數字技術在城市古建筑保護中的應用

摘 要：目前，以三維激光掃描技術、GPS技術、數字化保存技術、圖像比對技術等為代表的新興數字技術廣泛應用于城市古建筑保護領域，為古建筑的完美修復、有效保護提供了重要的技術支持。具體來說，可從三個方面入手，將數字技術應用于古建筑保護：一是創建古建筑信息數據庫，實現對古建筑信息的數字化記錄與保管；二是以新興技術為依托，實現對古建筑的數字化監管與修復；三是加強數字人才隊伍建設，提升古建筑保護質量。

關鍵詞：數字技術；古建筑；技術運用

中華文明源遠流長，智慧卓絕的中國人憑借精湛的技藝、天馬行空的想象力以及良好的審美能力打造了一座座極富古典韻味且特色各異的古建筑，為中國古建筑的發展做出了重大貢獻，同時也在璀璨的中華文明史上留下了濃重的一筆。新興技術的誕生與應用為古建筑保護提供了新的思路和方法，特別是數字技術，它們在古建筑保護中表現出廣泛的可用性，既實現了對古建筑信息的深度挖掘和全面采集，又實現了對古建筑的精準測繪與科學保護。這不僅有利于我國各地古建筑得到良好保護，而且能夠讓更多人領略到中國建筑的獨特魅力[1]。鑒于此，本文將目光聚焦于日臻成熟且應用廣泛的數字技術，針對數字技術在中國古建筑保護方面的應用展開探討，并提出具體的應用建議，以供相關行業參考。

一、數字技術與古建筑保護基本概述

縱觀分布在國內各地的古建筑，它們以木質結構為主，極易受到外界環境因素的影響，比如水火的侵害、冰霜的侵蝕，同時也容易受到各種生物的蠶食。這些因素導致古建筑的外觀日漸衰敗，內部結構穩定性也大打折扣，使其面臨著嚴峻的安全隱患。為避免古建筑因受到嚴重破壞而喪失功能，我國從古代就非常注重對古建筑的復原及修復，為此也探索出了諸多古建筑修復方法，積累了豐富的古建筑復原經驗。不過，關于古建筑修復的資料多以紙質文檔的形式進行記載和保管，而書籍本身容易受潮，難以保管，且占地空間比較大，需要花費大量的人力、財力，造成了書籍查閱效率低、保管難度大的問題。

數字技術的誕生則有效地規避了以上問題。首先，運用數字技術，能夠挖掘并搜集更多的古建筑信息，為在保護古建筑過程中做出合理決策提供了重要依據；其次，數字技術的應用便于工作人員快速、準確地檢索到所需的信息，大大提高了古建筑信息檢索效率。

二、可用于古建筑保護的數字技術

數字技術是一項與電子計算機相伴相生的科學技術，包括大數據、云計算、物聯網、區塊鏈、人工智能等技術。不同技術在古建筑保護中有著不同的應用情況，其發揮的作用也不盡相同。接下來，本文將對古建筑保護中比較常用的幾種數字技術展開介紹。

（一）三維激光掃描技術

在開展古建筑保護工作時，工作人員一般借助水準儀或鋼尺等常規工具進行測繪，不過受工具自身結構的限制，這種測繪方式不僅耗時耗力，而且難以保證獲取到的數據精準、客觀。這會影響古建筑保護工作決策的制定，也不利于達到令人滿意的古建筑保護效果。在測繪過程中，三維激光掃描技術測繪地面、墻體等優勢顯著，具體表現為：其一，適應性強，可以在各種環境下操作并應用；其二，能夠大幅度提升測繪數據的準確度，并且能夠顯著縮短測繪周期，使得測繪工作的效率與質量全面提升。工作人員將獲取到的測繪數據錄入特定的計算機系統之后，系統能夠結合已有數據，按照既定流程，自動創建古建筑三維模型，為工作人員制定古建筑保護計劃或者方案提供重要的信息支持。最關鍵的是，工作人員可以直接通過三維激光掃描技術復原已無法重返大眾視野的古建筑[2]。

（二）全站儀及GPS技術

全站儀（全稱為全站型電子速測儀）是一種集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的專用設備，其包括一個旋轉的水平圓盤和圓盤上面安裝的望遠鏡及其他測量設備。它的工作原理是通過觀察目標點并記錄儀器所在位置和角度的變化，計算出目標點的坐標和高程等重要數據。目前，全站儀在土木工程、建筑測繪、道路設計和其他需要精確測量的領域得到了廣泛應用。工作人員將全站儀應用于古建筑保護方面，可通過此設備精準測量古建筑的高度、距離、垂直角等重要數據，也能夠根據獲取的數據信息對任意一個觀測點的坐標進行快捷、準確的計算，這樣既能夠使工作人員全面掌握古建筑的形狀、大小等關鍵信息，又可以幫助工作人員繪制出古建筑的平面圖和三視圖，促使工作人員深入、準確地掌握古建筑的外貌特點及內部結構形式。

如今，GPS（全球定位系統）技術不斷成熟，其應用功能也變得越來越豐富。古建筑保護人員可通過帶有攝影設備的GPS儀器捕捉相關圖像，獲取常規手段難以獲取的古建筑信息，從而為制定嚴謹、科學的古建筑保護方案提供重要的信息依據[3]。

（三）數字化保存技術

數字化保存技術是將物理實體（如紙質文件、物理產品等）轉換為數字形式，并以電子方式存儲和管理的一種技術，主要涉及數字化轉換、數字化存儲、元數據管理等多個環節。古建筑保護人員可通過數字化保存技術掃描紙質文檔上的信息，然后將其集中轉變為便于保存和檢索的數據，這對修復和保護古建筑具有重要意義。古建筑保護人員也可以創建專門的數據庫，將所有挖掘、采集到的古建筑信息錄入數據庫，這樣一方面能夠為政府部門開展古建筑保護管理工作提供重要的信息，另一方面能夠為研究機構探索科學有效的古建筑保護方案提供重要參考，以此促使古建筑得到有效保護。

（四）圖像比對技術

圖像比對技術是一種對兩個或多個圖像進行對比并評估它們之間的相似性或差異性的技術方法。目前，該技術在模式識別、圖像處理等多個領域得到了廣泛應用。古建筑保護人員可通過此技術，將獲取到的關于古建筑形狀、顏色、紋理等的相關圖像進行集中比較，并結合比較結果給出準確、全面的評價，為創建古建筑保護方案提供重要參考依據。另外，古建筑保護人員可將不同時期拍攝的同一建筑圖像進行對比，根據對比結果評價古建筑的運行狀況，基于此，對古建筑進行針對性修復。這樣不僅有助于提升古建筑修復效率，也能夠控制古建筑修復支出，可謂一舉兩得[4]。

三、數字技術在古建筑保護中的應用建議

（一）創建古建筑信息數據庫，實現對古建筑信息的數字化記錄與保管

在數字化時代，各種層出不窮的數字技術為古建筑保護工作的開展提供了新的思路與方法。工作人員在古建筑保護過程中，可以通過各種可用可行的數字技術挖掘、搜集古建筑信息，采用專項技術構建古建筑信息數據庫，對古建筑信息進行數字化記錄與保管，以便于各部門工作人員快速、精準地調取和應用所需的古建筑信息，由此促進古建筑保護工作高效、穩妥地開展。

第一，采集古建筑數據信息。首先，通過實地調研、查閱文獻、獲取專家意見等多種方式獲得關于古建筑的數據信息，尤其是獲取更多現代技術無法挖掘和采集到的信息，比如古建筑的建造時代、建造工匠資料、建造理念、古建筑演變歷程等。其次，通過GPS技術、航拍技術、三維激光掃描技術等獲取更多關于古建筑及其周圍環境的信息，比如古建筑的剖面圖數據、內部結構數據、周邊地域地貌信息等。工作人員應盡可能通過各種手段獲取更多關于古建筑的信息，從而為后期開展古建筑保護工作夯實重要基礎[5]。

第二，創建古建筑信息數據庫。首先，需要結合建庫目的、數據內容（比如古建筑的名稱、年代、風格等）、數據特點等合理確定數據庫的結構和字段，保證收錄的古建筑信息準確而全面；其次，技術人員要根據需求選擇合適的古建筑信息數據庫管理系統，例如MySQL、Oracle等，不同的數據庫管理系統具有不同的功能和特性，技術人員可以根據具體情況進行選擇；再次，設計人員需要根據各相關部門的古建筑信息查詢需求創建表格索引，以進一步提升數據檢索的操作效率；最后，技術人員需要定期執行數據庫備份操作，防止數據丟失，同時確保備份文件的安全存儲，測試備份文件的恢復過程，以保證數據信息在刪除之后能夠成功還原。

第三，錄入并管理古建筑數據信息。首先，將采集到的古建筑信息，通過手動或者數字掃描等方式及時錄入古建筑信息數據庫，為人們了解古建筑、調用古建筑信息提供便利；其次，對數據庫進行管理和組織，增設添加、修改和刪除等基本功能，支持對數據信息進行分類和標簽等操作，并通過創建索引的方式實現對古建筑信息的精準檢索與快捷訪問；最后，加強權限管理，保障數據安全，即工作人員通過設置安全措施、設定不同身份人員訪問權限等方式，保證數據庫內古建筑信息的保密性和完整性。

（二）以新興技術為依托，實現對古建筑的數字化監管與修復

在數字技術廣泛應用的今天，將數字技術應用于古建筑保護是一種不可阻擋的趨勢。我國相關部門應以新興技術為依托，實現對古建筑的數字化監管與修復。

第一，利用圖像比對技術對古建筑進行數字化監管。首先，通過攝影設備或激光掃描儀等工具對古建筑進行掃描，獲取高質量的圖像或三維模型數據。同時，對現有數據進行圖像校正、去噪等一系列預處理，以保證數據質量。其次，根據采集到的數據構建古建筑的原始模型。對于采集到的圖像信息，可以使用計算機視覺技術進行特征提取和匹配，重建建筑的二維結構；對于三維模型數據，可以將其轉化為點云數據，并在此基礎上生成三角網格。最后，通過圖像比對技術，將古建筑的原始模型與歷史記錄或規范進行對比，檢測出可能存在的損壞、腐蝕或變形情況，基于此，明確古建筑的修復和保護重點。

第二，綜合利用新興技術修復和保護古建筑。首先，工作人員根據圖像比對結果及其掌握的專業知識，設計清晰、合理的古建筑修復方案，制定相應的修復策略和步驟，并將其記錄在數字化平臺上。其次，工作人員通過圖像處理技術，在原始模型的基礎上生成修復后的模型或渲染圖像，以可視化方式展示修復效果，便于評估修復方案的可行性和效果。再次，在對古建筑進行修復時，通過數字化監控系統進行實時監測和對比，確保修復結果與設計保持一致，并根據實際情況及時調整修復策略。最后，在古建筑修復工作完成后，把修復后的數據更新到數字化平臺上，并將其與原始數據進行對比，這樣不僅可以實時記錄古建筑的修復狀態，還能夠為未來監管和維護古建筑提供參考依據[6]。

（三）加強數字人才隊伍建設，提升古建筑保護質量

古建筑保護是一項涉及多方面工作、涵蓋多個流程、具有復雜性和綜合性特點的系統工程，其對高質量的古建筑修復及保護人才的需求比較強烈。同時，高質量的古建筑修復及保護人才也是古建筑修復工作穩步開展、實現古建筑有效保護的重要條件。因此，在新時代發展環境下，有必要加強對古建筑修復及保護人才的引入與培養，著力打造一支高水平、高素養的古建筑修復及保護隊伍，為古建筑修復及保護工作高效、有序地開展夯實基礎。

第一，明確用人標準，保障人才引入質量。相關部門在面向社會招聘古建筑修復及保護人才時，要根據古建筑復原及保護工作的性質、任務難易程度以及數字化工作需求等制定相應的人才甄選標準。首先，進行筆試，了解應聘人才的理論知識掌握情況及數字技術水平；其次，令通過筆試的人員進入面試，進一步考察其技術能力、精神風貌、價值觀等個人特質。爭取招聘到既精通古建筑修復及保護理論知識，又擅長數字技術應用的高層次人才，為后期古建筑數字化修復及保護工作有條不紊地開展提供強大的人才保障。

第二，強化培訓，提升古建筑修復及保護水平。相關部門的領導或者管理層要具有卓越的發展意識，定期加強對古建筑修復及保護人員的數字技術專項培訓，通過專家講座、技術實踐應用培訓、行業交流等多種方式，促使其在提升古建筑修復及保護水平的同時掌握更多新興技術的應用技巧和方法，從而使更多古建筑得到有效修復及保護，讓更多人領略到古建筑的內涵與魅力。

四、結語

數字技術應用于城市古建筑保護是提高古建筑保護效率與質量的重要手段。在城市古建筑修復及保護實踐中，工作人員要善于通過新興技術采集、提取和應用數據信息，結合已掌握的信息明確古建筑維護的重點，基于此，制定嚴謹可行的古建筑維護方案，促進古建筑維護工作高效、有序地開展，使更多古建筑的昔日風采得以重現。

參考文獻：

[1]汪星逸.信息科技時代下古建筑數字化保護探究[J].居業，2021（7）：136-137.

[2]李揚，王銳，劉平.結合數字化技術的古建筑保護探究：以齊齊哈爾龍沙公園古建筑為例[J].安徽建筑，2021（2）：3-5，21.

[3]李整建，李建鳳.黃河文化傳承下的河南省古建筑數字化保護[J].黃河·黃土·黃種人，2022（13）：9-11.

[4]沈佳平.數字化技術在古建筑保護中的應用探討[J].僑園，2020（2）：162.

[5]朱曉青.基于數字化建模對古建筑遺產的保護：以武威瑞安堡為例[J].智能建筑與智慧城市，2023（1）：70-72.

[6]李本建，張亦弛.數字化技術在古建筑保護中的應用：以廣西三江侗族鼓樓為例[J].住宅科技，2023（3）：57-60.

作者簡介：

劉芬妍，天津美術學院環境與建筑藝術學院碩士研究生。研究方向：風景園林藝術設計。