山西省傳統村落數字化保護現狀探析及對策研究

荀歡歡，姬慧 （太原學院建筑工程系，山西 太原 030001）

1 山西省傳統村落特點

1.1 數量多，地域特色明顯

山西省傳統村落數量龐大，類型豐富。中國傳統村落名錄自2012年到2018年先后公布的五批中，山西省共550處，占比全國傳統村落近八分之一。在地質地貌、氣候水文、傳統文化、經濟社會發展等因素的共同作用下，呈現出獨特的地域特色。

1.2 建筑形制豐富，空間布局多樣

晉中地區大型宅院建筑以磚木結構瓦房為主，樓房和窯洞也較為常見，窯洞有靠崖窯和錮窯兩種。晉北地區民居建筑質樸實用、造價較低，單層房屋以普通平頂房、單層瓦房、石頭房為主，墻體較厚，以利保溫御寒，窯洞主要有靠崖窯和窯上房，樓房在晉北一帶較為罕見。晉東南地區民居建筑的主要形式為磚木結構的樓房，窯洞建筑在這一地區主要表現為靠崖窯和黑磚石錮窯，此外還有石頭房和以鵝卵石、陶坯等為主要材料的建筑。晉南地區的傳統建筑有窯洞和瓦房。

1.3 非遺數量巨大，歷史文化厚重

數千年積淀的黃河文化孕育了地域特色濃厚的黃土地民族文化。截止到2017年，山西省非物質文化遺產名錄公布五批，共計754項，包含民間文學、傳統手工技藝、民間美術、傳統戲劇、曲藝等項目。

2 山西省傳統村落的保護現狀和問題

傳統村落是物質遺產和非物質遺產相互依存的復雜綜合體，建筑遺產是村落中最重要的物質遺產。結合山西傳統村落數字化保護的現狀，本文以傳統村落中歷史建筑的數字化保護為重點研究對象。

2.1 村落空間衰敗

2.1.1 村落主體建筑衰敗

山西傳統村落的建筑以磚木結構為主，多數建筑的形制、采光、通風、排水等功能已衰退，大多居民離開舊宅，遷居新村；或對老宅隨意改造，拆舊建新，都在一定程度上加劇了主體建筑的衰敗。

2.1.2 村落公共空間衰落

村落的公共空間是傳統村落的“社區活動中心”，承載著婚喪嫁娶、交易、聚會等公共活動的功能。這類公共空間衰落的主要原因是城鎮化進程下居民外遷，村落和建筑使用率下降，村落“空心化”所導致。

2.1.3 村落生態環境遭到破壞

作者對部分傳統村落實地調研顯示，多數傳統村落存在住宅、工業、商業等功能分區不合理的現狀，用地混雜、污染源較多、居民環境意識淡薄等因素，給傳統村落的保護和發展造成較大的威脅。

2.2 村落保護手段落后

2.2.1 村落保護，規劃模式單一

目前，對于我省傳統村落的保護規劃，存在借用和照搬歷史文化名城和歷史文化街區的傳統保護措施，村落地域特色沒有被充分挖掘，造成了古村落“千村一面”的錯覺。

2.2.2 村落保護，專業人才短缺

村落建筑保護需要建筑學、規劃學、考古學、計算機科學等學科協同合作，目前專業人才缺失，跨學科融合和系統化研究運用到傳統村落保護中迫在眉睫。

2.2.3 村落保護，技術亟待提高

基于數字技術的傳統村落保護方式，能夠充分發揮系統工程、數據科學、信息管理等專業的協調作用，具有重要的實踐意義。

3 山西省傳統村落數字化保護現狀分析

3.1 我國傳統村落數字化保護現狀

3.1.1 數據采集

利用平面掃描、遙感技術、三維激光掃描記錄村落空間、民居建筑、文物遺產；運用攝錄技術采集村落中的非物質遺產。

3.1.2 信息加工

借助地理信息技術的空間分析功能，為傳統村落保護中的規劃理念、空間設計提供決策支撐；運用3D建模工具對村落建筑進行模型構建，對于受損建筑的修繕和預防性保護有非常重要的意義。

3.1.3 展示傳播

經過信息加工后的古建筑模型導入虛擬軟件，對模型進行優化處理，生成與傳統村落現實空間相匹配的虛擬場景。

3.1.4 集成應用

結合數據采集、激光掃描、虛擬現實、3D打印等技術，形成了傳統村落數字化保護鏈條。

3.2 山西省傳統村落數字化保護現狀

2017年，中國傳統村落數字博物館建設正式啟動，村落數量共計376個，分布在31個省份。2018年4月，第一批中國傳統村落上線，山西16個村落入選；2019年，山西38個村落入館；截止到2020年，山西入館村落共50個。

調研發現，山西大多數傳統村落的保護由于缺乏對于新的信息技術的開發及利用，導致規劃成果和保護內容多局限于平面，保護過程的信息斷層，使用維護階段的信息流失，使得傳統村落保存的信息不夠完整，保護體系不夠完善。因此，探索傳統村落保護發展中數字化技術保護模式架構是一個具有理論和實踐意義的緊迫課題。

4 山西省傳統村落數字化保護的對策

4.1 注重傳承創新，重建鄉土文化

傳統村落中蘊含著豐富的傳統習俗、建筑技藝、生活方式，需要通過一代代人薪火相傳，將這些優秀的傳統價值觀傳承下去。在城鎮建設對村落文明強勢沖擊的今天，需要我們根據社會和時代的要求，在繼承鄉土文化的過程中不斷創新，利用新的保護理念、規劃策略、科學技術和信息技術等手段重建與當代社會發展相適應的現代傳統村落文化。

4.2 重視理論研究，科學編制規劃

結合實地調查研究和山西省傳統村落的保護現狀，建議構建“政產學研用”協同聯動模式。由政府主導、多學科（建筑學、社會學、歷史學、考古學、測繪學、計算機信息科學等）專家合力，利用信息技術，助力我省傳統村落保護學理研究，加強對傳統村落的戰略規劃、制度機制、政策舉措的研究。

4.3 利用信息技術，探索村落歷史建筑保護數字化模式

我國傳統村落數字化保護現狀資料數據顯示：近年來，相關領域針對數字化保護紛紛展開了理論研究，有的省份在信息采集、存儲、加工、展示等技術層面已經取得了較為豐碩的成果。

我國擁有七千年農耕文明史，疆域遼闊、民族眾多，文化各異。探索基于山西省地域文化、建筑特色的傳統村落數字化保護模式迫在眉睫。

5 山西省傳統村落的數字化保護模式探究

5.1 傳統村落歷史建筑數字化保護系統

傳統村落歷史建筑數字化保護體系，將空間掃描、數字建模、虛擬技術應用于歷史建筑保護中，有助于促進我省傳統村落歷史建筑數據庫的建設、多維數據采集、空間數據分析、科學保護規劃、建筑虛擬呈現以及智能修繕管理的協調發展；有助于促進基于建筑信息模型（BIM）的計算機科學、建筑學、測繪學等多門學科的融合，給傳統村落保護帶來新的技術手段。

5.2 傳統村落歷史建筑云平臺

傳統村落信息大數據來源于物理空間，主要包括村落選址布局、空間格局、歷史建筑、遺跡遺存、古樹名木等相關數據。需要通過“互聯網+現場勘測”進行數據的采集，將所獲得的數據進行分類管理，并與云服務平臺對接，通過平臺的查詢系統，可以快速有效地搜索和提取各個數據對象。

構建云平臺的目的是搭建一個開放的大數據云服務系統。利用平臺動態收集的海量文字、圖片、音像資料以及相關文獻、手繪、人工測繪等基本資料，開發對村落相關數據信息進行有效搜集、整理、保存、分類、標引、整合以及檢索、分析、挖掘的數據管理系統和信息檢索系統，形成村落信息資源庫。然后采用數據分析和挖掘技術，對資源信息進行深度分析，提取有價值的信息，為當地居民、社會大眾提供信息服務；為構建歷史建筑空間數據庫和專業技術人員、專家學者深入研究提供專業知識服務。

5.3 傳統村落空間數據庫

傳統村落空間數據庫應包括村落地理信息數據庫、建筑模型信息數據庫、維修歷史檔案庫三大部分。

地理信息數據庫的建設，通過ArcGIS、RS、GPS 等空間分析工具，結合地理學知識實現目標地塊的輸入、存儲、查詢、分析和顯示功能。GIS系統還可以結合測繪數據進行地形模擬分析，分析目標地塊的坡度、坡向、高程、山影以及地塊剖切面的高程與坐標變化情況。

建筑信息模型庫的建設依托BIM平臺關聯相關的模型信息數據，主要分為三個部分：第一部分是建筑的三維模型制作，包括數字化模型建筑群、建筑單體和建筑構件，建立準確的基于地形和空間環境的建筑空間定位、建筑結構；第二部分是建筑模型的渲染工作；第三部分是虛擬場景呈現。

基于BIM技術的維修歷史檔案庫，可以實現歷史建筑的日常運維和修繕管理。利用BIM技術記錄建筑物的歷史檔案資料，將建筑和構件的日常維護綜合數據進行邏輯關聯，為建筑物綜合信息協同處理提供服務。

空間數據庫的建設為村落場地模型的建立、工程管線改造、合理規劃、建筑物保護以及后期虛擬場景的模擬，提供準確的數據，為山西省傳統村落的合理開發、利用和保護提供參考。

5.4 傳統村落歷史建筑虛擬現實系統

三維激光掃描技術的發展為建筑信息模型的構建和歷史建筑保護，提供了強大的技術支持。技術路徑為：掃描位置的選定—獲取三維點云數據—Scanwbrks軟件識別掃描定標求—選定視景范圍—精度掃描—Parser拼接點云數據—PolyWorks融合點云數據—完成模型初步構建。所獲得的數字模型可對接 CAD、SketchUp、Revit、Rhino 建模軟件進行模型的二次處理，最后可導入虛擬現實平臺，整個過程實現了傳統村落的全面數字化。

虛擬現實系統，可以導入測繪數據、三維激光掃描數據、建筑信息模型數據。本文以MARS虛擬現實平臺為例，研究傳統村落歷史建筑虛擬現實系統的實現路徑。MARS程序支持SketchUp、Revitt和Rhino文件直讀，可直接導入skp、3dm和fbx等格式的模型，插件中提供了豐富的模型資源，可對場景模型進行實時更新。支持高程圖導入，結合測繪數據進行地形雕刻功能，在虛擬程序中生成基礎地形，并可以對地形和材質進行修改，配合VR設備實現沉浸式歷史建筑虛擬體驗，支持多人異地共享，測量、標記，利用Venus生成全景二維碼，給村落的展示和傳播帶來了極大的便利。

5.5 傳統村落歷史建筑監測預警系統

BIM技術應用到傳統村落歷史建筑的修繕中，對建筑進行參數化建模，記錄、儲存建筑構件的連接方式、材料特征、工藝做法等數據，還可以對數字監測中殘損的構建進行修補或更換，對殘損嚴重的建筑進行大規模修繕或復原。

BIM技術還可運用到歷史建筑修復施工和監理方面中，可對材料分類管理、施工人員調配、技術交底等問題，提出更加優化地解決方案。

運用BIM技術，構建歷史建筑自動檢測與預警體系，實現遠程無人值守精確監控。根據歷史建筑和構件的評估類型，設置關鍵監控節點—部署傳感器—鏈接BIM模型—設置屬性預警值，進行有效的安防和消防管理。

5.6 傳統村落規劃設計輔助系統

基于地理信息技術、BIM建筑技術和歷史建筑監測技術的歷史建筑大數據和云平臺，為傳統村落規劃設計、建筑遺產保護提供支持；為政府及相關管理部門及時掌握歷史建筑現狀，提供動態資料。有利于提高傳統村落保護規劃制度的科學性、綜合性和合理性，促進我省傳統村落歷史建筑保護的信息化。

6 結語

構建基于BIM技術的山西省傳統村落數字化保護模式，不僅是科技和文化的融合、變革，更能有效地喚醒民眾的文化自覺和文化自信，保留傳統文化的獨特性，保持村落文化延續性，實現傳統村落保護的創新性和可持續性。