数字化建模对古建筑遗产的作用

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【摘要】我国传统古建筑多为木质结构，极易受到自然和人为的破坏，所以利用古建筑信息进行遗迹保护变得尤为重要。如何减少古建筑保护时产生的破坏，是值得我们思考和探索的重要任务。文章通过对民国时期的一个民居建筑群进行数字化建模为例，分析数字化建模对古建筑保护和信息保存的积极意义，尤其对古建筑群的整体三维重建具有非常重要的现实意义。

【关键词】数字化建模；古建筑保护；瑞安堡

1引言

传统的古建筑保护一般从实物和信息两个方面结合进行保护。实物保护以实地勘察为主，通过勘察发现古建筑损坏之处，再由维修人员对其进行针对性保护，而保护过程中的信息记载主要以文字、影像、图表等形式呈现。随着时光流逝，这些传统的信息储存方式渐渐消失在历史的漫漫长河之中，残存下来的建筑图纸和历史影像也不能直观反映出古建筑的真实原貌和精确尺寸，甚至有不少文物建筑没有文献资料遗存，使得文物复原与重建的工作难度增加[1]。基于计算机技术的飞速发展，利用现代化信息手段使古建筑保护数字化、信息化，对古建筑遗产的保护与传承起到非常重要的作用。

2瑞安堡概述

瑞安堡作为目前甘肃河西地区保存最完整的堡寨式建筑，无论从建筑的形式，还是建造的规模来看，都是目前体量最大，整合度最高的代表性堡寨式传统建筑，其院落空间布局及内部单体建筑特征都具有非常重要的研究意义[2]。瑞安堡的建造年代为民国时期，距今有近百年的历史，是研究武威地区堡寨建造形式历史文化的重要实物资料。瑞安堡坐北朝南，由民居住宅与院落空间共同构成长方形的建筑总平，其东西宽56m，南北长100m，平面布局为文字象征的“一品当朝”（见图1），而平面总体造形呈“凤凰单展翅”[3]。作为集居住与防御于一体的堡寨式建筑，瑞安堡以高墙为筑，将整个院落与建筑包围在城墙之中，仅开放主城门为唯一出入口。瑞安堡整体空间的基本形制可以看作是城墙与三进式四合院的组合。堡中的建筑群多为木质结构，经过岁月与战争的洗礼，现存古建筑都已遭受不同程度的损坏，传统的古建筑保护手段已经不能起到有效保护的作用。

3瑞安堡数字化模型构建过程

在对古建筑进行数字化建模之前，需要收集、整理和储存古建筑的相关信息内容。数字化技术的日益进步是实现无破坏保护古建筑的先决条件，在收集古建筑相关信息内容时要增强对信息的组织和处理能力，以便顺利完成古建筑信息数字化收集的基础工作。瑞安堡始建于民国27年，其建筑实物保存较为完整，并未涉及部分建筑需要复原。因此，在初期的信息获取这一阶段难度不大，重点和难点在于数据的整理和录入以及信息模型的建立。

3.1信息采集及数据整理武威瑞安堡建筑群的信息采集工作主要包括空间几何信息和历史人文信息。空间几何信息是指古建筑的整体三维形状、几何空间大小以及节点构造尺寸等，空间几何信息是可以通过现代技术手段以及电子设备来获取，通常借助GIS技术和三维激光扫描仪进行采集，通过对收集到的点云数据进行整合处理，为后期生成古建筑数字化模型做准备[4]。历史人文信息包括建筑本身的建筑材料、地域特色、人文背景以及艺术价值等，对这部分信息的获取不能依靠测量的手段，只能通过实地调研和文献检索进行信息收集，最终通过人工与软件结合的方法进行信息梳理。

3.2数字化模型构建瑞安堡建筑群的数字化建模过程以BIM软件为基础，GIS技术为框架，开展的逆向建模工程，运用Rivet软件“族群”去划分每个古建筑构件的实例，进而正向建立古建筑数字化三维模型[5]。在建立特定模型之前，以古建筑构件的内部结构规则为底层逻辑，在GUI中录入古建筑内部空间和大样的尺寸等关键参数。在对单体古建筑各参数输入的过程中总结出古建筑中各建筑构件的关键参数，并将其存入数据库，该数据库可以生成用户所需古代建筑组件的一些参数。尤其是中国的古建筑中细部构件种类繁多（见图2），主题样式不限，有了这个数据库之后，将来对模型进行建模时，系统可以根据用户输入的关键参数生成用户所需的古建筑构件及其他关键参数。

3.3属性信息录入瑞安堡建筑群的数字化三维模型包含许多属性信息，例如各建筑单体本身的整体结构和细部构造特征会因建筑层数而异，瑞安堡作为武威地区现存唯一的堡寨建筑，其建造工艺风格、人文艺术价值都十分重要。属性数据除了当时测绘所得的一些矢量图形之外，还包括不同时期对瑞安堡建筑群体采取保护措施时所记载的修缮资料、历史文献、各类声频及影像资料。结束模型构建工作后，构造、材质、物理等信息将被统一在古建模型的数据部分，并且一同储存在原先已有的空间数据之中。

3.4建筑模型的虚拟展示瑞安堡三维建筑模型的虚拟展示主要依托于VR技术实现，VR技术是指利用计算机生成一种可对参与者直接施加视觉、听觉和触觉感受，并允许其交互地观察和操作的虚拟世界的技术[6]。通过虚拟展示技术创建符合瑞安堡人文历史背景的虚拟环境之后，将瑞安堡的数字化模型置入虚拟场景，加入设计者对瑞安堡建筑群本体及其周围环境的了解，在计算机中形成高度模拟现实世界中人与环境的一种虚拟仿真场景。为了减少人为因素对古建筑的破坏，游客可以借助VR眼镜走进瑞安堡建筑群，跨时空感受人与建筑的互动。

4古建筑数字化保护的意义

古建筑属于不可移动文物，当古建筑受到外界因素破坏时，需要人为的去修复，在修复过程中难免会遭受二次破坏，在这个过程中，需要合理运用数字化技术对建筑进行修复，以保证其承载的地方历史文化得以传承。古建筑保护与数字化技术的结合将以高效率、低成本的方式去传承古建筑文化。

4.1建立古建筑数字化档案不同的古建筑承载着不同时代的历史文化，科技化、数字化的测量方式比传统的测量方式更加快速准确，能够更真实地还原古建筑的原始风貌。在对古建筑数字化建模的过程中，已将古建筑有关的空间几何信息以及历史文化信息输入同一个数据库中，以便于古建筑的修复能实现数字化统一配合。古建筑数据库要实现动态、持续收集，后期进行改扩建或者修缮的档案数据也要实时归档，完成数据库的建设工作。数据库的建立除了满足其他行业人员对古建筑数据的需求之外，还可以加强政府及相关工作人员对古建筑信息的管理。

4.2对古建筑数据进行还原数字化技术还可以在古建筑的修复还原过程中起到正向的功能。对于在实施数字化保护之前就已缺失部分构件的古建筑，可以采集数字化测量得到的数据，将其输入计算机软件完成三维建模，再利用计算机进行模拟合成，将古建筑破损或缺失的部位进行完整还原。对于现状保存完好的古建筑，可以通过上述步骤建立数字化三维模型，并成立数据库，将该建筑相关的空间几何信息和历史文化信息都储存在数据库中，对古建筑的原始样貌进行永久保存，以便后期古建筑遭受不可抗力因素被破坏时能够对其实现零误差还原。

5古建筑数字化保护方面的欠缺

5.1古建筑数字化应用单一在古建筑领域的应用方面，现阶段数字化技术功能缺乏层次体系。除数字化管理古建筑时空信息的基础职能之外，其最广的应用便是利用VR技术可视化古建筑的三维模型。虽然我国利用数字化技术保护古建筑的工作已有初步成效，但是在古建筑预防性保护和事后修复性保护方面还有一定的欠缺和不足[7]。古建筑实现数字化之后可以考虑与其他行业共同合作，实现古建筑数字资源的应用转化，扩大古建筑文化的影响范围。

5.2数字化档案建立不够完善古建筑数字化的目标就是建立一个翔实的数字档案馆。建设我国古建筑数字化档案是加强我国古建筑保护的必由之路。现在大部分古建筑数字化的表现形式都是以计算机专家参与为主导的虚拟现实技术，通过计算机记录古建筑本身的空间几何信息，但古建筑包含的人文社会、历史艺术等隐性文化还待进一步融合。数字化档案的建立是为了多学科、多行业打下坚实的数字化成果转化基础，不能只为了单一的某个应用而积累数据。

6结语

数字化技术与古建筑的结合是现阶段古建筑保护领域的蓝海。本文以武威瑞安堡为例，阐述了古建筑数字化建模的逻辑思路，展示数字化技术对古建筑遗产保护的价值。在此基础上，提出一些对于国内目前古建筑数字化保护方面的认识与反思。古建筑作为我国的不可再生资源，合理地应用和推广数字化能够有效保护我国古建筑，减少由于传统保护不当而造成的资源浪费。数字化传承的普及就是为了弘扬文化遗产，在不断完善古建筑数据库的同时，要让古建筑数字化保护走向大众，尽可能地将建筑所蕴含的艺术文化信息真实再现。

参考文献

[1]马珂研，潘毅，靳俊山.古建筑数字化保护与推广[J].智能建筑与智慧城市，2020（11）：139-140.

[2]韦俊卿，贾丽奇，李海铭，等.空间量化视角下的堡寨式建筑研究——以甘肃河西走廊地区瑞安堡为例[J].建筑与文化，2021（7）：189-191.

[3]王巍.河西走廊地区寨堡建筑[D].西安：西安建筑科技大学，2010.

[4]郭豪，周玉佳，陈洪杨，等.引入BIM技术的古建筑数字化保护研究——以凤阳明鼓楼、明皇陵为例[J].安徽建筑，2021，28（10）：150-152.

[5]沈维莉，张克纯.基于BIM技术的古建筑数字化保护研究[J].四川建材，2017，43（12）：63-64.

[6]《中国电力百科全书》编辑委员会，中国电力出版社《中国电力百科全书》编辑部编，中国电力百科全书·电工技术基础卷[M].北京：中国电力出版社，2001：380-381.

[7]狄海宁.浅谈古建筑保护中的数字化技术[J].文物鉴定与鉴赏，2018（3）：130-132.

作者:朱晓青 单位:西南交通大学建筑学院