數字化技術在歷史文化街區保護中的應用
——以黃山市屯溪老街為例

劉仁義，張馨月，張笑笑

引言

歷史文化街區作為地域文化的集聚地和載體，其風貌環境、歷史建筑和生活信息的歷史真實性是歷史文化街區保護傳承的重點與難點。我國的歷史文化街區保護工作鮮有標準統一、范圍全覆蓋與可持續更新的實例，海量的信息無法有效整合與應用。因此利用數字技術對街區的歷史文化資源進行動態化、精細化、系統化的管理工作具有顯著的實踐意義。

安徽省黃山市屯溪老街是首批中國歷史文化名街，其實施保護工作較早，但仍存在復雜的產權關系與多方博弈的格局，使得傳統保護方式難以為繼。不同損壞程度的古建筑保護修繕需要極高的精度與相當高的專業技術和知識儲備，傳統保護方式已無法滿足歷史文化街區保護管理與日俱增的技術性需求與歷史文化資源的展示需求。

近年來，將數字技術應用于歷史文化遺產保護傳承已逐步成為業內關注的重點。數字技術能夠精準、詳實地記錄古建筑的信息，為歷史文化街區保護提供數據支撐。

1 數字技術與數字化保護

1.1 數字技術

數字技術，是一項伴隨著電子計算機產生的科學技術。它是指通過特定的設備將圖、文、聲、像等不同種類的信息轉化為計算機可識別的二進制數字后進行運算、加工、存儲、傳送、傳播、還原的一類技術。

數字技術較早應用于文物保護，近年來數字技術在文物保護方面的介入提升了對文物空間形態記錄的精準度，為預防性保護的應急預案提供了信息支撐。歷史文化街區保護領域的數字技術探索與實踐，主要包括廣泛應用于測繪的三維激光掃描及數字建模技術、有效支撐安全評估與預防性保護的信息監測技術、推動街區文化展示傳播的虛擬漫游及交互等技術。

測繪技術的革新促使信息采集工作更高效地進行。無人機傾斜攝影技術和運動圖像三維場景重建技術的迅猛發展，推動了古建筑測繪從建筑單體逐漸拓展到建筑群、村落甚至城鎮，解決了大型線路遺產跨度大、成果需求復雜、測繪難度高等傳統測繪手段難以解決的問題。同時，數字技術提高了建模的精度和完整度，支持三維瀏覽及數據測量，構建保護對象的空間數據庫是信息處理的基礎。將采集的海量信息系統地分析、歸納與整合并錄入空間數據庫，為后期的直觀展示、安全評估與預防性保護提供數據支撐。

1.2 數字化保護

數字化保護是我國近年來在館藏文物預防性保護過程中提出的新概念，即對可移動文物信息進行全方位采集、存儲與保護，使其以實體和數字兩種方式并存，并為文物本體的長期保存及保護方案的制定提供科學的數據支撐。數字博物館作為數字化保護可移動文物的主要應用形式，現階段的建設以館藏為主要展示資源，數字技術的多樣性特點在藏品管理與展示形式上得到了充分的展現。

不可移動文物的數字化保護采用基于三維數字化掃描技術的VR、720云和360°全景技術。國內最早利用數字化技術保護不可移動文物的實踐見于各大石窟，其中敦煌石窟和云岡石窟數字化保護成果最為顯著。山西省在建立古建筑彩塑壁畫數字化保護標準案例時，使用了全面的數字化建模方法。

數字化保護技術當下廣泛應用于文物保護單位和博物館的資源管理中。我國在探索數字博物館領域已有先驅。“數字故宮” “數字敦煌” “圓明園虛擬游園系統”等綜合性數字化拓展應用的出現，旨在通過VR(虛擬現實技術)及AR掃描識別技術布設一系列數字展示場景實現對文物的保護管理。

1.3 研究現狀

我國數字化發展經歷了從追隨到引領的過程。美國副總統戈爾于1998年提出“數字地球”的概念，國內學者認識到“數字化”戰略對我國信息化建設及各領域可持續發展的必要性。1999年首屆國際“數字地球”大會提出若干數字化建設的新概念。2000年，國家測繪局提出未來測繪系統應以構建“數字中國”框架為主線開展工作，海南、湖南、山西、福建已各自立項啟動“數字城市”工程。同年，“21世紀數字城市論壇”提倡政府聯合數字領域人才推動中國“數字城市”進程。2012年，全國已有270多個地級市推進數字城市建設，其中125個已建成并應用，并且其資源于60多個領域協同應用。

基于我國數字革命的時代背景，歷史文化街區的數字化保護與應用進入探索階段。2015年上海工程技術大學鐵鐘發布學術論文，試圖通過移動式交互展示平臺展現出歷史街區的文化特質，對處于建筑情境中的個體進行交互式體驗設計，發掘石庫門的文化特質并將其融入具有地方性特色的文化創意產業。2016年，合肥蕪湖路宋文化歷史街區的數字化導覽系統為游客提供了新穎的參觀體驗。同年，李碧紅對武漢市曇華林歷史街區進行“動漫”趣味導游系統設計，并利用三維數字技術對街區進行數字化分析。2018年，廣州市規劃部門將南華西街歷史文化街區內的41條傳統街巷搬運至數字平臺，探索歷史文化街區精細化、動態化的管理。

在歷史文化街區遺產保護領域，數字博物館作為我國可移動文物保護、管理及展陳的主要形式，現階段的建設以館藏為主要展示資源，數字技術的多樣性特點在藏品管理與展示形式上得到了充分的展現。相關案例還有應用VR技術展示的廣州陳家祠精美磚雕；應用VR模式開展線上360°數字導覽的寧波天一閣、浙江舜王廟等；應用AR掃描識別技術構建的魯迅博物館數字化展示系統等。

然而，我國歷史文化街區保護的數字化實踐仍存在些許不足。由于數字化技術在國內歷史文化街區保護領域尚處于探索階段，鮮有參考價值較高的數字化保護及信息管理應用案例，可依據的理論及實踐基礎較為薄弱。同時，由于古建筑測繪存在覆蓋范圍廣、調研測繪難度大、房屋產權關系混雜等現實因素，信息采集及實地測繪等基礎工作任務繁重，信息采集的全面性與精確性得不到完全的保障，未能實現歷史文化街區信息的全覆蓋。

2 歷史文化街區保護數字化體系的建立

2.1 信息管理平臺的建立

歷史文化街區保護數字化體系的建立基礎是信息管理平臺。結合數字技術進行信息采集與數據處理，最后建立基于數據庫的歷史文化街區信息管理平臺。平臺經過功能模塊的拓展與融合，形成一套系統性和動態性的歷史文化街區數字化保護體系，以此對歷史文化街區進行保護、監管和展示。

2.1.1 基礎信息采集

建立健全的歷史文化街區保護數字化體系，首先需對歷史文化街區的大量資料進行分類收集與分析解讀，形成對其歷史背景、空間特色和文化內涵系統的理解。在此基礎上開展基礎信息采集工作（圖1），通過無人機傾斜攝影、三維激光掃描、點云數據三維建模、大規模入戶普查、傳統建筑測繪及虛擬現實技術等方式來記錄歷史文化街區的整體格局、歷史風貌、歷史沿革與保護規劃、建筑現狀與產權歸屬（圖2）、歷史文化遺產等。

圖1 信息采集工作

圖2 屯溪老街房屋產權統計歸類

2.1.2 多源數據處理

“多源數據處理”旨在對采集的信息進行統一分析、歸納與存儲。多源信息經數字化轉換成為可存儲和傳輸的數據，依據建筑功能、形式、空間等特征對其進行分級、分類式的分析歸納，再存儲入數據庫的類型庫中。

處理后的信息能夠直觀且多樣地展示歷史文化街區的傳統歷史風貌與人文特色。平臺支持歷史文化街區的360°實景漫游，宏觀收錄了歷史文化街區的歷史沿革、保護規劃及相關學術文獻；微觀儲存了街區內的古建筑名錄，根據相應的門牌號檢索古建筑單體的三維模型、二維測繪圖及影像信息。在屯溪老街古建筑細部構件庫（表1）中獲取建筑墻頭、匾額、雀替、掛落、門窗、欄桿、欄板及立面模式等細部信息。

表1 屯溪老街古建筑細部構件庫

2.1.3 空間數據庫構建

歷史文化街區信息管理平臺的構建總體上分為數字建模、數據庫搭建與計算機系統運行維護三部分。通過無人機傾斜攝影等現代測繪技術對歷史文化街區進行數字建模，并同步構建由基礎資源數據庫與管理應用數據庫共同構成的歷史建筑信息化管理體系（圖3），其中包含歷史文化街區基礎信息庫、建筑細部構件庫、建筑模型庫等不同層級的空間數據庫。最后將數字模型與詳細信息“融合”處理后，系統化錄入相應的空間數據庫中。

圖3 歷史建筑信息化管理體系

歷史文化街區信息管理平臺不僅是歷史文化遺產的信息庫，而且是一種交互體驗式的數字化創新展示平臺，旨在依托其數字化基礎，以“數字云”方式展示、傳播文化，發揮其宣傳優勢。其動態化、多元化與可持續性等特點是單一儲存功能的傳統數據庫不可比擬的。該信息管理平臺的建構（圖4）是對歷史文化街區保護新途徑的一種嘗試，是探索數字時代遺產保護的新視角。

圖4 平臺構建流程及設計框架

3 屯溪老街保護更新的數字化實踐

屯溪老街作為中國保存最完整、最具南宋和明清建筑風格的古代街市之一，極具保護價值。作為中國首批歷史文化街區，其保護工作自1984年開始，具有啟動早、規劃編制早、法治建設早、保護榮譽多等特點（圖5）。屯溪老街數字化保護全面建立“一房一產”的數據庫，記錄建筑的位置、面積、年代及現狀，應用數字技術對屯溪老街建筑信息進行分析處理。

圖5 屯溪老街保護現狀分析

3.1 平臺構成設計

根據不同的應用特性，屯溪老街信息管理平臺分別從功能和結構進行設計。基于功能設計，平臺由輸入數據、輸出數據、刪除建筑、查詢建筑、信息瀏覽五部分構成；基于結構設計，平臺由屯溪老街基礎信息、文獻資料、三維測繪成果、二維測繪成果、建筑影像信息、細部構件信息組成（圖6）。

圖6 數據庫構成

屯溪老街信息管理平臺的設計框架根據使用權限分為公共展示、內部管理兩大板塊。一方面向公眾提供查詢、展示動態數據等服務，一方面便于管理者上傳數據與更新。

3.2 平臺展示模塊

屯溪老街古建筑信息管理平臺的街區實景漫游界面能通過多源信息的獲取與解讀，讓需求者綜合感知街區傳統風貌，查閱歷史建筑的二維、三維信息。提升公眾認知傳統文化的參與感，推動全社會“自下而上”參與屯溪老街的保護。

3.3 平臺管理模式

屯溪老街信息管理平臺支持建筑信息的即時上傳與動態更新，優于傳統的靜態存儲式數據庫，具有快捷的建筑信息查詢、刪改、上傳及下載等管理功能。通過高亮框選三維場景中任意建筑并命名，再上傳圖文影像等“多維”且“多源”的信息（圖7）。錄入信息后可通過門牌檢索功能或實景選擇建筑來查詢相應的古建筑，后期維護時可以隨時進行刪改與下載等操作。歷史文化街區信息管理平臺能夠及時為區域內損毀古建筑的修補與復原提供詳細完整的數據與數字模型，為古建筑的資源動態管理、質量監控評價提供高效便捷的技術支撐。

圖7 屯溪老街“多源”信息展示

4 歷史文化街區信息管理平臺應用拓展

4.1 街道風貌控制

城市和歷史文化街區是保護與發展的辯證統一，是整體保護和整體性設計的有機結合。在開展歷史文化街區古建筑保護修繕時，需要考慮其帶給街道風貌乃至整個城市的影響。

空間數據庫作為歷史文化街區信息管理平臺的核心，其建立了兼顧保護和發展的建筑立面標準模式和導則成果形式（圖8），利用其可開展更便捷的街道風貌控制工作。數據庫內收錄了沿街店鋪的建筑構件模式庫，平面、立面和剖面類型庫以及部分文保單位和歷史建筑的模型庫。建立在形態學和類型學基礎上的城市設計方法，體現了屯溪老街基于數據庫保護和規劃的基礎調研工作的細致和深化程度。在對老街古建筑進行保護性修繕時，依據不同的保護等級、建筑性質、修繕標準以及不同歷史地段和空間節點等特點,制定出若干種包含標準立面形式、材料、色彩及做法的保護更新方案，在不破壞歷史風貌及環境協調性的基礎上供業主選擇。

圖8 屯溪老街建筑“立面模式”庫

4.2 街區更新再現

基于三維模型，遵循城市內在秩序及街區原有肌理，靈活整改街道“壞死組織”，模擬街巷空間微更新設計以提升整體環境。通過在原場景中以新模型“置換”舊模型的方式（圖9），上傳手工模型并使其與三維場景相融合，該平臺支持模型再編輯，以輔助古建筑的更新。

圖9 屯溪老街街道空間及建筑管理界面

通過選擇性的保護性修繕處理好新舊關系，維持歷史文化街區處于“平衡代謝”的狀態。數據庫提供的真實數據作為實現歷史文化街區“更新再現”的有效支持，進一步應用于街道風貌綜合整治工作。

4.3 預防性保護

歷史文化街區的預防性保護是基于信息管理平臺的動態數據庫對歷史文化街區及其古建筑進行有效的管理、監測與評估工作，最大程度上減少可能對歷史文化街區造成損壞的因素，并形成一套有效的歷史文化街區監控預警機制。根據特異性設定不同應急機制的“觸發點”并轉化為特定的“數字語言”，必要時統一對歷史文化街區內的瀕危歷史建筑及文物進行保護性修繕，實行“預防性保護”先行，以實現歷史文化街區保護的防微杜漸，并達到長久保護歷史文化街區及其古建筑、歷史文物和檔案的目的。

4.4 虛擬現實展示

在文化資源傳播層面，虛擬現實可以實現沉浸式體驗和全視角觀察，同時具備交互功能，甚至能夠走進歷史文化街區的深巷，推開歷史建筑的門。虛擬現實表現等數字化手段促進了歷史文化遺產展陳形式創新與交互設計發展，有利于平臺內公共資源實現跨學科、多領域的開放與共享，激發了街區創意產業的興起和街道活力的可持續再生。文化遺產通過虛擬展示，其鮮活的表現提升了大眾的社會參與感，逆向推動了歷史文化街區的“數字重生”，這些都將成為我國歷史文化街區保護、監管與展示工作強有力的支撐。

5 結語

歷史文化街區被賦予深刻的歷史、文化內涵，記載了巨量的歷代社會、文化、科技等信息。在移動數字文化沖擊傳統文化的社會背景下，唯有提升文化遺產傳承方式的社會性與全民性，才能可持續地傳承其“正脈”。

數字化的普及使文化遺產保護的責任從政府和專業技術部門延伸至社會各領域。建設歷史文化街區信息管理平臺旨在形成“自上而下”與“自下而上”持續性均衡互動的機制，通過信息化手段對歷史文化街區進行建筑資源管理及古建筑的保護利用，提升相關部門的整體管理水平。數字化手段最大程度適應了國家對保護歷史文化街區復雜且多樣化的政策環境與需求。在文化遺產監管與保護層面，數字化手段為歷史文化街區信息管理平臺的功能構建與拓展提供了豐富的可能性；為歷史文化街區傳統風貌維護及環境整治提供新思路，推動了歷史文化街區預防性保護系統的發展。

在未來大數據、云管理與可視化技術日益成熟的背景下，數字技術可有效應用于歷史文化街區遺產價值評估、保護管理規劃、建筑修繕方案擬定、文化遺產展陳交互設計、數字展館及智慧導覽系統建設等方面，數字化技術的普及將促使歷史文化街區在信息時代與網絡經濟中實現“數字重生”。