數字技術在建筑遺產保護領域的應用探討

章泉豐

東南大學建筑設計研究院有限公司 江蘇 南京 210000

建筑遺產是人類文化遺產中最重要的組成部分之一，它承載著人類社會的歷史、文化和藝術價值，是人類文明的重要遺產。保護和傳承建筑遺產不僅涉及到歷史文化、社會經濟、城市規劃等多方面問題，而且還直接關系到人類文化遺產的傳承和發展，具有重要的現實意義。

本文首先分析建筑遺產保護的現狀和問題，然后闡述數字技術在建筑遺產保護領域的應用，包括建筑遺產數字化技術、建筑遺產信息管理系統、建筑遺產保護修復技術和建筑遺產監測與管理系統。接著，本文選取三個具有代表性的案例，分別從建筑遺產數字化保護、建筑遺產智能數據庫系統和建筑遺產損傷診斷技術方面闡述人工智能在建筑遺產保護中的應用。最后，本文展望人工智能在建筑遺產保護領域的未來發展，包括數字化保護可持續性、深度學習和增強學習以及智能感知和決策等方面。

1 建筑遺產保護現狀分析

1920年國際聯盟LON組織將文化遺產的定位從“國家層面”提升到了“國際層面”。從而發布了《雅典憲章》（1933年8月）、《馬丘比丘憲章》（1977年12月）、《北京憲章》（1999年6月），并提出了“家園城市”“生態城市”“可持續城市”的理念[1]。

現代技術手段的應用對于建筑遺產保護至關重要。許多國家都采用了高科技手段來保護和修繕歷史建筑遺產。例如，意大利的比薩斜塔在修復時使用了3D打印技術，還利用了振動監測儀器來檢測地震對建筑的影響。日本的松本城也使用了3D打印技術來復原歷史建筑的雕塑和裝飾。此外，一些國家還利用了數字技術來實現對歷史建筑的數字化保護，如美國的史密森尼學會和法國的盧浮宮博物館等。然而，技術手段的應用仍然存在一些問題。一些國家缺乏先進的技術手段，無法對歷史建筑遺產進行高效的保護和修繕。同時，一些技術手段的應用也存在著不足和局限性。

建筑遺產保護的管理體系和市場化問題是各國共同面臨的問題。缺乏有效的管理體系和監督機制，使得歷史建筑遺產的保護難以落到實處。此外，一些地區也存在著將歷史建筑遺產市場化的問題。有些歷史建筑被改建成商業化的場所，導致其文化價值被忽視，甚至受到損害。

2 數字技術在建筑遺產保護領域的應用

2.1 建筑遺產數字化技術

建筑文化遺產（以下簡稱“建筑遺產”）的數字化, 體驗設計依托于其文化基因進行開發，研究遺產本體的歷史文化，從中提取圖像文本、信息符號、語境內涵等內容，并結合用戶需求進行設計，在遺產價值、保護、傳播層面發揮其力量[2]。

建筑遺產數字化技術是一種將現有的物理建筑遺產轉化為數字模型的過程，這種數字模型可以被用于保存和傳承建筑遺產的文化價值，并且可以方便地進行保護、修復和研究。在建筑遺產保護領域中，激光掃描技術、建筑遺產三維重建技術和建筑遺產虛擬現實技術等數字化技術已經得到了廣泛應用。

激光掃描技術是一種高精度的三維掃描技術，可以通過激光測量設備對建筑物進行快速、準確的測量和記錄。該技術可以生成高精度的數字模型，為建筑遺產的修復和保護提供重要的數據支持。例如，在北京故宮的修繕中，激光掃描技術被用于對建筑物進行掃描和記錄，生成了高精度的數字模型，為修繕工作提供了重要的數據支持。

建筑遺產三維重建技術是一種將建筑遺產轉化為數字模型的技術，通過對建筑遺產進行掃描、測量和模擬，可以生成高精度的三維數字模型。該技術可以為建筑遺產保護和修復提供重要的數據支持，并且可以方便地進行文物數字化、展覽和研究。例如，在上海豫園的保護和修繕中，建筑遺產三維重建技術被廣泛應用，對豫園的建筑和景觀進行了數字化重建，為保護和傳承豫園的文化價值提供了重要的支持。

建筑遺產虛擬現實技術是一種將數字模型呈現為虛擬現實的技術，可以為建筑遺產保護和傳承提供新的方式和手段。例如，在西安大雁塔的文物保護和展示中，建筑遺產虛擬現實技術被廣泛應用，通過將大雁塔的數字模型呈現為虛擬現實場景，為觀眾提供了更加直觀、沉浸式的文化體驗[3]。

2.2 建筑遺產信息管理系統

建筑遺產信息管理系統是建筑遺產數字化技術的重要組成部分，它可以幫助管理和組織建筑遺產信息，提高信息共享和保護。建筑遺產信息管理系統包括建筑遺產文檔管理系統、建筑遺產智能數據庫系統和建筑遺產知識圖譜系統。

建筑遺產文檔管理系統是一種用于管理建筑遺產相關文檔的軟件系統，包括文獻、圖片、音頻和視頻等多種類型的文檔。該系統可以對文檔進行分類、索引、檢索和管理，方便用戶查找和獲取相關信息。此外，該系統還可以實現文檔的數字化、在線存儲和共享，避免了傳統的紙質文獻管理方式存在的信息孤島問題。例如，英國牛津大學和劍橋大學合作開發的建筑遺產文檔管理系統“Building Archive”就提供了一個完整的建筑遺產文檔數字化和管理的解決方案，為保護建筑遺產提供了有力的支持。

建筑遺產智能數據庫系統是一種利用人工智能技術對建筑遺產信息進行分類、索引、歸納和分析的軟件系統。該系統可以自動化地處理和分析建筑遺產信息，提高信息處理的效率和準確性，幫助管理者更好地了解和保護建筑遺產。例如，北京大學建筑與城市規劃學院的專家們開發了一個基于人工智能的建筑遺產智能數據庫系統，該系統可以自動識別、分類和整理建筑遺產信息，并提供相關的建筑歷史、文化背景等信息，方便用戶更好地了解建筑遺產[4]。

2.3 建筑遺產保護修復技術

建筑遺產保護修復技術是保護建筑遺產的重要手段之一。在數字化技術的幫助下，建筑遺產的損傷診斷、修復方案生成以及修復質量評估等方面得到了顯著的提升。

建筑遺產作為具有歷史、文化價值的文物，其保護工作需要先對其現狀進行損傷診斷。傳統的損傷診斷方式主要是基于人工的方式進行，需要專業人員通過目視、觸摸等方式進行觀察，并手工繪制草圖和照片。這種方式耗費時間、成本高，同時也存在主觀性和誤差性。而基于數字化技術的損傷診斷技術則能夠實現自動化和智能化的損傷診斷，提高損傷診斷的準確性和效率。針對建筑遺產損傷機理研究分散和不深入的問題，從領域層面對遺產損傷機理研究進行系統整合，建立全面系統的遺產損傷機理數據庫，涵蓋不同遺產類型和不同損傷類型的機理信息。同時還要結合建筑遺產性能提升的需求和現有研究空白，完善損傷機理研究的類型。通過現場實驗、環境模擬、測試分析、監測等對遺產損害進行微觀、局部和整體分析，調查損害因素和損傷漸變全過程[5]。

以北京頤和園為例，該建筑遺產采用了激光掃描技術進行損傷診斷。頤和園面積廣、建筑眾多，傳統的人工損傷診斷方式難以全面、高效地完成損傷診斷工作。而采用激光掃描技術，可以快速獲取頤和園內所有建筑物的三維點云數據，并進行三維重建和損傷診斷。這樣，可以在較短的時間內完成頤和園的損傷診斷工作，提高保護工作的效率和準確性。

2.4 建筑遺產監測與管理系統

建筑遺產的保護不僅僅是修復工作，還需要對其進行監測和管理，以確保其長期的保護。人工智能技術在建筑遺產監測和管理方面也有著廣泛的應用。本部分將介紹建筑遺產監測與管理系統中的三種典型技術：建筑遺產安全監測系統、建筑遺產使用管理系統和建筑遺產維護管理系統。

建筑遺產監測原則本體模式的來源可以分為三方面內容：一是建筑遺產保護的理念和原則；二是監測方法所涉及的標準規范，如監測點的布設、監測頻率、監測范圍等監測要求；三是監測指標的標準規范。完備和精準的監測指標是建筑遺產監測的理想狀態，也是該領域研究的重點與難點之一，目前研究尚不夠充分[6]。

建筑遺產安全監測系統主要基于物聯網技術，采用傳感器、攝像頭等設備對建筑遺產進行實時監測，可以檢測建筑物的傾斜、裂縫、震動、溫度、濕度等參數，并將數據傳輸至云端進行分析和處理，一旦發現異常情況，系統將自動報警。該系統在維護建筑遺產安全方面具有重要作用。

建筑遺產的使用管理是保護建筑遺產的重要環節，不僅可以延長其壽命，更可以充分發揮其文化和經濟價值。建筑遺產使用管理系統是通過對建筑遺產進行全面的管理和監督，保障建筑遺產的合理使用和開發。

3 數字技術建筑遺產保護案例分析

在建筑遺產數字化保護方面，法國的圣彼得教堂是一個很好的例子。該教堂建于13世紀，是世界文化遺產，也是法國重要的宗教建筑之一。隨著時間的推移，圣彼得教堂出現了許多問題，例如建筑物的腐蝕、墻體的開裂和頂部的脆弱性等等。為了保護這一重要的文化遺產，圣彼得教堂管理委員會采用了激光掃描技術和建筑遺產三維重建技術來數字化保護教堂。

在智能數據庫系統中，故宮博物院是一個典型的例子。作為中國最著名的古建筑群之一，故宮博物院是一座擁有數百年歷史的宮殿建筑群，保存了豐富的文化和歷史遺產。然而，由于其規模和歷史的悠久性，故宮博物院的建筑和文物管理面臨著許多挑戰，如對文物、建筑結構和環境的保護、管理和維護等。為了解決這些問題，故宮博物院利用人工智能技術開發了一個智能數據庫系統。

故宮博物院智能數據庫系統的核心是建筑物信息管理系統，該系統包括建筑物模型、文物模型和空氣質量模型等。這些模型可以幫助故宮博物院管理人員更好地了解建筑物和文物的狀態，并采取相應的保護措施。此外，該系統還可以分析和管理博物館的各種數據，如博物館的訪客信息、文物的屬性、建筑物的歷史和狀態等信息。

福建土樓是中國閩南地區特有的一種民居建筑，被譽為中國南方傳統建筑文化的瑰寶。這種建筑在設計和建造過程中充分考慮到了防御和防災的需要，因此具有很強的抗震、防火、防盜等能力。但隨著時間的推移和人為因素的影響，福建土樓的一些損傷問題也日益凸顯，例如龍門土樓、南靖土樓等。

針對福建土樓的損傷問題，目前已經應用了許多建筑遺產損傷診斷技術，以期對土樓的保護和修復提供有效的科學依據。其中，無損檢測技術是比較常用的一種方法，可以對建筑物內部結構和材料的狀態進行檢測，而不會對建筑物本身造成任何破壞。

在福建土樓的保護和修復工作中采用了多種無損檢測技術，包括X射線無損檢測技術、超聲波無損檢測技術、電磁波無損檢測技術等。這些技術可以快速、準確地檢測出福建土樓中的潛在問題，為修復工作提供科學依據。

4 數字技術在建筑遺產保護領域的未來展望

建筑遺產保護是一個重要的文化遺產保護領域，數字技術的發展不斷提高了建筑遺產保護的效率和精度，同時也為未來的建筑遺產保護提供了更多的可能性。下面將從三個方面展望數字技術在建筑遺產保護領域的未來發展[7]。

4.1 建筑遺產數字化保護可持續性

建筑遺產數字化保護技術的應用可以讓建筑遺產的傳承與保護工作更加高效、便捷、可持續。建筑遺產數字化保護是將建筑遺產轉化為數字形式并儲存于云端，能夠實現遺產信息的長期保存、快速檢索以及傳播。同時，數字化技術的應用還能夠提高文物保護工作的效率，加快遺產保護領域的現代化進程，確保建筑遺產的長期保存。隨著數字技術的不斷進步，未來建筑遺產數字化保護技術的應用將更加普及和完善，為建筑遺產保護提供更加可持續的解決方案。

4.2 人工智能在建筑遺產保護中的深度學習和增強學習

人工智能技術在建筑遺產保護領域的應用已經越來越廣泛，深度學習和增強學習技術的應用將進一步提升建筑遺產保護的效率和準確性。通過大數據的收集、整理和分析，建立建筑遺產信息的數據庫，對建筑遺產進行多層面的分析和探究，從而更好地理解建筑遺產的歷史和文化背景。深度學習和增強學習技術還可以用于建筑遺產的自主識別和分類，大大提高了建筑遺產保護的效率。未來，隨著人工智能技術的不斷發展，建筑遺產保護工作將更加便捷和高效。

4.3 人工智能在建筑遺產保護中的智能感知和決策

人工智能在建筑遺產保護中還有一個重要應用方向，就是通過智能感知和決策來提高保護的效率和精度。智能感知是指利用傳感器和智能化設備對建筑遺產進行實時監測和數據采集，以便更好地了解建筑遺產的狀態和情況。而智能決策則是指基于采集到的數據和現有的知識，利用人工智能技術做出最優化的保護決策。

5 總結

本文通過介紹數字技術在建筑遺產保護領域的應用，包括建筑遺產數字化技術、建筑遺產信息管理系統、建筑遺產保護修復技術、建筑遺產監測與管理系統和人工智能在建筑遺產保護領域的應用案例，探討了數字技術在建筑遺產保護中的重要作用。