷達、Tersis儀等，可定性及定量檢測其表面及內部的病害殘損狀況。

2.無損監測技術應用

病害監測技術是預防性的保護模式，是認識文化遺產褪變過程及時發現其安全隱患的基本方法。通過整合計算機技術、信息傳輸技術、傳感技術、數據庫技術、GIS技術、多媒體技術等手段，建立能夠完整、持續的采集傳輸相關信息數據的物聯網系統。該系統通過多種方法監測古建筑各主要結點的空間存在狀態、屬性變化，以及周邊環境的變化，如古建筑的基礎穩定性、承重結構受力、梁架結構變形、屋面外觀完整性、彩繪壁畫，包括：裂隙、沉降、石基風化、受力、開裂、蟲蛀、變形、傾斜、斷裂，彩繪或壁畫的龜裂、褪色、風化、人為損壞等。繼而應用動態有限元模型分析技術、結構損傷識別理論、智能化傳感系統和信號處理技術等。實現了監測數據（線上）診斷預警和（線下）專家處理，同時揭示出變化規律（趨勢）及形成因素，做為古建筑進一步保護措施的依據。

具體來說：監測裂隙采用光纖光柵裂隙傳感器；監測沉降采用定點式剖面沉降壓力計；監測受力采用光纖光柵應變傳感器；監測梁架變形采用光纖光柵位移傳感器；監測柱墻傾斜采用光纖光柵傾角傳感器；監測石基風化、屋面外觀和表面變化痕跡采用工業照相機；監測白蟻等蟲害采用微波雷達儀等。另外針對古建筑整體或局部沉降、位移以及材料表面殘損程度等的監測，配合三維激光掃描，依具體情況，以數月至數年一次為宜。對于古建筑材料內部病害方面的監測則配合無損/微損檢測，亦以數月至數年一次為宜。

3.修繕、加固新技術應用

修繕、加固新技術立足于古建筑的特殊性——在修復時必須最大限度地保留原有的結構和材料、工藝特征。無論是結構的補強還是材料的替換，都必須嚴格遵循這一原則。

古建筑木構件的碳纖維板微創加固技術，主要利用3毫米厚碳纖維板嵌入式技術對文物建筑的梁柱等進行加固的方法。具有較少影響古建筑的價值信息，高抗拉強度、質量輕、強度/重量比值高，修復體積小、施工作業面小、施工簡易，運輸儲存方便、易于裁剪、不易腐蝕老化等優點。

磚石構件的滲透增強或憎水技術、無損排鹽技術、無損防潮層修復技術、新型石灰基材料與修繕工藝的運用在一定程度上減少了傳統修復過程中的副作用，大大提高了修繕的質量。

以往在古建筑構件修復前，很難直觀了解修復后的效果。而借助三維數字化模擬修復技術，通過對已損壞的構件整體進行三維掃描，對缺損部分進行數字化模擬，確定合理的方案后，再結合3D打印技術實現最終的修復。

（三）價值傳播與利用領域相關技術應用

國內古建筑保護領域普遍存在著輕價值傳播和公眾教育的現象。古建筑本體、專業研究保護成果、公眾之間的割裂客觀上讓古建筑研究、保護逐漸走向小眾。因此亟待運用新的數字化技術方法來消弭這種界限，而大量的實踐探索也應運而生。

1.虛擬增強現實技術應用

虛擬增強現實技術的發展呈現出以下特點：更豐富——可以承載大數據量的顯示，最新技術已可以呈現真實尺寸數百平方公里的數據；更精細——法線貼圖、置換顯示燈技術將每一個視覺細節都可以還原至虛擬顯示系統中；更高效——圖形化交互編程系統，使大部分交互以流程圖的方式創建，制作效率大大提高。因而通過虛擬在線技術、參與度提升及激發互動模式等使得文化遺產的價值傳播更加主動，更易于為大眾所接受。

諸如投影、移動端交互、三維立體顯示等技術手段均可運用在古建筑虛擬博物館中，藉此拉近博物館、展品和公眾的距離。而體感交互技術則打破了現實與虛擬世界的最后一道壁壘，虛擬游覽、虛擬互動建造系統等寓教于樂的交互產品，極大地提升了公眾的觀覽體驗，同時也達到價值傳播的目的。

2.互聯網/物聯網技術應用

將三維激光掃描、無損/微損檢測結合BIM技術對古建筑進行原真、完整的精確建模，通過高效的算法對結構性能進行數值仿真模擬，結合實時監測，實現了動態化的古建筑安全性評估、預警以及數字化修繕，三維激光掃描、檢測、監測、修復技術在此融合。各環節的成果也將直觀的顯示在BIM模型中，通過云平臺可以在PC、游客觸摸屏、手機等媒介上實現對其的管理與宣傳教育。

應用二維碼和手機APP技術的文化遺產快速導覽系統，則實現‘了快速查詢、檢索博物館地理信息位置、展品信息等功能，并根據定位系統推送游覽路線、播放導覽語音，以很小的成本投入，即能滿足游客主動性的信息獲取。

三、結語

新科技的優勢在于其汲取了各領域最新的研究成果，而不完善之處也體現在成本較高和不甚穩定等方面，還需要通過大量的保護實踐去驗證、去修正。通過架構新的保護技術體系框架，分門別類的選擇適宜性的新技術，使其在各領域中“落地生根開花”，不失為一種可行的思路和方法。運用新科技的力量推動文化遺產保護事業發展的大方向是明確的，但還有很長的路要走，值得每一位文保工作者、管理者去探索、去思考。