數字技術在建筑遺產保護領域的應用探討

摘 要：隨著科技的快速發展，數字技術為建筑遺產保護領域帶來了前所未有的機遇。本文首先分析了建筑遺產保護領域的現狀，探討了應用數字技術的重要性，并詳細闡述了數字技術在建筑遺產保護中的實踐應用，包括數字化掃描、重建與模擬，搭建信息化管理系統，數字化修復，以及搭建數字化監測系統等，并對未來數字化技術在建筑遺產保護領域中的應用進行展望，以期為建筑遺產的保存、修復、管理和監測提供有力支持。

關鍵詞：數字技術；建筑遺產；遺產保護；應用探討；數字修復文章編號：2095-4085（2024）06-0001-03

0 引言

建筑遺產是人類文明的重要載體，具有不可估量的歷史、文化和藝術價值。但由于自然侵蝕和人為破壞，許多建筑遺產正面臨著嚴重的保護問題。建筑遺產保護是一個全球性的問題，根據國際古跡遺址理事會（ICOMOS）的數據，全球有超過1 000處被列為世界文化遺產的建筑遺產。然而，由于自然侵蝕和人為破壞，這些建筑遺產每年都會遭受不同程度的損失。以中國為例，中國是世界文化遺產數量最多的國家之一，截至2022年，中國已有56處世界文化遺產。然而，由于城市化進程的加快，許多歷史建筑被拆除或改建，導致文化遺產的喪失。據統計，自2000年以來，中國已有近10處世界文化遺產因各種原因被除名。幸運的是，數字技術的創新發展為建筑遺產保護提供了全新的視角和方法，如何高效利用數字技術開展建筑遺產保護，已經成為建筑遺產保護領域亟待解決的問題。

1 建筑遺產保護領域現狀分析

當前，建筑遺產保護領域面臨諸多挑戰和問題。首先，許多建筑遺產由于年代久遠，自然侵蝕和人為破壞嚴重，保存狀況堪憂。這為保護工作帶來了巨大的難度，需要耗費大量的時間和資源進行修復和加固。其次，隨著城市化的進程，一些建筑遺產面臨著被拆除或改造的風險。由于經濟利益的驅使或城市更新的需要，一些有價值的歷史建筑被拆除或改變原貌，導致珍貴的歷史文化遺產遭到破壞［1］。此外，保護技術手段的不足也是當前存在的問題之一。盡管科技的發展為建筑遺產保護提供了更多的可能性，但目前仍存在技術瓶頸和限制。傳統的保護方法往往缺乏科學依據和數據支持，導致保護效果不盡如人意。同時，公眾參與度低也是當前建筑遺產保護領域面臨的問題之一。建筑遺產保護不僅需要政府和專業機構的努力，更需要廣大公眾的參與和支持。目前公眾對建筑遺產保護的認知度和參與度普遍較低，缺乏有效的宣傳和教育措施。

2 建筑遺產保護領域中應用數字技術的重要性

隨著科技的飛速發展，數字技術已經滲透到各個領域，為現代社會帶來了前所未有的變革。在建筑遺產保護領域，數字技術的應用同樣具有深遠的意義和重要性。傳統的建筑遺產保護方法往往依賴于人工測量、手繪圖紙等，不僅效率低下，而且精度難以保證。數字技術的引入可以大大提高保護的效率和精度。通過三維掃描、激光測距等技術，可以快速、準確地獲取建筑遺產的三維數據，為后續的保護工作提供精確的基礎數據［2］。其次，數字技術不僅可以獲取建筑遺產的三維數據，還可以通過圖像處理、數據分析等技術，提取出更多的信息。如通過分析建筑材料的成分、結構等，可以了解建筑的原始工藝和歷史背景；通過監測建筑的環境參數，可以及時發現潛在的保護問題。這些信息對于研究者和管理者來說具有重要的價值，可以為其提供更加全面和深入的了解。此外，數字技術還可以通過虛擬現實、增強現實等技術，為公眾提供更加直觀、生動的建筑遺產展示方式。公眾可以通過這些技術，身臨其境地感受建筑遺產的歷史和文化魅力，從而提高他們的保護意識。同時，數字技術還可以為公眾提供參與保護的平臺和機會，如通過社交媒體、移動應用等，讓公眾參與到建筑遺產的保護和監督中來。最后，數字技術的應用還推動了建筑遺產保護領域的跨學科合作和國際化交流。數字技術涉及到計算機科學、數學、物理學等多個學科領域，需要不同領域的專家共同合作。同時，數字技術的應用也為不同國家和地區的建筑遺產保護提供了共同的語言和平臺，促進了國際間的交流和合作［3］。

3 數字技術在建筑遺產保護領域中的實踐應用

3.1 建筑遺產數字化掃描、重建與模擬

隨著數字化技術的不斷發展，建筑遺產保護領域也開始廣泛應用數字技術。其中，數字化掃描、重建與模擬技術的應用，為建筑遺產的保存和保護提供了全新的手段。首先，數字化掃描技術是利用激光掃描儀等設備，對建筑遺產進行高精度的數據采集。這種采集方式不僅速度快、精度高，而且可以獲取建筑遺產的全方位數據。通過這種方式，可以獲得建筑遺產的詳細三維點云數據，這些數據包含了建筑的結構、紋理、顏色等各方面的信息［4］。例如，在北京故宮的修繕保護工作中，就引入了激光掃描技術，借助激光掃描技術對建筑物，進行掃描和記錄，借此生成高精度的數據模型，為后續建筑修繕提供了數據支撐。其次，數字化重建技術則是基于掃描獲取的數據，利用三維建模軟件進行建筑遺產的三維重建。通過這種方式，可以將建筑遺產完整地呈現在計算機中，形成詳細的三維模型。這種模型不僅精度高，而且可以任意旋轉、縮放、查看，為研究者提供了極大的便利。例如，在上海豫園的修繕保護工作中，就引入了三維重建技術，借助數字化技術手段對其進行了數字化重建與修復，極大地促進了上海豫園的修繕保護。除此之外，數字化模擬技術也是建筑遺產保護領域中重要的一環。這種技術可以利用虛擬現實（VR）和增強現實（AR）等技術，對建筑遺產進行模擬和還原。通過這種方式，公眾可以更加直觀地了解建筑遺產的歷史和文化背景，同時也可以更加深入地參與到建筑遺產的保護工作中。

3.2 搭建建筑遺產信息化管理系統

隨著建筑遺產保護工作的深入開展，大量的數據和信息需要管理和分析。為了提高管理效率，并為研究者提供更加便捷的信息檢索和分析工具，搭建建筑遺產信息化管理系統尤為重要。首先，需要建立建筑遺產文檔管理系統。系統需要詳細記錄每座建筑遺產的歷史背景、建筑特點、保護狀況等視頻、圖片和文字信息，并確保這些信息的準確性和完整性。通過數字化的方式，建筑信息可以被永久保存，并隨時供研究者查詢和使用。例如，牛津大學和劍橋大學合作開發的建筑遺產文檔管理應用，就為建筑遺產文檔數字化提供了最佳解決方案，能夠為建筑遺產保護提供基礎支撐。除此之外，還需要建立智能化數據庫。數據庫不僅可以存儲大量的建筑遺產數據，還可以進行數據分析和處理。數據庫可以分析建筑遺產的結構特點、建筑材料等信息，為研究者提供深入的分析和見解。更為重要的是，系統可以實現建筑遺產信息的系統化、標準化管理。這意味著所有的數據和信息都能夠按照統一的標準進行分類和存儲，方便研究者進行檢索和分析。例如，北京大學建筑學院的專家學者們開發出了基于人工智能技術的建筑遺產智能數據庫，該建筑遺產智能數據庫能夠借助人工智能技術，實現對建筑的自動識別與分類，同時還為其配備了專門的文化背景、歷史背景資料，最大程度上幫助用戶了解該建筑遺產。

3.3 建筑遺產數字化修復

在建筑遺產保護領域中，數字化修復是一項非常重要的技術手段。數字技術不僅可以應用于建筑遺產的數字化掃描、重建與模擬，還可以在修復工作中發揮關鍵作用。通過對比原始數據和現狀數據，數字化技術可以精確地檢測出建筑遺產的損壞部分［5］。這些數據可以來源于數字化掃描、衛星遙感等技術手段，通過分析這些數據，可以發現建筑結構的變化、材料的破損等細微問題。這種檢測方式相比傳統的目視檢查更加精確和全面，能夠為后續的修復工作提供準確的依據。更重要的是，數字技術還可以應用于建筑遺產的虛擬修復。通過利用三維建模軟件和虛擬現實技術，可以對建筑遺產進行虛擬修復。這種修復方式并不直接改變建筑實體，而是在數字模型中進行模擬和嘗試。通過這種方式，能夠提前預覽修復效果，并評估修復方案的可行性和效果。這種虛擬修復不僅為實際修復工作提供了重要的參考和指導，還可以降低修復成本和風險。例如，在北京頤和園的修繕工作中，相關工作人員就引入了激光掃描技術開展建筑損傷診斷。頤和園占地面積較廣且園內建筑物眾多，傳統的人工損傷診斷方法耗時較長且效果不佳，引入激光掃描技術手段后，就能夠快速準確的收集園內的三維點數據信息，并借此開展損傷診斷和三維數據重建，最大程度上提升建筑遺傳保護工作的準確性和高效性。

3.4 搭建建筑遺產數字化監測系統

在建筑遺產保護領域，為了更好地保護建筑遺產，利用數字技術搭建數字化監測系統極為重要。數字化監測系統可以實時監測各種環境因素，如溫度、濕度、光照、風力、震動等。這些因素都極有可能對建筑遺產造成影響，如過高的溫度會導致木材腐朽，過高的濕度會導致石材變形，震動則會導致結構松動等。通過實時監測這些因素，可以及時發現潛在的危險因素，并采取相應的保護措施。系統通過安裝各種傳感器來實現監測功能。傳感器可以實時測量和記錄各種環境參數，并將數據傳輸到計算機或云端進行存儲和分析。通過分析這些數據，可以判斷建筑遺產的狀態和變化趨勢，及時發現潛在的問題。同時，系統還可以通過數據可視化技術，將監測數據以直觀的方式呈現出來。如通過圖表、曲線、動畫等方式展示溫度、濕度的變化趨勢，幫助管理者和研究者更好地了解建筑遺產的狀態和變化。此外，系統還可以與其他技術相結合，如與人工智能技術相結合，實現對監測數據的自動分析和預警；與遠程控制技術相結合，實現對建筑遺產的遠程監控和管理。

4 數字化技術在建筑遺產保護領域中的未來發展

隨著科技的不斷發展，數字化技術在建筑遺產保護領域中的應用將會越來越廣泛，增強現實（AR）與虛擬現實（VR）技術，這兩種技術將會更加深入地與建筑遺產保護相結合，創造出更加真實、生動的體驗方式。通過AR和VR技術，參觀者可以更加深入地了解建筑遺產的歷史背景、文化意義以及保護過程，增強對建筑遺產價值的認識和保護意識。同時，這些技術也可以用于遠程參觀和學習，使得更多人能夠參與到建筑遺產保護中來；無人機與激光雷達技術［6］。無人機和激光雷達技術將會進一步提高建筑遺產數據的獲取效率和精度。未來這些技術更加智能化、自動化和便攜化，使得研究人員和保護人員可以更加方便地獲取建筑遺產的高清數據。這些數據不僅可以用于監測和修復工作，還可以用于建立更加精細的數字模型，提高建筑遺產的數字化管理效率和保存質量；人工智能（AI）技術。AI技術將會在建筑遺產保護中發揮更加重要的作用。通過機器學習和深度學習等技術，AI可以自動分析建筑遺產數據，發現潛在的問題和趨勢，為保護工作提供科學依據。同時，AI還可以用于數字化修復和增強，通過智能算法和自動化工具實現更加精細、準確的修復和增強效果；數字化修復與增強技術。未來的數字化修復與增強技術將會更加成熟和完善。通過高精度掃描、虛擬現實、3D打印等技術，可以實現對建筑遺產的全面數字化修復和增強。這種修復和增強不僅包括外觀和結構的修復，還可以包括歷史痕跡和文化元素的恢復，使得建筑遺產更完整地保存下來；物聯網（IoT）與大數據技術。隨著物聯網技術的不斷發展，建筑遺產將更加緊密地與各種傳感器和設備連接在一起。這些設備可以實時收集各種環境數據、使用數據等，為建筑遺產的保護提供更加全面的信息。通過大數據分析，可以深入挖掘這些數據的價值，為保護工作提供更加科學和準確的指導。同時，大數據技術還可以用于建立建筑遺產數據庫和數字圖書館，為研究者和管理者提供更加便捷的信息檢索和分析工具。

5 結語

綜上所述，隨著科技的不斷發展，數字技術在建筑遺產保護領域的應用將越來越廣泛。通過數字化掃描、重建與模擬，搭建信息化管理系統，數字化修復以及搭建數字化監測系統等手段，數字技術能夠為建筑遺產的保護提供更有力的支持。未來，期待數字技術能夠在建筑遺產保護領域發揮更大的作用。通過不斷的技術創新和應用拓展，數字技術將為建筑遺產保護提供更加全面、高效和科學的方法和手段，使得建筑遺產能夠得到更加全面、細致的保護和管理，為人類文明的傳承和發展做出更大的貢獻。

參考文獻：

［1］章泉豐.數字技術在建筑遺產保護領域的應用探討［J］.城市建設理論研究（電子版），2023（32）：87-89.

［2］王昱舜.中國近現代建筑遺產保護中數字化信息錄入方式的研究［D］.山東建筑大學，2023.

［3］杭詩嬋，閆昱良.數字技術對建筑遺產保護的影響［J］.建筑技術開發，2021，48（10）：71-73.

［4］姚陸吉.建筑遺產保護中混合現實技術應用策略研究［D］.江南大學，2020.

［5］張夢迪.基于計算機技術的數字工具在修復工程中的應用研究［D］.大連理工大學，2019.

［6］章立.虛擬現實技術在建筑遺產保護中的應用研究［D］.江南大學，2009.