建筑文化遺產中木構架建筑的系統保護決策方法

張雨清 楚超超 周曉鋒

摘要：本論文提供了一種建筑遺產中木構架古建筑的保護決策方法，針對木構架古建筑保存年限較短、剛度、硬度、穩定性較弱需要進行定期保養與修繕而提供的一種普適的建筑文化遺產中木構架古建筑的保護系統方法，為建筑文化遺產中木構架古建筑的修繕提供決策依據。

關鍵詞：顯性信息;隱性信息;數據庫;決策評價

1 研究背景

我國是一個具有數千年歷史的文明古國，在大江南北遺存有大量的古代木構架古建筑。對于木構架古建筑的保護，正是我國近幾十年來大力開展并重視的領域。對于保護的技術，已經形成一套較為系統的古建測繪、復原設計、施工修復的工程鏈。在信息時代之前的一套系統不能做到自動化實時監測且人為干預過多等方面原因并不能正確保護修復這些木構歷史建筑，造成了地域建筑文脈，歷史風味的遺失。同時，過于單一而重復地修復修建技術手法，也使得各個施工項目的為拼工作量爭相模仿與錯誤的效仿，不能有效地與當地的地理人文環境相結合，使得修復的歷史建筑區域未能合理的使用，或發揮應有的積極作用。

2 問題分析

目前我國木構架古建筑保護所面臨的問題有：

2.1 信息匱乏：對于建筑文化遺產中的木構架古建筑只存在“顯性信息”的認識，信息搜集沒有系統化。只是停留于認識木構架古建筑的平面、立面與剖面結構。對于單體木構架古建筑所包含的“隱形信息”沒有進行深度挖掘。所謂的建筑“隱性信息”是指作人文信息，具有外延性，是構成建筑價值的重要內容。分為兩大類別，至少包括歷史社會信息、文化藝術信息。

2.2 沒有完善的監測系統：木構架古建筑存在易腐蝕、剛度小、易損害等問題。且如果在問題出現初期不能及時采取維護修繕措施會導致建筑整體結構的損壞，更有可能到不可修復的程度。因此對建筑文化遺產中木構架古建筑的實時監測是有必要的。而現在的木構架古建筑保護大多秉持“加固縫補”的原則，沒有起到治病治根的效果。

2.3 修復模式單一固化：傳統木構架古建筑的修復方法認為古建筑的修繕“能支頂的就支頂，能加固的就加固，只要不塌不漏，能不動的就不動，能不修的就不修，能不換的就不換”。這種主張顯然不符合我國木構架古建筑的具體情況和修繕規律。對于年久失修、損壞嚴重的木構架古建筑盡管眼下還沒有倒塌，不等于數年之后不會倒塌。這些嚴重損壞的構件就像是一座隨時爆發的火山坍塌只是時間問題。由此可見傳統的修復模式沒有有效的劃分建筑破損等級，也沒有“對癥下藥”采取行之有效的修繕措施。

2.4 修繕沒有遵循一定的規律：木構架古建筑經常性的保護修繕，是適合中國木構架古建筑的修繕規律和修繕方法，是從古到今都在嚴格遵循的唯一正確的原則。進行木構架古建筑修繕的目的就是為了使木構架古建筑“延年益壽”，使它的藝術價值，歷史價值與科學價值一代代傳承下去。三年一小修，十年一大修木構架古建筑的修繕要有時間規律性。不能在建筑快要坍塌的臨危之際才意識到修繕的重要性，那已經為時已晚了[1]。

因此在信息技術高速發展的今天，如何打破傳統固化單一的木構架古建筑保護決策方法，將信息技術融入木構架古建筑保護中，形成高效率、系統化的木構架古建筑保護決策方法是我們亟待解決的問題。

3 信息處理的手段

為了解決技術問題，本論文采取的技術方案是：一種建筑文化遺產中的木構架古建筑的保護決策方法，至少包括如下步驟：

步驟一、基于視覺三維重建的古建筑模型生成方法以及建筑構造測繪方法獲取木構架古建筑的顯性信息，所述顯性信息至少包括：木構架古建筑的平面信息、立體信息、剖面信息、構造信息和材質參數，根據顯性信息構建木構文物建筑保護監測系統;

通過查閱文獻資料與田野調查搜集木構架古建筑本身存在的隱性信息，所述隱形信息至少包括木構架古建筑的構建朝代信息、構建所在地環境信息、歷史修繕信息及其蘊含的文化、科學與歷史信息，將木構架古建筑的隱形信息進行系統整合，從地域、時間和主題特色三方面分析木構架古建筑的文化價值、科學價值和歷史價值，運用層次分析法，建立木構架古建筑的保護等級決策機制，將木構架古建筑的顯性信息、隱形信息和保護等級進行數字化保存和歸檔，構建木構架古建筑的信息數據庫[2];

步驟二、依托數據庫利用木構文物建筑保護監測系統對木構架古建筑進行顯性信息的實時采集及錄入，對顯性信息進行信息管理分析，評估木構架古建筑的量變信息以及輸出需要維護的結構與節點;

步驟三、根據木構架古建筑的量變信息對木構架古建筑的結構或節點進行破損程度的分類與分析，結合信息數據庫中的木構架古建筑的保護等級，輸出木構架古建筑的修復方式以及其所對應的信息數據庫中的顯性信息以及隱性信息，根據修復方式以及其所對應的信息數據庫中的顯性信息以及隱性信息對木構架古建筑進行修復保護[3]。

3.1 建筑文化遺產中木構架建筑

3.1.1 信息搜集

3.1.1.1 顯性信息：平面、里面、剖面、節點詳圖;建筑裝飾及構建樣式;溫度、濕度、沉降偏移;木構建筑結構類型;木構建筑構造方式;建筑的組成部分。

3.1.1.2 隱性信息：木構架建筑修建的朝代;歷代的維繕維護信息;木構架建筑的禮制等級;地理人文環境;陰陽風水觀念。

3.1.1.3 建筑文化遺產木構架建筑數據庫。

3.1.2 木構件建筑實施監測系統：信息采集;信息管理;信息輸出。

根據輸出信息進行預警。

3.1.3 破損類別的分析與根類：輕度破損，中度破損，重度破損。

3.1.4 根據破損類別制定維繕方案：保養性修復;維修性修復;落架大修。

4 具體實施措施

建筑文化遺產中木構架古建筑的信息大體可以分為兩大類：可以肉眼所見和測量所得的顯性信息;通過文獻搜集資料查閱以及歷史推演所得的隱形信息。由此將木構架古建筑通過顯性信息和隱形信息進行轉譯，這兩類信息的疊加就是一個完整意義上的木構架古建筑[4]。

為了高效、系統地對建筑文化遺產中木構架古建筑進行保護，如圖1所示，本發明提供一種建筑文化遺產中的木構架古建筑的保護決策方法，至少包括如下步驟：

步驟S1：基于視覺三維重建的古建筑模型生成方法以及建筑構造測繪方法獲取木構架古建筑的顯性信息，所述顯性信息至少包括：木構架古建筑的平面信息、立體信息、剖面信息、構造信息和材質參數，根據顯性信息構建木構文物建筑保護監測系統。

基于視覺三維重建的古建筑模型生成方法，1）獲取不同視角的古建筑圖像;2）對古建筑圖像進行特征提取，并進行特征匹配;3）根據特征匹配的結果，計算圖像拍攝時刻的攝像機相對位置姿態和古建筑稀疏三維點云;4）根據圖像拍攝時刻的攝像機相對位置姿態和古建筑稀疏三維點云，利用圖像面片匹配獲取古建筑稠密三維點云;5）根據古建筑稠密三維點云，生成古建筑三角面片模型;6）利用古建筑三角面片模型，根據三維點與圖像的匹配關系，計算紋理映射并生成古建筑三維模型，即可獲取木構架古建筑的立體信息和部分構架信息，通過建筑構造測繪方法，獲取木構架古建筑的平面信息、剖面信息、部分構架信息和材質參數。建筑的構架信息至少包括屋頂，斗拱，墻身，門窗，柱子，臺基等各部分的樣式以及尺寸、彩畫紋飾;材質參數至少包括木材種類、腐蝕程度等等。在建立數據庫時可在信息項中進行適當的增加。

通過查閱文獻資料與田野調查搜集木構架古建筑本身存在的隱性信息，所述隱形信息至少包括木構架古建筑的構建朝代信息、構建所在地環境信息、歷史修繕信息及其蘊含的文化、科學與歷史信息，將木構架古建筑的隱形信息進行系統整合，從地域、時間和主題特色三方面分析木構架古建筑的文化價值、科學價值和歷史價值，運用層次分析法，建立木構架古建筑的保護等級決策機制，將木構架古建筑的顯性信息、隱形信息和保護等級進行數字化保存和歸檔，構建木構架古建筑的信息數據庫。

所述層次分析法的標準分析步驟是：把決策問題按照總目標、子目標、評價標準直至具體措施的順序分解為不同層次的結構，然后利用求判斷矩陣特征向量的方法，求出每層次的各元素對上層次某元素的權重，然后利用加權和的方法遞階歸并，求出各方案總目標的權重，越重要的因素權重越大，權重值最大者即為最優方案，反映了木構架古建筑的文化價值、科學價值和歷史價值很重要，按照權重值排在前百分之四十的木構架古建筑界定為優先級，其余界定為一般級，層次分析法是現有技術，在此不具體敘述。

步驟S2的具體過程是：

（1）將信息采集頻率分為一次性測定、周期性檢測或者持續實時監測，其中，一次性測定和周期性檢測的信息專業的檢測機構獨立檢測，最終將這些信息按照規范的數據格式錄入木構文物建筑保護監測系統;使用數字化傳感器自動采集長期實時監測的信息，并通過數據接口錄入木構文物建筑保護監測系統;

（2）信息管理分析首先根據采集到的不同類別的數據結合相關專業知識進行必要的預處理，預處理得出標準的、能準確反映監測信息的數據，將預處理后的數據以合適的數據類型放到相應數據庫表中，之后進行數據的統計分析，結合相應古建筑專業保護知識及相關法律建立數字化的模型;數字化模型的建立與起初數據庫中的模型進行比對，從而評估木構架古建筑的量變信息以及輸出需要維護的結構與節點。

步驟S3：根據木構架古建筑的量變信息對木構架古建筑的結構或節點進行破損程度的分類與分析，結合信息數據庫中的木構架古建筑的保護等級，輸出木構架古建筑的修復方式以及其所對應的信息數據庫中的顯性信息以及隱性信息，根據修復方式以及其所對應的信息數據庫中的顯性信息以及隱性信息對木構架古建筑進行修復保護。

所述步驟S3的具體過程是：

（1）根據木構文物建筑保護監測系統輸出的木構架古建筑的量變信息對木構架古建筑的結構或節點進行破損程度的分類與分析，破損程度分為三種狀態：“輕度破損”狀態、“中度破損”狀態和“重度破損”狀態;

（2）結合信息數據庫中的木構架古建筑的保護等級，輸出木構架古建筑的修復方式，保護等級分為：優先級和一般級;

對于保護等級為優先級的木構架古建筑，對應的修復方式如下：

“保養性”修復，對于被判定為“輕度破損”狀態的木構架古建筑進行的是“保養性”修復，建筑修繕是經常性的，尤其是保養性的歲修工程幾乎每三年一次;

“維修性”修復，對于被判定為“中度破損”狀態的木構架古建筑對木構件殘缺或者遺失部位進行原形制、原材料、原做法、原工藝進行認真修復，科學復原依然有科學、文化和歷史價值;

“落架大修”，對于被判定為“重度破損”狀態的木構架古建筑進行拆修大木重新蓋造;木構架古建筑的模數化便于木構架古建筑進行解體修繕;同樣進行原形制、原材料、原做法、原工藝進行認真修復，科學復原依然有科學、文化和歷史價值;

對于保護等級為優先級的木構架古建筑，對應的修復方式如下：

對于被判定為“輕度破損”狀態的木構架古建筑不進行“保養性”修復;

“維修性”修復，對于被判定為“中度破損”狀態的木構架古建筑對木構件殘缺或者遺失部位進行原形制、原材料、原做法、原工藝進行認真修復，科學復原依然有科學、文化和歷史價值;

“落架大修”，對于被判定為“重度破損”狀態的木構架古建筑進行拆修大木重新蓋造;木構架古建筑的模數化便于木構架古建筑進行解體修繕;同樣進行原形制、原材料、原做法、原工藝進行認真修復，科學復原依然有科學、文化和歷史價值。

5 結語

綜上所述，對于建筑文化遺產中木構架古建筑的保護需要進行：一、對建筑文化遺產中現存的木構架古建筑進行主體顯性信息與隱性信息的采集，根據隱性信息評估期價值，并決策其保護等級，建立數據庫。二、依托數據庫利用木構文物保護監測系統對木構架古建筑進行實時信息采集、信息管理分析和信息輸出。三、對木構架古建筑的破損程度進行分類分析。四、根據建筑破損程度及數據庫中采集的信息進行修繕。本發明是針對木構架古建筑保存年限較短、剛度、硬度、穩定性較弱需要進行定期保養與修繕而提供的一種普適的建筑文化遺產中木構架古建筑的保護系統方法，為建筑文化遺產中木構架古建筑的修繕提供決策依據。

參考文獻：

[1]陳明孝， 古建筑數字化保護關鍵技術探討. 遺產與保護研究， 2018.

[2]路楊， 呂冰與王劍斐， 木構文物建筑保護監測系統的設計與實施. 河南大學學報（自然科學版）， 2009. 39（3）： 第327-330頁.

[3]王樹魁等， 基于現狀三維GIS的南京城市設計綜合管理平臺研究及建設. 測繪通報， 2018（12）： 第138-143頁.

[4]丁輝， 文物建筑歷史信息的構成及保護， 2007， 太原理工大學. 第 87頁.

作者簡介：張雨清，1994.11.17，男，江蘇鹽城，學生（蘇州科技大學，建筑系研究生）研究方向：建筑歷史與遺產保護;

通訊作者1：楚超超，1978.11，女，漢，河南，副教授，研究方向：建筑歷史與遺產保護;

通訊作者2：周曉鋒，1978.10，男，漢，江蘇鹽城，河海大學 納米功能材料研究 教師，副教授，研究方向： 納米功能材料研究。

本文受江蘇省住房和城鄉建設廳科技項目“江蘇省地域建筑特色傳承研究”資助。