城市更新背景下工業遺產保護與參數化設計交互展示平臺研究

本文引用格式：，.城市更新背景下工業遺產保護與參數化設計交互展示平臺研究［J」.藝術科技，2025，38（7）：56-58.

中圖分類號：TU984.114 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2025）07-0056-03

0引言

唐山這座被譽為近代工業搖籃的城市，承載著厚重的工業歷史，擁有開灤煤礦、唐胥鐵路等多達156處珍貴的工業遺產。然而，在城市發展進程中，這些工業遺產面臨著嚴峻的困境。數字孿生技術的興起，為破解困境帶來了新的契機。本研究旨在通過參數化設計提升工業遺產改造效率，依托UnrealEngine5構建交互式展示平臺，深入探索工業遺產從“實體留存”到“數字孿生”的轉型機制，為工業遺產的保護與活化開辟新路徑。

1工業遺產數字化理論框架與技術邏輯

1.1理論演進：從實體保存到虛實共生工業遺產保護理念的迭代始終與社會發展需求深度綁定，經歷了從“物質留存”到“價值再生”的范式轉變。20世紀80年代的“原真性保護階段”以《威尼斯憲章》為理論基石，強調對工業遺產本體的“冷凍式保存”，其核心在于通過維持空間形態與工藝特征的完整性，留存工業革命的物質證據。英國鐵橋峽谷博物館群的保護實踐中，廠房內的機械設備原樣封存，形成工業歷史的“固態標本”。這種理念在工業化進程較快的國家迅速傳播，成為早期工業遺產保護的主流模式[1]。

2003年《下塔吉爾憲章》的發布標志著“適應性再生階段”的開啟，該階段突破了“封存式保護”的局限，提出“最小干預 + 功能置換”的復合策略。德國杜伊斯堡北風景公園的改造中，設計師將鋼鐵廠的高爐、傳送帶等構筑物轉化為攀巖墻、觀景臺等現代設施，在保留工業美學特征的同時植入休閑功能，實現了“工業廢墟”向“城市公共空間”的轉化。這種理念強調保護與利用的動態平衡，使工業遺產從“被遺忘的角落”重新融入城市生活脈絡。2018年《無錫建議》的出臺推動工業遺產保護進入“數字活化階段”，技術賦能成為文化敘事的核心驅動力。匹茲堡鋼鐵廠遺址通過VR技術模擬煉鋼爐前的高溫作業場景，觀眾佩戴設備后可“聽見”金屬撞擊聲、“感受”熱浪拂面，這種多模態沉浸體驗突破了傳統展示的時空限制。當前，工業遺產保護范式強調構建“物理一數字”映射系統，通過三維掃描構建遺產數字孿生體，利用算法模擬不同改造方案的影響，最終通過虛擬交互實現文化價值的多維傳播。唐山工業遺產的數字化實踐就遵循這一邏輯，通過參數化模型與UnrealEngine5場景的聯動，構建起“實體保護一數字敘事一公眾參與”的立體保護體系。

1.2技術適配性：參數化與交互展示的融合

參數化設計在工業遺產改造中具有顯著優勢，它通過算法將幾何參數、材料屬性與功能需求緊密關聯，有效解決了工業遺產改造中的兩大關鍵痛點。在高效性方面，Grasshopper算法能夠批量生成改造方案，相較于傳統設計效率大幅提升，有效縮短了設計周期。在精準性上，該技術可以自動識別工業遺產的承重結構，使歷史要素的保留率提升，確保改造過程中最大限度保護工業遺產的原真性[2]。

UnrealEngine5交互引擎通過動態渲染技術，構建多層次場景重構能力。在歷史場景復現維度，依托物理渲染材質，實現工業遺產空間氛圍的還原；在功能模擬維度，集成參數化調節工具，支持改造方案的空間使用效果預演與可視化呈現。在公眾參與層面，通過調查問卷等形式，將用戶交互行為轉化為設計反饋信息，輔助優化設計方案，形成“需求采集一方案生成一反饋優化”的交互機制，平衡技術可行性與公眾參與度[3]。

2實踐路徑：唐山工業遺產的數字化再生

2.1全鏈條技術流程

工業遺產數字化再生的技術流程融合多學科技術工具、多環節技術鏈路，形成從物理空間到數字空間的精準映射。通過三維激光掃描、歷史文獻數字化、口述史采集等方式，構建工業遺產基礎信息庫。

基于采集數據，利用Rhino+Grasshopper構建參數化模型。以唐胥鐵路路基為例，運用高精度掃描設備獲取路基、機車等構筑物的三維數據，結合老照片、工程檔案及工人訪談記錄，形成包含空間坐標、歷史節點、文化記憶的多維數據庫。基于采集數據，利用參數化設計工具實現改造方案的高效生成。將工業遺產分為不可變要素與可變要素，輸入軌距、高度等工程參數及功能需求，通過算法生成多樣化改造方案[4]。

將參數化模型導人UnrealEngine5進行場景化呈現，通過動態渲染技術還原歷史氛圍。運用物理材質模擬銹蝕、磨損等工業痕跡，結合光照系統復現不同時段的光影效果。同時，利用虛擬引擎的物理模擬功能檢測空間使用問題，如人流擁堵或遺產遮擋，確保場景既符合原真性又滿足現代需求。

為增強公眾參與性，將UnrealEngine5場景通過調研、開發配套線上小程序等方式，使用戶掃描實體遺產二維碼即可疊加歷史信息與解構動畫，小程序還支持改造方案投票、用戶生成內容分享等功能，將公眾反饋轉化為設計優化依據，形成“需求采集一方案生成一反饋優化”的閉環，實現虛實空間無縫銜接。

2.2唐胥鐵路遺址的交互展示創新

唐胥鐵路作為中國首條自主修建的標準軌距鐵路，其數字化展示以“鐵路技術史敘事”為核心，通過多模態交互手段呈現中國近代工業起步歷程，構建多層次交互體驗。通過UnrealEngine5重建1881年通車場景，用戶可自由移動視角，觀察“龍號機車”外觀與鐵路設施細節，配合圖文展板與音頻導覽傳遞歷史信息。場景“時間錨點”可觸發動態事件，如機車蒸汽噴發特效與鐵軌鋪設動畫，配合圖文展板直觀傳遞歷史信息。

“鐵路技術探索之旅”交互模塊以任務式設計增強教育趣味性，引導公眾了解遺產背后故事。用戶可在“形象IP”的帶領下操作虛擬界面，通過互動掌握工業遺產知識。游覽工業遺產，深人了解文化性知識。完成游戲，通過任務式互動掌握工業遺產、前世今生等知識，增強教育趣味性。

唐胥鐵路遺址數字化展示以“鐵路技術史敘事”為核心，構建“時間線 + 故事線”雙軌交互體系，通過分層敘事引導公眾深度理解工業遺產的歷史脈絡與文化內涵。用戶選擇“時間線”模式后，系統以工業遺產關鍵歷史節點為脈絡展開場景。選擇“故事線”模式的用戶將以“探索者”視角參與沉浸式任務，通過交互操作解鎖歷史文本、復原技術資料、觸發虛擬對話等方式，深入挖掘工業遺產背后的人文故事。兩條路線相互協同，時間線為故事線提供歷史坐標，故事線為時間線注人人文溫度，使工業遺產從靜態留存轉變為動態敘事載體，為歷史文化的現代化表達提供實踐路徑。

Σ=Σ 唐山工業遺產的數字化再生不僅聚焦遺址活化，更注重“跨尺度價值延伸”，通過空間整合與產業聯動構建工業遺產保護利用的生態體系。在區域尺度上，依托GIS技術開發“唐山工業遺產數字地圖”，整合遺產的空間坐標、歷史脈絡與關聯網絡，通過地理圍欄觸發“遺址一區域”的敘事聯動，并基于用戶興趣生成“技術史”“城市變遷”等主題游覽路線，形成工業文明敘事廊道（見圖1）。

3創新：技術賦能與文化再生的互構機制

3.1創新性嘗試

本研究在工業遺產活化領域進行了系統性創新嘗試，通過融合參數化算法與數字孿生交互技術，構建兼顧效率提升與文化再生的雙軌驅動范式。在設計范式革新層面，依托Grasshopper參數化平臺對工業遺產要素進行精細化分類，實現多版改造方案的批量生成。相較于傳統人工設計周期，算法驅動將方案生成效率大幅度提升，顯著縮短決策流程。同時，通過虛擬預演技術提前規避空間沖突，有利于提高工業遺產改造的效率和經濟效益。在遺產敘事重構層面，創新運用UnrealEngine5引擎構建“時空錨點”動態交互機制，使工業場景轉化為“可閱讀的歷史文本”：用戶可通過掃描實體二維碼觸發相關工業遺產等事件動畫，結合物理渲染精準工業遺產舊貌等。通過“時間線 + 故事線”雙軌敘事體系，將靜態遺存轉化為沉浸式文化媒介，公眾在操作虛擬界面的過程中，深度理解工業遺產的技術演進與人文精神，有效彌合年輕群體的認知斷層。這種技術賦能與文化敘事的互構，不僅提升了遺產活化的公眾參與度，更開辟了工業文明現代化表達新路徑。

3.2 現存挑戰與優化

盡管取得了一定成果，但在技術應用過程中仍面臨一些挑戰。在技術整合方面，Grasshopper與UnrealEngine5之間存在數據互通誤差，未來將在兩種軟件的聯動上尋找解決方案。未來將繼續深化交互展示平臺的功能性開發，致力于工業遺產的保護與研究。在公眾層面，未來將提高公眾參與度，使更多用戶能夠了解并參與保護工業遺產。

4結語

本研究通過參數化設計與交互展示技術的融合，為工業遺產的可持續活化提供了“技術解構一活化敘事一公眾參與”的立體化解決方案。參數化設計突破傳統改造的效率瓶頸，數字孿生技術則賦予工業遺產動態敘事能力，二者共同構建了物理空間與數字空間的雙向激活機制，為資源型城市的文化再生提供了可復用的技術范式。未來，工業遺產的活化利用需進一步強化技術生態整合與文化價值延伸。在技術層面，可深化Grasshopper與UnrealEngine5的數據聯動精度，提升改造方案的系統性與可追溯性；在文化層面，結合地域工業文明特色，開發“遺產敘事 + 沉浸體驗”的多元化場景，如工業主題數字藝術展等，推動工業遺產從“歷史標本”向“活態文化IP”轉型。

參考文獻：

[1」徐蘇寧，王國慶，李世芬，等.工業遺產保護與城市更新[J].城市規劃，2017（2）：81-84，101.

[2]葉瀛舟，厲雙燕.國內外工業遺產保護與再利用經驗及其借鑒[J].上海城市規劃，2007（3）：50-53.

[3」朱寧，高琦，郭亞成.基于數字技術的工業遺產保護和再利用策略研究［J].工業建筑，2014（2）：5-7，12.

[4］王英鈺.工業遺產建筑更新的空間交互體驗敘事機制研究［J].設計，2025（3）：150-154.