數智技術在文物預防性保護中的應用現狀及前景

摘要 文物預防性保護是文物保護中至關重要的一環，經過文物保護工作者的不懈努力，我國文物預防性保護在理論研究和實踐應用方面均取得顯著成就。通過對國內外文獻進行整理和分析，認為我國現階段文物預防性保護仍然存在風險監測與識別不足、風險分析與評估不全面、風險控制比較單一、文物價值闡釋深度和廣度不足、利用傳承方式不豐富、創新速度緩慢等主要問題。數字化技術在各領域都展現出了強大的優勢，已應用于文物預防性保護，為文物預防性保護的持續推進開辟了新的方向。數智技術作為數字化技術發展的新階段，具有數據驅動、高度智能化、實時性與高效性、融合性與協同性、普適性與個性化、動態優化與自我迭代等特征，可以為文物預防性保護提供有力支撐。分析認為，數智技術在文物預防性保護的數字化采集與建模、環境監測與預警、數據挖掘與分析、虛擬現實展示與應用、數字化管理等方面已有良好基礎，將數智技術的快速發展與文物預防性保護的階段需求進一步相結合，在數據采集、數據挖掘、風險識別、風險預報、風險管控、虛擬修復、數字建檔、虛擬展示等應用中構建數字時代文物預防性保護科學體系，運用數智技術深化文物預防性保護的實踐，是解決當前保護難題的關鍵途徑，也是推動文物預防性保護領域新質生產力形成、突破現有瓶頸的重要策略。

關鍵詞 文物保護；預防性保護；數智技術

中圖分類號：K854.3" DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2025-01-002

The application" and prospect of digital intelligence technology in the proactive conservation of heritage preservation

SUN Manli1， DENG Kai1， SHEN Yunxia1， SUN Qian2， MAO Weijia1， ZHAO Fengyan3， WU Chen3

（1.China-Central Asia \"the Belt and Road\" Joint Laboratory on Human and Environment Research/Key Laboratory ofCultural Heritage Research and Conservation/School of Culture Heritage， Northwest University， Xi’an 710127， China;

2.Network and Data Center， Northwest University， Xi’an 710127， China;

3.Xi’an Institute for the Preservation of Cultural Heritage and Archaeology， Xi’an 710127， China）

Abstract The proactive protection of cultural relics is a vital aspect of their overall preservation. Thanks to the tireless efforts of cultural relics protection workers， China has made significant strides in both theoretical research and practical application regarding the proactive protection of these artifacts. However， a review and analysis of domestic and international literature reveal several key challenges that persist in this field. These challenges include inadequate risk monitoring and identification， incomplete risk analysis and evaluation， a narrow approach to risk control， insufficient depth and breadth in the interpretation of cultural relics’ value， limited methods for utilization and inheritance， and a slow pace of innovation.Digital technology has shown strong advantages in various fields， and has been applied to the proactive protection of cultural relics， which has opened up the direction of the heart for the continuous promotion of the proactive protection of cultural relics. As a new stage of the development of digital technology， digital intelligence technology has the characteristics of data-driven， highly intelligent， real-time and high efficiency， integration and collaboration， universality and personalization， dynamic optimization and self-iteration， which can better provide support for the proactive protection of cultural relics. The analysis shows that numerical technology has a good foundation in digital collection and modeling， environmental monitoring and early warning， data mining and analysis， virtual reality display and application， digital management and other aspects of proactive protection of cultural relics. Combining the rapid development of digital intelligence technology with the stage requirements of proactive protection of cultural relics， the scientific system of proactive protection of cultural relics in the digital era is constructed in the application of data collection， data mining， risk identification， risk prediction， risk management and control， virtual restoration， digital archiving， virtual display and so on. Using digital intelligence technology to deepen the practice of proactive protection of cultural relics is the key way to solve the current protection problems. It is also an important strategy to promote the formation of new productivity and break through the existing bottleneck in the field of proactive protection of cultural relics.

Keywords heritage preservation; proactive conservation; digital intelligence technology

文物是人類寶貴的文化遺產、歷史文化的重要載體，蘊含著豐富的文化內涵及價值。隨著保護理念的發展更新和科學技術的進步，文物保護工作也逐漸從被動的“搶救性”保護向主動地“預防性”保護轉變［1-3］。我國最初的預防性保護思想主要是借鑒國外科學體系建立的［4］。近年來，國家對文物保護研究大力支持與我國文物工作者的不斷探索，預防性保護理念與技術不斷與我國實際相結合，文物預防性保護在構建框架、制定標準、確立規則以及技術創新等方面取得了顯著進展，并進行了大量的預防性保護實踐工作。但是，從預防性保護效果來看，目前在文物預防性保護的監測系統、病害分析系統、數據分析等方面還存在技術短板，迫切需要深化在認知、保護、管理、利用及傳承等方面的研究工作，并依托新技術與多學科融合的優勢，構建更加系統化、科學化的預防性保護新框架［5］。

隨著信息技術的快速發展，數字化技術已廣泛應用至多個領域［6］，而“數智化”這一理念也被提出，并持續得到豐富和發展。基于機器學習、人工智能、區塊鏈等數智技術，將是文物預防性保護研究的重要發展方向［7］。以“數字化+智能化”為核心的數智技術對社會的快速發展起到了關鍵的推動作用。它以全新的思維、業務模式和技術形態，正全面滲透到社會發展的各個領域和層面，產生著深遠的影響［8］，數智技術必將會全面改變傳統的文物預防性保護。強化數智技術在文物預防性保護研究中的應用，探索創新的保護方法，并不斷完善預防性保護體系的建設，加快形成文物預防性保護新質生產力，切實做好數字時代下文物預防性保護工作，促進我國優秀傳統文化的活化利用與傳播傳承，是當前文物預防性保護工作尋求重大進展的關鍵路徑。

1 應用背景

1.1 文物預防性保護的理念及發展

文物預防性保護已構筑起穩固的理論基礎并積累了豐厚的實踐經驗，其核心是通過采取預防措施，最大限度地減少文物受損風險，從而維護文物的原始風貌與價值［4］。當前多數學者認為，文物預防性保護依賴于定期且系統的監測工作，以揭示文物損毀的規律，并借助日常維護、科學管理等手段，及時降低或消除潛在風險，確保文物維持良好狀態，避免不必要的修復加固［9］。盡管各定義在表述側重點上存在差異，但它們均秉持著相同的核心理念，即預防性、主動性、系統性以及最小干預原則。

國內外文物預防性保護發展都經歷了不同階段，但由于文物類型、自然環境及人文環境等各因素的影響，各國之間也存在差異。例如，意大利采取的是“規劃式預防性保護”策略，該策略側重于從宏觀保護角度出發，運用整體性思維方式進行保護。而荷蘭則以“預防性維護”為核心進行文物預防性保護研究，其更強調實踐方法，這一理念被以MOWA為代表的機構在日常檢查和維護工作中切實執行［4］。而在英國等其他國家，則根據本國歷史、文化、社會等背景對預防性保護工作進行了本土化調整，并在實踐中不斷完善。

我國文物預防性保護的水平與科技發展緊密相連。自2007年以來，我國在文物預防性保護領域進行了廣泛的研究，涵蓋了基礎信息收集、損傷診斷與機理分析、風險評估以及風險防范等多個方面，文物預防保護取得了顯著進展，學術界對預防性保護的定義、意義、結構體系等方面已經有了深入而全面的研究，從我國預防性保護發展時間與關鍵技術水平來看，總體上可分為5個階段。

第1階段：2007年以前，我國文物保護主要側重于事后對文物的損害和破壞進行修復及保護，文物保護工作的重點多在搶救性保護，而對于文物的長期保護與預防性保護研究則相對較弱，尚未建立現代化的預防性保護理念［9］。此時，我國互聯網處于起步階段，互聯網應用還不普及，主要應用于通訊。但是，這一階段，已有少數文物監測的初步應用，如：1950年虎丘云巖寺塔進行了裂縫及傾斜度監測［10］；1990年在莫高窟進行了區域環境監測［11］；2006年蘇州古典園林正式上線立體化監測系統等［12］。此時監測數據相對簡單，數據量較小，且監測數據需要人工下載處理，但該階段形成了文物預防性保護監測系統的雛形。

第2階段：2007—2010年，預防性保護理念被引入中國并不斷發展豐富，文物預防性保護得到了更多關注，開始在國內部分文物進行簡單的預防保護實踐。2007年保國寺在大殿布設了保護監測系統［13-14］，2008年在原有監測基礎上，增加了數據采集、信息管理以及數據展示的功能，從而構建了一個全新的監測系統［15］。該階段我國互聯網技術處于3G時代，3G數據傳輸能力的提升及圖像處理能力，實現了監測數據的自動傳輸，提升了傳輸速度及路徑。基于3G網絡技術，構建了一個多層次的遺產地環境監測體系。借助此監測體系探討了環境影響因素與建筑本體退化之間的內在聯系，并據此著手進行了遺址賦存環境風險的治理工作。至此，一個初具規模的現代化文物預防性保護科學體系已經建立起來。

第3階段：2011—2014年，該階段是我國預防性保護規模化實踐階段。2011年，中國作為聯合主辦方，在南京成功舉辦了首屆聚焦于“建筑遺產預防性保護”的國際研討會［16］。隨后，國內學者基于國外預防性保護研究，多角度、全方位地梳理介紹了歐洲在建筑遺產中的預防性保護理念［17］。在該階段，我國互聯網技術處于4G時代，基于4G網絡的文物監測此時被廣泛應用，并開始通過監測傳感器捕獲的數據為基礎進行分析，為預防性保護中的環境影響因素的機理研究提供理論支撐。此時監測與傳輸的數據量龐大且復雜，大數據相關的數據處理、分析技術以及文物數字化等數字化技術的引入，推動了文物預防性保護領域的研究。這些技術的應用深化了研究的深度與廣度，使文物預防性保護的研究取得了顯著進步。

第4階段：2015—2020年，文物預防性保護的政策與理論研究達到了階段性高點。2015—2020年間，國家陸續出臺了《中國文物古跡保護準則》《國家文物事業發展“十三五”規劃》等一系列指導性文件，制定完善了文物預防性保護法規和政策［18-23］，加強了對文物預防性保護的培訓和教育工作。這一階段我國步入5G時代，且在各領域開展了大量物聯網技術的應用實踐。在文物預防性保護領域，融合傳感器技術、無線通信技術以及云計算等先進手段，基于5G網絡的物聯網技術實現了對環境的即時監控、智能調節與深度數據分析，極大地提升了文物預防性保護研究的智能化層次。在此基礎上，形成了以“基礎信息收集-風險因子識別-風險評估-風險防控”為核心的預防性保護框架體系，基于物聯網技術的監測、采集、預測、預警等監測預警體系也趨于完善。

第5階段：2021年至今，文物預防性保護進入了技術創新發展的新階段，文物預防性保護面臨著跨越發展時代要求。“十四五”要求到2035年，要構建一個布局廣泛、聯系緊密、響應迅速、搜索高效、全面開放共享且重點集成應用的國家文化大數據體系，以全方位展現中華文化，讓數字化的中華文化成果惠及全體民眾［24］。這一階段，數智技術快速發展，人工智能、機器學習等技術的廣泛應用，為文物預防性保護提供了創新思路。將文物預防性保護結合新技術、新理念，不斷探索文物預防性保護的新方法及新途徑，打破現有仍以監測為主的數智技術應用局面，加快形成文物預防性保護新質生產力，推動文物預防性保護工作進一步提升是現階段的主要任務。

1.2 數智技術的發展與應用

數智技術在不斷演進和升級的過程中，其發展經過了信息化、數字化、數智化這3個核心階段。在信息化階段，其核心在于利用互聯網技術的應用，實現了數據的自動化傳輸;進入數字化階段后，互聯網、大數據、云計算等技術得到了廣泛應用，社會發展逐漸轉向以數據驅動為核心;數智化階段，區塊鏈、人工智能等被提出，用數據溝通虛擬與顯示，讓人與機共享智慧，實現了基于數字+智能的融合發展。

在數字化轉型政策和理念引導下，數智技術加速向各個傳統行業滲透，并持續推動企業戰略轉型、組織變革、技術創新，數智技術日益融入經濟社會發展各領域，深刻影響和改變著社會發展。數智技術憑借物聯網與信息技術手段使各行業融合，在提高社會生產力、優化資源配置等方面的作用日益凸顯，極大地加速了傳統產業的技術革新步伐，有力地推動了國民經濟向信息化、現代化方向的快速發展［25］。

國外數智技術應用呈現廣泛而深入的特點，主要應用于智慧城市、行業應用和技術發展等多個方面。例如，美國迪比克市依托物聯網，將各類數據進行整合，使得該市能夠智能化地響應市民需求，同時極大降低了城市的能源消耗及運營成本［26］。紐約消防部門運用大數據分析技術，對城市內可能引發房屋火災的因素進行了細致劃分，并為待檢建筑物打分，以此計算火災危險指數，從而確定了重點監控與檢查的對象［27］。英國倫敦與瑞典斯德哥爾摩則通過構建智慧交通系統，有效緩解了交通擁堵狀況，并減少了溫室氣體的排放量［28］。此外，金融機構利用大數據和人工智能技術，對海量數據進行深度挖掘和分析，以提高業務效率和風險管理水平;制造業依托于物聯網、傳感器以及數據智能分析技術，對生產設備運行狀態能進行實時監控，從而提前預測設備可能出現的故障，優化生產計劃，有效降低生產成本;醫療機構利用可穿戴設備和數據分析技術，對患者進行健康監測和疾病預測，提高醫療服務的質量和效率。

我國在數字化技術研究中堅持穩中求進，扎實推進中國數字化建設，基礎性、通用性技術研發取得重大突破。在數字化基礎上，“數智化”轉型成為了更為高級的發展目標，而“數智”理念及其相關技術也引起了科技界的廣泛關注，頻繁出現在科技前沿的討論中。數智技術，作為一類應用新一代信息技術（如人工智能、物聯網、云計算、大數據等）對海量數據進行深度挖掘與分析，并通過智能化應用實施的技術［29］，是數字技術與人工智能技術（尤其是大數據、云計算、區塊鏈、5G等）的深度融合，加快了物理世界與數字世界的連接。數智技術正以其科學性和前沿性，推進新產業、新模式、新動能的形成，成為推動新質生產力發展的關鍵。

目前，數智技術在我國其他行業已經有較為廣泛的應用。在教育行業構建了智慧管理系統，創造了全新的學習環境和模式［30-34］;在城市管理中建立了自動優化城市資源配置的城市大腦［35-36］;在能源行業，構建了自動采集礦山風險數據并提前預警的智慧礦山系統［37-38］;在電力行業，廣泛運用人工智能等數智技術，促進了電力系統各個環節中的設備與人員實現全面互聯互通，促進了電網全面感知、共同互聯、信息融合及智能應用［39-40］;在交通行業，實現了根據流量自動調控紅綠燈的智慧路網的組建等［41-42］;在醫療行業，實現了在千里之外進行高精度操作的遠程手術及醫療檔案數字化管理［43-44］;在物流行業，打造了無人操作的巨型碼頭、自動分揀并配送的物流機器人等［45-48］。

數智技術已成為新一輪科技革命的核心技術和各個行業應用及發展的關鍵因素。數智技術在其他行業的應用，多角度展示了其強大的應用能力和使用效率，探索數智技術在文物預防性保護中的應用，對我國文物保護、文化傳承具有重要意義。

1.3 文物預防性保護的現存問題

國內外已經開展大量文物預防性保護研究及實踐，大數據、無人機、互聯網、人工智能等現代科技手段在文物預防性保護中的到了初步應用，文物風險判別病害機理、風險控制、預測預警等能力極大提升。但要切實滿足“十四五”文物保護和科技創新規劃提出的“從搶救性保護向預防性保護”的基本轉變，仍存在許多問題與不足之處，與我國文物預防性保護的發展需求相比仍有一定差距。

1）風險監測與識別不足。我國文物類型眾多，保存狀況不一，對監測的需求各不相同，因此，在監測過程中不能照抄一套模式，要根據不同需求設計不同監測方案，現有監測中，形成了監測孤島局面，即布設了監測系統，但對監測指標與具體應用不清楚，監測目的性不明確，數據利用不足［49］，且一些文物監測設備陳舊，維護不及時，導致監測數據不準確或無法及時傳輸，影響了風險識別的時效性［50］。尚未建立起統一的監測標準和規范體系，這致使各地區的監測工作難以形成協同效應，監測所得數據也難以實現共享與有效比對［51］。

2）風險分析與評估不全面。在風險識別中，文物風險識別大多仍依賴于傳統的巡查和報告方式，在提升風險識別的效率和準確性方面，物聯網、大數據、人工智能等數智技術尚未得到充分利用，文物預防性保護風險識別大模型研究不足，不能及時、高效地識別潛在風險［52］。其次，風險分析與評估缺乏綜合分析與評估體系［53］，導致不同地區、不同單位在文物風險評估時存在較大的差異性和主觀性，難以形成科學、客觀、全面的評估結果，以人工智能為代表的新技術在文物風險評估領域的應用還不夠廣泛和深入［54］。傳統的評估手段多依賴于經驗和主觀臆斷，缺少科學的數據支撐以及精確的量化分析過程。最后，風險分析及評估結果的應用不足，即使進行了文物風險評估，但評估結果對實踐的指導意義還不細致、科學和微觀具體，成果應用往往不夠充分，根據評估結果制定的保護措施和應急預案，還無法發揮理想作用［55］。

3）風險控制比較簡單、單一。一方面由于風險評估不全面及評估周期過長，進而影響風險控制措施的及時制定和實施；另一方面，在風險控制過程中，預防性保護措施不足、應急響應機制不健全［56］，導致文物在面臨風險時缺乏有效的保護手段，在風險發生時不能及時、準確地進行應對和處置。目前預警系統平臺不完善、信息傳遞不暢，應急資源不平衡、不充分等問題都影響著風險控制的響應效率。

4）價值闡釋深度和廣度不足。文物價值的研究和闡釋是一個復雜的過程，需要具備相當程度歷史、科學、藝術等多方面的綜合知識的專業人才來完成，受文物本身的復雜性、研究者的人員數量以及研究者知識和能力的局限性，價值闡釋的廣度和深度與文物保護利用的社會需求還有很大差距，價值闡釋是保護的基礎和前提，是推動文物保護事業高質量發展的關鍵環節之一［57］。

5）利用傳承方式不豐富、創新速度緩慢。目前，我國文物的利用方式相對單一，主要局限于博物館展示、文化旅游等方面，無法充分發揮文物的多元價值，也無法滿足公眾多樣化的需求。在文物利用傳承過程中，缺乏有效的管理和協調機制，不同部門和地區之間在文物保護和利用方面存在信息不對稱、合作不緊密等問題，導致文物資源的浪費和重復建設［58］。雖然已有部分單位利用現代科技手段對文物進行數字化展示和傳播，但應用范圍還不夠廣，創新不足，新技術應用還沒有形成規模［59］。

2 應用現狀

在文物保護中，數智技術正發揮著舉足輕重的作用。它不僅為文物的保護與修復工作帶來了全新的方法和工具，更通過數字化手段，極大地拓寬了文物的傳播范圍并延長了其影響力。數智技術在文物保護領域的應用歷程，已經從最初的信息存儲與傳輸階段，逐步深化至數據處理與分析，直至現今的自動化與智能化分析展示階段。這些數智技術不僅極大提升了文物保護工作的效率與準確性，更為文物的長期保存及文化的傳播傳承開辟了新的道路與機遇。國內外文物保護領域的學者都在積極探索如何在文物的預防性保護及利用過程中，更加高效地運用數智技術，并已經開展了一系列富有成效的實踐探索。

國外文物保護工作者主要將數智技術用于文物的數字化記錄與儲存、文物的展示與傳播兩個方面。

1）數字化記錄與儲存。主要通過采用數字化掃描、攝影、數字化編輯等技術對文物進行數字化加工處理，結合計算機圖形學、圖像處理和虛擬信息技術，對歷史文化遺產展開了數字化建模［60］。西班牙多家研究機構與建筑制圖公司在當地考古部門的支持下，運用數智技術創建了城墻數字模型，實現了城墻的“數字化重建”［61］，意大利針對格西部城市瓦尼考古區內的遺跡進行了數字化存檔工作［62］。埃及以文化遺產資源數字化為抓手，在2010年建成國家數字化檔案庫，包括約9 000萬份文件檔案和3 000多萬個條目［63］。數字化真實、直觀地保存和再現文物信息，且不會對文物本體造成直接傷害，同時為文化遺產建立完整的數據資料庫，為文物修復、重建及宣傳展示提供豐富的數據支撐。

2）數字化展示與傳播。國外研究者基于傳統文物展示的局限性，通過文物數字化技術，打造在線展示平臺，為游客提供虛擬游覽、互動體驗等，并通過社交媒體傳播文物數字化信息，擴大文物及文化的傳播。意大利基于數智技術，推出了錫拉庫薩古城的線上互動游覽。法國凡爾賽宮通過虛擬現實技術，打造了文物藏品在線游覽軟件，現有2.2萬件藏品可在線瀏覽［64］。為了對火災中損毀的文物進行數字形式的復原，巴西國家博物館創建了“數字巴西國家博物館”［65］，運用虛擬現實、增強現實等數智技術，探索出與觀眾互動的新途徑，顯著增強了展覽的互動體驗，極大地豐富了文物展覽的內容與展現形式，有力地推動了文化的傳播。

我國研究者基于文物預防性保護基本要求，采用數智化技術初步構建文物預防性保護體系，以確保文物資源安全為核心的前提下，面向文物“防、保、研、管、用”五大需求領域進行數智化技術的創新，現階段主要應用在以下方面。

1）數字化采集與建模。國內文物數據采集除了傳統的現場手工記錄、測量與測繪、攝影與錄像等方式，現大多運用信息技術，采用高精度三維掃描設備，對文物實施全面掃描作業，以收集其詳盡的三維數據信息［66-68］。將這些數據用于構建文物的三維數字模型，實現文物的精確記錄和再現。這種技術不僅有助于文物的數字化保存，還能為文物的保護修復和研究提供數據支撐。結合傳統攝影技術和現代測量技術，對文物進行多角度、多尺度的拍攝和測量，獲取文物的影像數據和幾何信息［69-71］。基于三維建模的數字孿生技術也得到了相應的發展，被逐漸應用到文物保護的數據采集、三維建模、可視化等關鍵環節，并在我國大足石刻、大昭寺、龍門石窟、敦煌莫高窟等遺址的保護修復中有了初步實踐應用［72］。

2）環境監測與預警。隨著我國監測設備的研發及互聯網技術的發展，無損監測、自動監測等數字技術被用于文物本體及病害發育監測，在布達拉宮、莫高窟、長城等不可移動文物上，利用溫濕度傳感器、應變儀、位移計等多種傳感器設備，對文物本體、保存環境及其病害狀況實施了長時間的自動化監控，并通過物聯網及時將監測數據進行反饋。管理者通過監測數據，一方面能進行外界環境與文物本體及病害之間的關聯分析，為文物劣化機理研究提供基礎依據；另一方面，通過實時監測數據，及時進行環境調控［73-75］，如莫高窟通過游客監測及洞窟微環境監測，當洞窟微環境監測超過預警值時，則關閉洞窟開放，進行環境調控，以保證文物安全。在館藏文物中，通過對展館環境、文物保護微環境及游客的監測，進行合理開放安排及環境調控，以保證館藏文物始終處于穩定狀態［76］。隨著云技術及大數據的支持，監測形式及內容也在不斷豐富，未名文博在聯合國教科文組織亞太遺產中心北京分中心和北大考古虛擬仿真實驗教學中心的支持下，最新推出“文物e巡查”軟件系統，鼓勵公眾參與，既降低了持續監測的成本，緩解了各地文保工作者人員緊張的問題，同時又建立了預防性保護所需的文物大數據，實現了文物監測數據留痕可追溯，一本文物臺賬全程記錄，為所有級別文物的預防性保護提供了強有力的數據支撐，幫助管理部門對文物“家底”做到心中有“數”［77］。文物全方位的監測，積累的歷史數據及實時數據，為文物風險識別提供了基礎判斷依據。

3）數據挖掘與分析。環境監測數據的實時反饋能夠直觀體現文物保存環境的穩定性狀態，且與文物自身的保存狀況緊密相連［78］。目前，我國學者通過對監測數據的深入分析，建立環境與文物病害之間可量化的關系，并進行趨勢預測，推動了文物預防性保護的發展。付菲等［79］基于溫度監測隨時間變化的數據，采用神經網絡中的極限學習方法，總結了歷史溫濕度變化的規律，并建立了預測模型;葉飛［80］則運用小波相關分析技術，篩選了影響文物病害的關鍵因素，并將病害預測與環境變量相結合，構建了文物裂隙張開度的預測模型;而于洪磊［81］針對數據量龐大且非線性特征明顯的情況，采用了蜻蜓算法對BP神經網絡模型進行了建立和優化，建立了唐順陵石刻裂隙發育的預測模型。除此以外通過機器學習、數理統計等方法，進行病害數據挖掘與分析，研究文物劣化機理也被廣泛應用［82-84］。

4）虛擬現實展示與應用。基于數字化工具，人們能夠更細致的掌握并記錄文物的信息，實現對文物的高效監控與管理。此外，數智技術還能增強文物的展示效果，增強其利用價值。近年來，隨著三維掃描、虛擬現實技術的發展，文物數字化保護、數字化展示等蓬勃發展，古老的敦煌藝術通過“數字敦煌”飛出大漠［85］，兵馬俑通過計算機重建對象再現表面顏色和紋理［86］，大運河博物館通過數字展示再現運河盛景［87］，西安城墻推出了含光門數字博物館、長安智慧沙盤以及無人機結合VR技術的沉浸式導覽系統，為游客帶來了一場視覺與聽覺的雙重盛宴［88］。2016—2020年間，我國創建了已超過140 TB容量的館藏文物的數據，且多個省份建立了在線博物館展示平臺［77］。

5）數字化管理平臺建設。文物的基礎數據信息資料是開展文物保護工作的前提，利用數字技術對文物開展信息的采集、處理、建檔等工作是當前新時代背景下的必然趨勢。基于數智技術，不僅能提高文物的保護水平，還為文物的管理與研究提供了更為便捷高效的渠道［89］。目前，我國研究者結合互聯網技術、計算機信息化及數字化相關技術，提出了文物數字化管理框架技術體系［90］，初步建立了數字化智能管理平臺。

通過梳理國內外應用現狀可以看出，數字化技術在文物預防性保護中有了初步應用的探索，在數字修復、虛擬展示及數字化管理等方面已有應用，但目前應用的集成化創新及智能化程度還不夠，風險監測與識別不足、風險分析與評估不全面、風險控制不及時、價值闡述不深入、活化利用不足等問題仍未解決。對文物預防性保護來說，要實現從“搶救性”保護到“預防性”保護的基本轉變。新時期文物預防性保護要求常態化、標準化、制度化，建立健全日常專項檢查、巡查保養、科學監測等機制和工作體系，從而提高文物預防性保護水平。亟需探討數智技術在文物預防性保護中的應用，構建數字時代文物預防性保護科學體系，推進數智技術在文物預防性保護中的進一步應用，是解決文物預防性保護現存問題的基本思路。將數智技術與文物預防性保護研究結合，深入文物“防、保、研、管、用”等五大需求領域全過程全鏈條，是突破我國目前文物預防性保護難點的重要手段。

3 應用前景

《中國互聯網發展報告2020》中指出了文化遺產保護等傳統行業向數字化、網絡化、智能化轉型的趨勢［91］。國家“十四五”規劃綱要中明確提出了文化遺產保護傳承和全媒體傳播和數字文化等重點工作［92-94］。商務部等12部門也針對加快生活服務數字化賦能提出了指導意見［95］，這些政策的發布為數智技術在文化遺產保護中的應用研究提供了指導。基于此，如何將數智技術等現代高科技手段參與文化遺產的保護、傳承與開發，已成為全球范圍內的焦點［96］。數智技術深度應用于文物預防性保護，是突破文物預防性保護現存問題的有效手段，數智技術賦能文物預防性保護全過程，一方面為文物預防性保護提供了新技術、新方法，另一方面，也為文物的活化利用、文物的價值闡釋及文化的傳播傳承提供了新途徑。

數智技術在文物預防性保護中與其他學科的結合，是文物預防性保護領域的一大創新趨勢，跨學科的融合，這不僅增強了文物保護工作的效率和精確度，而且為文物的長遠保存與傳承奠定了堅實的基礎。數智技術與考古學、歷史學結合，通過三維掃描、攝影測量等，對文物進行精確記錄和數字化保存，為歷史學、考古學的研究提供豐富的數字資產;與藝術學結合，通過數字圖像處理技術，對文物的圖像進行修復、增強和分析，展現文物的藝術細節和特征;與物理學、化學結合，通過多光譜技術、智能認知技術等，對文物的材質、結構進行監測和分析，掌握文物的“健康狀況”;與計算機科學結合，利用計算機技術和人工智能技術，對文物進行智能監測、預警和診斷，能夠及時發現并應對文物可能遭遇的潛在威脅，同時，利用虛擬現實與增強現實技術，搭建起文物的數字化展示平臺，為游客提供豐富的文物盛宴;與地質學、氣象學、遙感等技術結合，構建“天、空、地”一體化的文物環境監測網絡，實現對文物環境的全方位、多尺度監測。數智技術與其他學科及技術的融合創新應用具體如下。

1）高效率數據采集，建立文保行業數據集。數字化采集是文物預防性保護中的關鍵環節。通過云計算、物聯網等前沿技術，實現自動化采集和數據處理，減少人力投入和錯誤率，降低數據采集的硬件和軟件成本。通過多模態、多手段有效結合的數字化采集，構建高效、精準、低成本、輕量化的數據采集解決方案，實現數據采集的自動化和智能化，并制定統一數據采集標準，創建數據共享系統，建立文保行業數據庫。

2）智能化數據挖掘，構建病害機理知識推理。針對目前文物數字資源普遍存在“數據孤島”的問題，通過多元數字技術，分類匯總各類專題數字資源，構建文化遺產專題數字資源庫，基于數字資源庫，利用數字信號處理技術，深度分析文物病害的環境影響因素;借助計算機深度學習不同環境條件下、不同時序組合條件下文物病害發育模型，通過監測數據的反演，訓練影響因子的權重，進一步揭示不同環境的病害發展規律，構建基于大數據和計算機深度學習的文物病害機理知識推理模型。

3）精準化風險識別，實現風險自動化研判。風險識別的核心是在復雜的環境中，準確識別出文物面臨的主要威脅，并全面發掘風險因素。現有文物保護中，已經布設了大量環境及文物本體監測，獲取了豐富的監測數據，結合數智技術，可以將三維成像、數字孿生技術等新技術應用于文物監測。通過捕獲文物表面特征，直觀反映文物保存狀態，并將大數據、機器學習技術結合地質學、氣象學、遙感技術等，構建“天、空、地”一體化的文物環境監測網絡，實現對文物環境的多維度、精細化監控，并構建科學的預警系統，以全天候、全角度的方式監測并記錄文化遺產的狀態，及時發現其細微變化，為文物風險識別提供可靠的數據支持。借助機器學習與人工智能算法，基于監測數據構建預測模型，深入分析文物可能面臨的各種風險，從而提升文物風險識別的能力。

4）精細化安全評估，增強風險防控能力。文物風險影響因素較多，傳統的風險評價基于人工評價，無法全面準確地構建統一的評價指標體系，隨著數智技術的發展，利用大數據分析技術建立文物安全風險評估模型是提高其安全管理水平的重要手段。采用大數據技術對文物安全影響因素的多源數據進行整合，建立安全評估所需的數據集，通過運用機器學習算法，AI系統能自動從數據集中提取關鍵特征，自動識別潛在的風險點，還能夠從多維度、全方位地分析風險，提升評估的效率和準確性，為文化遺產提供更全面、精細的風險管理支持。

5）自動化風險預報，強化智能輔助決策。我國文物資源龐大，涉及對象及風險因素多，多源異構數據龐雜，進行風險預報時，需要協調分析文物自身保存數據、環境監測數據、法規制度建設等，要求文化遺產管理部門具備強大的數據處理和分析能力。基于此，健全數據設施，變革應急管理工具，將數字技術用于風險預報，可有效提升管理部門數據收集、數據分析、數據挖掘能力，提升預防性保護能力。以文化遺產監測數據和物聯網、人工智能等技術為載體，通過規則和算法進行實時監測、掌握公共大數據和文物各項指標。隨著風險管理常態化，管理部門可運用大數據技術不間斷地對文化遺產高危險源、重點保護單位等進行監測，并通過數據挖掘、數據可視化等手段對文化遺產風險進行評估并及時進行風險預報。當有風險預報后，文化遺產管理部門將通過跨部門的協同聯動來及時響應，并實施干預從而快速地減少負面影響的產生。人工智能程序能綜合調用數據庫、知識庫、案例庫，反饋給管理部門最有效的干預方案和實施效果預測，數智技術能使得文化遺產管理多方聯動的協同性、整體性大大增加，在風險預報或風險防控方面都能精準施策。

6）智能化干預控制，提升風險管控效率。雖然我國已開展大量監測及風險評價研究，但對于風險控制仍存在判斷不足、控制不及時或控制主次不清晰等問題。其原因在于對監測數據分析不及時、分析結果應用不明確、管理人員采取措施有延遲等，要解決此問題，可結合物聯網、區塊鏈等技術建立監測、傳輸、分析、決策、預測為一體的控制系統。在現有環境監測基礎上，基于現代監測設備及互聯網技術，實現環境數據自動采集、快速傳輸，通過大數據機器學習及可視化，省略繁瑣的數據分析，直接呈現分析結果，并基于外部環境數據，進行自主學習并進行智能決策，及時進行智能環境調控。

7）數字化虛擬修復，推動數字物理融合修復。采用智能化虛擬修復可提高文物修復工作的效率、可重復性、無損性和準確性，并實現自動化和智能化的文物修復。采用數字圖像修復技術，能夠根據文物數字圖像中現存的信息，為缺失或受損的部分構建模型，從而恢復文物數字圖像的完整性，利用深度學習、計算機視覺等技術，自動識別文物損傷區域和類型，并利用虛擬現實和增強現實技術等數字化技術，創建高精度三維數字模型，并與3D打印技術結合，進行文物修復。

8）數字化文物建檔，實現全周期文檔管理。隨著文物預防性保護工作的深入，對文物管理要求也逐漸提高，新時代文物管理應與新質生產力結合，進行管理創新。傳統的文物管理，以紙質標簽和漆筆為主，工作量大、專業技能要求高，且文物安全管理主要靠人與管理制度嚴防死守，處于被動狀態，現有的部分管理導覽系統不能做到自動觸發和智能引導。物聯網技術、云計算平臺及大數據分析等先進手段的運用，能夠高效整合那些能夠即時感知、精確測量、迅速捕獲并遠距離傳輸信息的多樣化設備、系統及流程，從而顯著增強管理能力。通過構建一個針對文物保護的數字化管理體系，能夠實施以預防性措施為核心的保護策略。這一體系緊密圍繞文物保護管理的核心業務流程設計，旨在為管理實體提供全面的信息化與數字化支撐。深化文物的數字化管理進程，并搭建起一個功能強大的大數據信息處理系統，將是未來文物保護規劃制定、科學保護手段實施以及災害風險預防不可或缺的基礎性需求。

9）多元虛擬展示，促進文物活化利用。傳統博物館受技術、場地及展陳能力的限制，所能展示和提供的文物信息相當有限，大量藏品甚至難以有機會公開展出。這種在時間、空間及展示形式上的局限性，不利于傳統文物在社會教育和文化傳播方面功能的發揮。現已有部分遺址管理部門對部分文物進行了數字化修復及展示，獲得了大眾的一致好評。在未來，可全面利用數字化優勢，結合互聯網，打造“數字化博物館+物聯網+云計算”為一體的大數據文物平臺，為文物利用、展覽社教、文化傳播、知識服務提供更智慧、更智能的利用模式。完善文化遺產數據庫，采用多模態技術全面展現文化內容，創造出一種全景式的呈現方式，結合先進的數字化模型展示手段，從多個維度和層次上展現傳統文化的魅力。打造一種新型的發展模式，讓傳統文化煥發新的生機，促進其在新時代背景下的創新性轉化與發展。

4 結語

我國文物預防性保護的發展歷程，從理論構建到框架體系的確立，再到具體實踐應用，每一步都離不開科學技術的有力支撐。隨著信息技術和數字化技術在文物預防性保護中的應用，文物風險識別、病害機理研究、風險控制措施以及預警系統等方面的能力均得到了顯著提升，但目前仍存在風險監測與識別不足、風險分析與評估不全面、風險控制比較單一、文物價值闡釋深度和廣度不足、利用傳承方式不豐富、創新速度緩慢等問題急需解決。我國在文物預防性保護中仍面臨巨大挑戰。數智技術現有理論研究和行業應用，為其在文物預防性保護中提供了重要支撐，數智技術可在文物預防性保護的數據采集挖掘、風險識別評估、風險預報、智能控制、虛擬修復、數字檔案、活化利用等方面發揮重要作用。將數智技術與文物預防性保護相結合，是突破關鍵科學問題和技術難題，提升文物預防性保護科技水平，形成文物預防性保護新質生產力的有效手段。

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（編 輯 亢小玉）

作者簡介

孫滿利，博士，西北大學二級教授，博士生導師。現任中國巖石力學與工程學會古遺址保護與加固工程專業委員會副主任委員、中國文物保護技術協會文物保護教育專業委員會副主任委員、陜西省文物與博物館專業學位研究生教育指導委員會委員。主要從事巖土類文物保護研究，主持或參與國家社會科學基金項目、國家重點研發計劃項目等科研項目30余項以及20多項大型土遺址保護工程的勘察、設計，多次獲全國十佳優秀方案及全國十大文物保護工程獎，獲得國家科技進步二等獎1項，省科技進步獎3項，國家優秀教學成果獎2項，陜西省教學成果獎特等獎2項，發表論文百余篇，出版《土遺址保護初論》《交河故城保護加固技術研究》等6部專著。

基金項目：國家重點研發課題（2023YFF0905904）

第一作者：孫滿利，男，博士，教授，從事遺址類文物保護研究，sunml168@sohu.com。

通信作者：沈云霞，女，博士，副教授，從事巖土類文物保護、遺址鹽風化機理及防治研究，shenyx17@nwu.edu.cn。