2000-2018年GIS在我國建筑遺產保護中的研究述評

張慧，劉晶晶/ZHANG Hui, LIU Jingjing

建筑遺產作為地方文化的重要載體，既是歷史留存下來的物質資產，也是未來發展的文化資源。本文所論述的建筑遺產包括以下幾個方面：文化遺址，歷史性建筑物、構筑物及與之密切相關的附屬設施，歷史街區，歷史文化名城、名鎮、名村。GIS即地理信息系統（Geographic Information System或 Geo-Information system）,是指在計算機軟硬件支持下，對整個或部分分布在地表空間的地理數據進行采集、留存、管理、運算、分析和顯示的技術系統。GIS被應用于建筑遺產保護，使得建筑遺產保護成效大大提高。

1 GIS在國外建筑遺產保護中的應用發展

1963年，加拿大測量學家湯姆林森（R.Tomlinson）首先提出并建設了世界上首個地理信息系統——加拿大地理信息系統（CGIS）。1992年開始的“世界的記憶”項目代表著GIS首次應用于建筑遺產保護領域。當時，柬埔寨政府在聯合國教科文組織的幫助下，以GIS為平臺，以空間數據庫為核心，以GPS（Global Positioning System）、RS（Remotine Sensing）等測繪定位技術為輔助手段，建設了一個集農業、水利、公路和旅游等因素的綜合考古、人文、環境科學等各個領域的空間管理系統，在整合數據的基礎上對吳哥窟古跡進行綜合性的保護規劃。隨后，泰國素可泰、越南順化古城、墨西哥瑪雅文化遺址等都相繼建成了相關建筑遺產保護與管理的信息系統。

自1992年GIS首次應用于建筑遺產保護至今，其功能由應用于一次性規劃發展到建立可持續發展動態更新的信息管理系統；其對象由歷史文化名城和歷史街區細入到歷史建筑；其使用范圍由個別單位項目到實現大眾共享[1]。

2 GIS在國內建筑遺產保護中的應用發展

2.1 相關論文統計分析

21世紀初，GIS開始應用于我國建筑遺產保護，比西方晚了將近10年。但近年來，隨著國內對建筑遺產保護的重視，相關研究也日漸增多。本文主要以CNKI（中國知識基礎設施工程）網絡出版總庫為基礎，檢索2000-2018年關于GIS在我國建筑遺產保護中應用的論文，得出檢索結果（表1）。涵蓋以GIS以及建筑遺產（以建筑遺產為研究對象）、文化遺址、歷史建筑（以建筑單體為研究對象）、歷史街區、歷史文化名城、歷史文化名鎮、名村1）為主題的文章作為樣本進行統計分析。

（1）論文研究主題統計分析

對不同主題的論文進行統計分析發現，GIS在我國建筑遺產保護中的研究主要集中于歷史建筑、歷史街區和歷史文化名城3個方面，建筑遺產和文化遺址方面的研究相對較少，歷史文化名鎮、名村兩個方面的論文數量總和為41篇（圖1）。

（2）論文發表年份統計分析

對檢索到的論文的發表年份進行分析，發現2000年以來，GIS在我國建筑遺產保護中應用的論文數量增加迅速，從2016-2018年1月份兩年零一個月的論文已有58篇，呈逐年增長的趨勢（表2）。

（3）論文研究地域統計分析

經統計，GIS在我國建筑遺產保護中應用的地域范圍主要集中在華東、華中和西南地區，華北地區居中，東北和西北地區研究相對較少，而華南地區尚未發現研究案例（表3）。

表1 GIS在國內建筑遺產保護領域應用研究論文數量統計

表2 論文發表年份統計分析

1 文章數量分布統計

共中19篇近10年發表于北京大學《中文核心期刊要目總覽》來源期刊和CSSCI 中文社會科學引文索引來源期刊（含擴展版）的論文、12篇博士論文和19篇被引用次數超過5次的碩士論文以及11篇被引用或下載次數破百的近10年會議論文；研究樣本數共61篇，占31.9%。

2.2 相關論文研究內容

GIS在我國建筑遺產保護中的應用是從敦煌和故宮開始的。2000年，敦煌研究院與美國梅隆基金會合作成立敦煌莫高窟“數字化洞窟”（“虛擬石窟”）項目。同年底，中國故宮博物院和日本凸版印刷株式會社合作組建了文化資產數字化研究所。隨后，陜西省文物局和秦兵馬俑博物館相繼在秦始皇陵區的資源管理研究中引入GIS。以清華大學和同濟大學為代表的各大高校也對GIS在我國建筑遺產保護領域的應用進行研究并取得了階段性成果。

根據建筑遺產保護過程從記錄、保護到展示特性，將GIS在我國建筑遺產保護領域的應用劃分為4個階段，分別是：以圖形圖像等形式對空間數據采集和留存的數據采集留存階段；以信息系統、管理平臺、評價體系等的建設與實現為主的數據庫設計建構階段；以分析功能和技術應用為主的數據庫應用階段；以信息可視化、多媒體展示為主的展示傳播階段[2]。

（1）數據采集留存階段

建筑遺產保護最關鍵、最基礎的環節是全面采集和留存真實數據，相應的數據采集和存儲技術經歷了從紙質資料到數字化發展的過程，當前GIS在我國建筑遺產保護領域的數據采集留存階段的研究主要集中于數字化信息采集、記錄、管理和表達，部分應用研究見表4。

數字化信息采集是指運用相應的技術記錄和采集建筑遺產現有的和待獲取的基本信息。張瑩瑩等[3]因地制宜，將低空攝影測量和GIS結合，運用于西藏建筑遺產測繪中，并驗證其適用性。

信息的記錄、管理和表達主要通過建立建筑遺產檔案系統來實現。天津大學吳蔥等[1,4-5]分別從信息記錄、管理手段和表達方式3個角度出發，在對記錄數據使用者進行詳細的需求分析和對測繪基本方法和技術進行評估和歸納的基礎上，結合具體實例，借助GIS與網絡平臺建設了一個面向建筑遺產研究的信息管理系統。

（2）數據庫設計建構階段

建筑遺產空間數據庫既是數據采集留存的目的，又是數據庫應用的基礎，它是鏈接基礎數據和分析應用的重要支撐。空間數據庫的形成需要經歷設計和建構兩個階段。GIS在建筑遺產數據庫設計建構階段的研究主要集中于保護管理和規劃系統、價值評估體系、災害監測和資源管理系統的設計和建構幾個方面，部分應用研究見表5。

新型測繪儀器的運用，為建筑遺產空間數據庫的建立提供了更準確更科學的基礎數據。陳云波[6]結合三維激光掃描技術，建設了歷史文化名城保護規劃空間數據庫；周華偉等[8]利用三維激光掃描點云數據處理技術，將基于GIS的管理信息系統應用于歷史建筑。

表3 GIS在我國建筑遺產保護方面應用的文章地域范圍統計

表4 數據采集留存階段文章匯總分析

按照國家法定的文物評價標準，對建筑遺產的價值進行科學的歸納整理，以建設建筑遺產信息系統。楊瑞霞[9]以鄭韓故城為例建設了河南省不可移動文物資源管理系統；胡最等[10]以湖南省汝城金山村為例建設了傳統聚落景觀基因組圖譜；包瑞清[11]運用編程，建設了風景園林地理信息系統。陳靖敏[12]通過合理選區評價因子，建設了歷史街區社會網絡綜合評價體系；鄭曉華等[13]引入文化、景觀等因素，建設了南京三條營歷史建筑價值綜合評估體系。

我國建筑遺產數量巨大，文化底蘊深厚，保護規劃與管理是與時俱進的重點。溫曉蕾[14]從歷史街區信息資源自身的特點入手，基于ArcGIS Engine建設了歷史街區保護管理信息系統；徐蘇斌等[15]以天津為例，建設了工業遺產保護管理數據庫；王瞳等[16]建設了泉州歷史文化名城高度控制體系；鮑梓婷[17]建設了珠三角景觀規劃管理體系。

近年來，互聯網與GIS的結合，為損壞防范難度高的建筑遺產的實時監測提供支持。趙慶雙[18]提出一種基于WebGIS的歷史街區各類空間數據和非空間數據查詢、更新的資源管理信息系統，對損壞歷史建筑的客觀因素如雨量、水位和氣候等進行檢測。

（3）數據庫應用階段

數據庫應用即在矢量數據及屬性數據采集的基礎上，利用空間分析技術開展數據處理、信息提取、時空分析，構建具有不同空間尺度的三維模型，通過搭建具有管理、分析、監測等功能的信息平臺，進而達到輔助決策的目的。GIS在我國建筑遺產保護領域的數據庫應用研究主要集中在數據處理、保護規劃、保護管理、災害監測和輔助決策5個方面，部分應用研究見表6。

2000年，聯合國教科文組織以提高中國文化遺產保護規劃與管理水平為契機，與東南大學建筑學院合作成立GIS中心，并率先在歷史文化名城和歷史街區保護中運用GIS；近幾年來，東南大學胡明星等[22]通過南京歷史文化名城、鎮江西津渡歷史文化街區和南閣歷史文化名村等多個實例研究開發出基于GIS的保護管理信息系統，將GIS應用于現狀資料的調查、采集、錄入、存貯、分析及輔助規劃編制、管理和控制全過程。

GIS以其在空間分析方面的優勢，已被廣泛應用于建筑遺產的聚落形態、空間分布和時態演變等方面。如王琳等[23-24]對內蒙古赤峰市境內不同時期的文化遺址設計建構空間數據庫并進行聚落形態分析；方永恒等[25]基于GIS研究文化遺址園區空間分布；竇銀娣等[26]以湖南省傳統村落為例，運用GIS進行空間可達性分析。除此之外，方琰等[27]利用GIS對長江三角洲進行旅游開發適宜性評價研究。

GIS在建筑遺產保護規劃和保護管理方面的應用，歸根結底是為了輔助決策。如牛海灃等[28]探索歷史文化名村空間數據庫建設路線，用于歷史文化名村規劃信息的深度分析、高效管理和便捷交流；李果[29]以傳統聚落景觀特質為切入點，建設空間數據庫，輔助規劃決策；李日生[30]通過建構惠州市歷史文化名城信息管理系統，輔助研究保護規劃編制方法。

表5 數據庫設計建構階段文章匯總分析

表6 數據庫應用階段文章匯總分析

表7 數據展示傳播階段文章匯總分析情況

3.4 展示傳播階段

全面生動地展示建筑遺產、傳播文化元素，是建筑遺產保護和傳承的重要環節。建筑遺產的數據信息來源豐富、種類多樣、專業性強，這對數據管理、分析和共享提出了很高的要求，WebGIS模式為建筑遺產數字化保護提供了全新的解決方案。GIS在我國建筑遺產保護領域的數據展示傳播研究主要集中在建筑遺產三維重建模型的虛擬展示方面，部分應用研究見表7。

西北大學張慧[50]將三維激光掃描、GIS和VR等技術結合設計并實現小雁塔和西漢張安世古墓群的三維古遺址虛擬漫游系統；北京建筑大學劉昊[51]將BIM和GIS融合，實現BIM模型在GIS環境下的展示共享。

3 結語與展望

目前GIS在我國建筑遺產保護中的研究已經取得了階段性成果，主要呈現以下幾個方面的特征：

（1）GIS在我國建筑遺產保護中的研究主要集中在歷史建筑（以建筑單體為研究對象）、歷史街區、歷史文化名城和歷史文化名鎮、名村4個方面，建筑遺產（以建筑遺產為研究對象）和文化遺址兩個方面的研究相對薄弱。

（2）GIS在我國建筑遺產保護中應用的地域范圍呈現或過于集中或過于分散，主要集中在華東、華中和西南地區，而華南地區未發現研究案例。

（3）GIS在我國建筑遺產保護中的研究主要集中在數據庫的設計、建構和應用階段，數據采集留存和數據展示傳播階段的研究明顯不足。

（4）關于數據庫的設計、建構和應用，現有的研究主要集中在建筑遺產的數據處理、保護管理、保護規劃和價值評估幾個方面，資源管理、災害監測和旅游開發等方面的研究較少。

（5）GIS在我國建筑遺產數據管理與處理方面，多局限在簡單分析，協助制定保護決策階段。

總的來說，GIS在我國建筑遺產保護中的研究處于探索階段，現有的研究只能作為建筑遺產保護領域的階段性研究成果，缺乏包含數據采集留存、數據庫設計、建構和應用以及展示傳播4個階段的系統性研究和實踐。鑒于此，今后應重點開展以下研究：

（1）首先應考慮以建筑遺產作為研究對象，進行具有規范性和適用性的整體性研究，其次也應對細致的建筑單體類遺產進行探索。

（2）地域方面可以具有標志性地形特征的山川、河流為基礎范圍，歸納整理建筑遺產特征，形成國內系統性串聯式空間數據庫。

（3）建立數據存貯、錄入的規范和標準，對不同來源、不同特點的建筑遺產數據信息在格式、質量等方面進行統一處理。

（4）對GIS在建筑遺產保護領域的應用方法進行系統性研究并付諸實踐。

（5）針對不同類型、不同區域、不同特點的建筑遺產，應著力采取不同的研究方法，探討出更多的保護形式和更新手段。

綜上所述，2000-2018年，GIS在我國建筑遺產保護中的研究雖然取得了一定的成果，并建立了相應的理論與技術體系，但在研究深度和廣度上還有待提高，建立統一的數據交互標準以及建立健全的系統性研究模式是亟待解決的問題。

注釋

1）由于歷史文化名鎮和歷史文化名村的論文多為共同研究，故以歷史文化名鎮、名村為共同論述對象。