數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用探討

摘 要：隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)為建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域帶來了前所未有的機(jī)遇。本文首先分析了建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，探討了應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的重要性，并詳細(xì)闡述了數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的實(shí)踐應(yīng)用，包括數(shù)字化掃描、重建與模擬，搭建信息化管理系統(tǒng)，數(shù)字化修復(fù)，以及搭建數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)等，并對未來數(shù)字化技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行展望，以期為建筑遺產(chǎn)的保存、修復(fù)、管理和監(jiān)測提供有力支持。

關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù)；建筑遺產(chǎn)；遺產(chǎn)保護(hù)；應(yīng)用探討；數(shù)字修復(fù)文章編號：2095-4085（2024）06-0001-03

0 引言

建筑遺產(chǎn)是人類文明的重要載體，具有不可估量的歷史、文化和藝術(shù)價值。但由于自然侵蝕和人為破壞，許多建筑遺產(chǎn)正面臨著嚴(yán)重的保護(hù)問題。建筑遺產(chǎn)保護(hù)是一個全球性的問題，根據(jù)國際古跡遺址理事會（ICOMOS）的數(shù)據(jù)，全球有超過1 000處被列為世界文化遺產(chǎn)的建筑遺產(chǎn)。然而，由于自然侵蝕和人為破壞，這些建筑遺產(chǎn)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(chǎn)數(shù)量最多的國家之一，截至2022年，中國已有56處世界文化遺產(chǎn)。然而，由于城市化進(jìn)程的加快，許多歷史建筑被拆除或改建，導(dǎo)致文化遺產(chǎn)的喪失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2000年以來，中國已有近10處世界文化遺產(chǎn)因各種原因被除名。幸運(yùn)的是，數(shù)字技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供了全新的視角和方法，如何高效利用數(shù)字技術(shù)開展建筑遺產(chǎn)保護(hù)，已經(jīng)成為建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的問題。

1 建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域面臨諸多挑戰(zhàn)和問題。首先，許多建筑遺產(chǎn)由于年代久遠(yuǎn)，自然侵蝕和人為破壞嚴(yán)重，保存狀況堪憂。這為保護(hù)工作帶來了巨大的難度，需要耗費(fèi)大量的時間和資源進(jìn)行修復(fù)和加固。其次，隨著城市化的進(jìn)程，一些建筑遺產(chǎn)面臨著被拆除或改造的風(fēng)險。由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)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(dǎo)致珍貴的歷史文化遺產(chǎn)遭到破壞［1］。此外，保護(hù)技術(shù)手段的不足也是當(dāng)前存在的問題之一。盡管科技的發(fā)展為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供了更多的可能性，但目前仍存在技術(shù)瓶頸和限制。傳統(tǒng)的保護(hù)方法往往缺乏科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致保護(hù)效果不盡如人意。同時，公眾參與度低也是當(dāng)前建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域面臨的問題之一。建筑遺產(chǎn)保護(hù)不僅需要政府和專業(yè)機(jī)構(gòu)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(chǎn)保護(hù)的認(rèn)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(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的重要性

隨著科技的飛速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，為現(xiàn)代社會帶來了前所未有的變革。在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用同樣具有深遠(yuǎn)的意義和重要性。傳統(tǒng)的建筑遺產(chǎn)保護(hù)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(shù)字技術(shù)的引入可以大大提高保護(hù)的效率和精度。通過三維掃描、激光測距等技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確地獲取建筑遺產(chǎn)的三維數(shù)據(jù)，為后續(xù)的保護(hù)工作提供精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［2］。其次，數(shù)字技術(shù)不僅可以獲取建筑遺產(chǎn)的三維數(shù)據(jù)，還可以通過圖像處理、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，提取出更多的信息。如通過分析建筑材料的成分、結(jié)構(gòu)等，可以了解建筑的原始工藝和歷史背景；通過監(jiān)測建筑的環(huán)境參數(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的保護(hù)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(shù)字技術(shù)還可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，為公眾提供更加直觀、生動的建筑遺產(chǎn)展示方式。公眾可以通過這些技術(shù)，身臨其境地感受建筑遺產(chǎn)的歷史和文化魅力，從而提高他們的保護(hù)意識。同時，數(shù)字技術(shù)還可以為公眾提供參與保護(hù)的平臺和機(jī)會，如通過社交媒體、移動應(yīng)用等，讓公眾參與到建筑遺產(chǎn)的保護(hù)和監(jiān)督中來。最后，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用還推動了建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的跨學(xué)科合作和國際化交流。數(shù)字技術(shù)涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，需要不同領(lǐng)域的專家共同合作。同時，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用也為不同國家和地區(qū)的建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供了共同的語言和平臺，促進(jìn)了國際間的交流和合作［3］。

3 數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 建筑遺產(chǎn)數(shù)字化掃描、重建與模擬

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域也開始廣泛應(yīng)用數(shù)字技術(shù)。其中，數(shù)字化掃描、重建與模擬技術(shù)的應(yīng)用，為建筑遺產(chǎn)的保存和保護(hù)提供了全新的手段。首先，數(shù)字化掃描技術(shù)是利用激光掃描儀等設(shè)備，對建筑遺產(chǎn)進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)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(chǎn)的全方位數(shù)據(jù)。通過這種方式，可以獲得建筑遺產(chǎn)的詳細(xì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含了建筑的結(jié)構(gòu)、紋理、顏色等各方面的信息［4］。例如，在北京故宮的修繕保護(hù)工作中，就引入了激光掃描技術(shù)，借助激光掃描技術(shù)對建筑物，進(jìn)行掃描和記錄，借此生成高精度的數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)建筑修繕提供了數(shù)據(jù)支撐。其次，數(shù)字化重建技術(shù)則是基于掃描獲取的數(shù)據(jù)，利用三維建模軟件進(jìn)行建筑遺產(chǎn)的三維重建。通過這種方式，可以將建筑遺產(chǎn)完整地呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中，形成詳細(xì)的三維模型。這種模型不僅精度高，而且可以任意旋轉(zhuǎn)、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(hù)工作中，就引入了三維重建技術(shù)，借助數(shù)字化技術(shù)手段對其進(jìn)行了數(shù)字化重建與修復(fù)，極大地促進(jìn)了上海豫園的修繕保護(hù)。除此之外，數(shù)字化模擬技術(shù)也是建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中重要的一環(huán)。這種技術(shù)可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等技術(shù)，對建筑遺產(chǎn)進(jìn)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(chǎn)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(chǎn)的保護(hù)工作中。

3.2 搭建建筑遺產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)

隨著建筑遺產(chǎn)保護(hù)工作的深入開展，大量的數(shù)據(jù)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(chǎn)信息化管理系統(tǒng)尤為重要。首先，需要建立建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)。系統(tǒng)需要詳細(xì)記錄每座建筑遺產(chǎn)的歷史背景、建筑特點(diǎn)、保護(hù)狀況等視頻、圖片和文字信息，并確保這些信息的準(zhǔn)確性和完整性。通過數(shù)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(xué)和劍橋大學(xué)合作開發(fā)的建筑遺產(chǎn)文檔管理應(yīng)用，就為建筑遺產(chǎn)文檔數(shù)字化提供了最佳解決方案，能夠?yàn)榻ㄖz產(chǎn)保護(hù)提供基礎(chǔ)支撐。除此之外，還需要建立智能化數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫不僅可以存儲大量的建筑遺產(chǎn)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。數(shù)據(jù)庫可以分析建筑遺產(chǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、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(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)建筑遺產(chǎn)信息的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。這意味著所有的數(shù)據(jù)和信息都能夠按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類和存儲，方便研究者進(jìn)行檢索和分析。例如，北京大學(xué)建筑學(xué)院的專家學(xué)者們開發(fā)出了基于人工智能技術(shù)的建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫，該建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫能夠借助人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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(chǎn)。

3.3 建筑遺產(chǎn)數(shù)字化修復(fù)

在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中，數(shù)字化修復(fù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段。數(shù)字技術(shù)不僅可以應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)的數(shù)字化掃描、重建與模擬，還可以在修復(fù)工作中發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過對比原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，數(shù)字化技術(shù)可以精確地檢測出建筑遺產(chǎn)的損壞部分［5］。這些數(shù)據(jù)可以來源于數(shù)字化掃描、衛(wèi)星遙感等技術(shù)手段，通過分析這些數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的變化、材料的破損等細(xì)微問題。這種檢測方式相比傳統(tǒng)的目視檢查更加精確和全面，能夠?yàn)楹罄m(xù)的修復(fù)工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。更重要的是，數(shù)字技術(shù)還可以應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)的虛擬修復(fù)。通過利用三維建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以對建筑遺產(chǎn)進(jìn)行虛擬修復(fù)。這種修復(fù)方式并不直接改變建筑實(shí)體，而是在數(shù)字模型中進(jìn)行模擬和嘗試。通過這種方式，能夠提前預(yù)覽修復(fù)效果，并評估修復(fù)方案的可行性和效果。這種虛擬修復(fù)不僅為實(shí)際修復(fù)工作提供了重要的參考和指導(dǎo)，還可以降低修復(fù)成本和風(fēng)險。例如，在北京頤和園的修繕工作中，相關(guān)工作人員就引入了激光掃描技術(shù)開展建筑損傷診斷。頤和園占地面積較廣且園內(nèi)建筑物眾多，傳統(tǒng)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(shù)手段后，就能夠快速準(zhǔn)確的收集園內(nèi)的三維點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，并借此開展損傷診斷和三維數(shù)據(jù)重建，最大程度上提升建筑遺傳保護(hù)工作的準(zhǔn)確性和高效性。

3.4 搭建建筑遺產(chǎn)數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)

在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，為了更好地保護(hù)建筑遺產(chǎn)，利用數(shù)字技術(shù)搭建數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)極為重要。數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測各種環(huán)境因素，如溫度、濕度、光照、風(fēng)力、震動等。這些因素都極有可能對建筑遺產(chǎn)造成影響，如過高的溫度會導(dǎo)致木材腐朽，過高的濕度會導(dǎo)致石材變形，震動則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松動等。通過實(shí)時監(jiān)測這些因素，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險因素，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。系統(tǒng)通過安裝各種傳感器來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能。傳感器可以實(shí)時測量和記錄各種環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或云端進(jìn)行存儲和分析。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以判斷建筑遺產(chǎn)的狀態(tài)和變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。同時，系統(tǒng)還可以通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)以直觀的方式呈現(xiàn)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(chǎn)的狀態(tài)和變化。此外，系統(tǒng)還可以與其他技術(shù)相結(jié)合，如與人工智能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動分析和預(yù)警；與遠(yuǎn)程控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對建筑遺產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

4 數(shù)字化技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中的未來發(fā)展

隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用將會越來越廣泛，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，這兩種技術(shù)將會更加深入地與建筑遺產(chǎn)保護(hù)相結(jié)合，創(chuàng)造出更加真實(shí)、生動的體驗(yàn)方式。通過AR和VR技術(shù)，參觀者可以更加深入地了解建筑遺產(chǎn)的歷史背景、文化意義以及保護(hù)過程，增強(qiáng)對建筑遺產(chǎn)價值的認(rèn)識和保護(hù)意識。同時，這些技術(shù)也可以用于遠(yuǎn)程參觀和學(xué)習(xí)，使得更多人能夠參與到建筑遺產(chǎn)保護(hù)中來；無人機(jī)與激光雷達(dá)技術(shù)［6］。無人機(jī)和激光雷達(dá)技術(shù)將會進(jìn)一步提高建筑遺產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取效率和精度。未來這些技術(shù)更加智能化、自動化和便攜化，使得研究人員和保護(hù)人員可以更加方便地獲取建筑遺產(chǎn)的高清數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅可以用于監(jiān)測和修復(fù)工作，還可以用于建立更加精細(xì)的數(shù)字模型，提高建筑遺產(chǎn)的數(shù)字化管理效率和保存質(zhì)量；人工智能（AI）技術(shù)。AI技術(shù)將會在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中發(fā)揮更加重要的作用。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，AI可以自動分析建筑遺產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和趨勢，為保護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。同時，AI還可以用于數(shù)字化修復(fù)和增強(qiáng)，通過智能算法和自動化工具實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)、準(zhǔn)確的修復(fù)和增強(qiáng)效果；數(shù)字化修復(fù)與增強(qiáng)技術(shù)。未來的數(shù)字化修復(fù)與增強(qiáng)技術(shù)將會更加成熟和完善。通過高精度掃描、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D打印等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對建筑遺產(chǎn)的全面數(shù)字化修復(fù)和增強(qiáng)。這種修復(fù)和增強(qiáng)不僅包括外觀和結(jié)構(gòu)的修復(fù)，還可以包括歷史痕跡和文化元素的恢復(fù)，使得建筑遺產(chǎn)更完整地保存下來；物聯(lián)網(wǎng)（IoT）與大數(shù)據(jù)技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑遺產(chǎn)將更加緊密地與各種傳感器和設(shè)備連接在一起。這些設(shè)備可以實(shí)時收集各種環(huán)境數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)等，為建筑遺產(chǎn)的保護(hù)提供更加全面的信息。通過大數(shù)據(jù)分析，可以深入挖掘這些數(shù)據(jù)的價值，為保護(hù)工作提供更加科學(xué)和準(zhǔn)確的指導(dǎo)。同時，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以用于建立建筑遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和數(shù)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(jié)語

綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛。通過數(shù)字化掃描、重建與模擬，搭建信息化管理系統(tǒng)，數(shù)字化修復(fù)以及搭建數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)等手段，數(shù)字技術(shù)能夠?yàn)榻ㄖz產(chǎn)的保護(hù)提供更有力的支持。未來，期待數(shù)字技術(shù)能夠在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展，數(shù)字技術(shù)將為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供更加全面、高效和科學(xué)的方法和手段，使得建筑遺產(chǎn)能夠得到更加全面、細(xì)致的保護(hù)和管理，為人類文明的傳承和發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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