對古建筑數字檔案的探討

文/云南財經大學 鄧振

一、案例

案例1：2015年4月25日，尼泊爾九層神廟在8.1級強烈地震中嚴重損壞。令人遺憾的是，九層神廟除了20世紀70年代的寥寥幾幅圖紙外，此前沒有系統全面的影像記錄。2017年8月，中國團隊援助九層神廟修復工程正式開啟。中國團隊按照“一旦損毀，就此重建”的標準，用數字化手段記錄下了完整的工藝流程、典型的精美裝飾構件，以及復原角樓的整體結構。這份數字檔案將成為兩國的共同財富。由于歷史資料有限，中國團隊通過走訪老工匠、收集老照片，盡量還原建筑群歷史原貌。2022年7月，中國文化遺產研究院經過5年努力，援助尼泊爾工作隊圓滿完成尼泊爾加德滿都杜巴廣場九層神廟建筑群文物本體修復。

案例2：2019年4月15日18時50分左右，法國巴黎圣母院發生火災，尖頂迅速倒下，損毀嚴重。直到4月16日凌晨3時30分，巴黎圣母院的火情才得到有效控制。法國巴黎圣母院（正式名稱是巴黎圣母主教堂），始建于1163年，1345年完工，是歐洲歷史上第一座完全哥特式的教堂，具有劃時代的意義，1991年被列入世界遺產名錄，是巴黎最具代表性的古建筑。慶幸的是，巴黎圣母院有較為完整的數字化檔案，保存了每一個細節、精準的3D激光模型可能會給圣母院精確重建帶來希望。巴黎圣母院塔尖按原樣重建取得“廣泛共識”，2021年3月5日，巴黎圣母院結束保護工作，正式開始修復工作。

災難給我們的警示是，保護古建筑是重要的工作。對古建筑檔案的數字化記錄必須趕快進行，尤其是世界遺產級別的古建筑，要真正記錄到一旦損毀可復原的程度。

二、古建筑檔案及古建筑數字檔案

我國古建筑眾多，但是我國對古建筑的數字化保護還處于起步階段，我國還沒有類似巴黎圣母院級別的翔實的數字檔案。災難不可預測，搶救古建筑信息的時機可能稍縱即逝，我國古建筑建立數字檔案勢在必行。

（一）古建筑檔案及古建筑數字檔案的定義?！肮沤ㄖ侵肝覈镔|文化遺產中的不可移動文物，特指具有一定綜合價值的歷史建筑?！惫沤ㄖ哂?個特點：一是隨時間流逝而消亡，處于新生和失傳狀態之間；二是歷史的見證、追憶，是不同地域的建筑遺產；三是有一定社會性，是人類歷史的寶貴財富。古建筑檔案是指古建筑在管理、修繕、使用、開發過程中形成的，具有保存價值的文字、表格、圖紙、照片、聲像、光盤等歷史記錄。

（二）建立古建筑數字檔案的意義。1.古建筑的價值。我國是世界四大文明古國之一，擁有許多宏偉壯觀的古建筑。古建筑是我國悠久歷史文化的活化石、重要實物資料，為研究當時人們在此活動提供了證明價值；印證了當時人們生活的場景、文化、科技發展，對深入研究我國古代歷史文化有重要歷史價值；是我國建筑藝術發展的產物，展示了古人的智慧，陶冶人們的情操，提升文化素養，具有審美價值。2.古建筑檔案留存少。我國古建筑多，但是因為整個古建筑分布范圍較廣，古建筑資料少有用文字或圖片資料保存下來。古建筑檔案的保存工作是一項艱難的工作，特別是少數歷史悠久的古建筑檔案保存工作。古代的歷史建筑檔案材料保存下來的極少，再加上一些古代建筑檔案的所有者不支持，在源頭上收集檔案材料存在極大困難。3.古建筑數字檔案的意義。部分古建筑已經出現了不同程度的損毀，毀壞后由于缺乏檔案資料，難以完全復原，建立古建筑數字檔案到了急不可待的時刻。古建筑修復保護的前提條件是有完整的古建筑數字檔案。對古建筑建立從整體到細節，從內到外的“全息數字記錄”，為古建筑建立完備的數字檔案是極其重要的事情。

三、古建筑數字檔案建檔收集范圍

近年來，國內多地古城、古鎮突發火災，損毀了古建筑。這些火災給我們警醒——要做好古建筑的“全信息數字記錄”。古建筑發生損毀時，我們可以查找、參照最準確的信息為古建筑恢復重建。古建筑數字檔案的收集范圍如表1所示。

表1 古建筑數字檔案建檔收集范圍

四、古建筑數字檔案的構建

我國的現狀是大多數的古建筑由于年代久遠，很難找到古建筑的竣工圖及其他檔案材料。構建古建筑數字檔案，才能有效解決這個難題。

（一）建立主管古建筑數字檔案的機構。相關部門長期以來處于各自為政的大背景下，檔案館、博物館、文物管理等單位由于歷史原因，缺乏交流與溝通，導致古建筑資料缺失或是保管方式不當，不僅影響古建筑的保護和修復工作，還不利于古建筑檔案利用工作的開展。部門之間沒有統一行動，重復勞動，造成資源浪費。例如：高校建筑學院經常組織學生開展古建筑實測、修繕等課題研究，積累了大量古建筑的一手資料。但是檔案部門另行組織實測建立古建筑檔案，造成工作重復，又不能發揮各單位專長。所以，我國應該建立一個從上而下專門負責建立、管理古建筑數字檔案的機構，古建筑數字檔案建立、利用的工作都應該在其指揮下開展工作。

（二）保證經費投入。部分專家認為，我國古建筑數字檔案建立、利用最大的困難是資金少的問題。我國古建筑檔案的管理模式主要由政府撥款，政府部門相關管理人員對古建筑檔案進行整理、保存的方式是許多列為國家級的古建筑才有固定的經費管理檔案，而省、市級的古建筑檔案管理經費經常是時有時無的。不健全的古建筑檔案管理基金管理體系，給古建筑數字檔案的建立、開發利用帶來巨大困難。全國性的古建筑數字檔案的建立，是我國面臨的新課題。我國在極少數古建筑數字檔案建立方面進行了有效嘗試，但是我國幅員廣闊，要確保全國范圍的古建筑數字檔案建立、管理。我們要增加對古建筑保護的資金投入，積極贏得各方支持，拓寬資金的來源渠道，建立古建筑數字檔案基金管理中心。首先，地方政府部門每年要從財政方面拿出部分資金來作其管理啟動資金。其次，積極動員社會力量，號召感興趣的企業家進行投資，或者通過相關平臺向社會籌資建立當地古建筑數字檔案資金，由專業人士負責資金管理。

（三）運用古建筑數字化保護技術。1.三維激光掃描技術。20世紀90年代出現了能獲得空間三維信息的全新技術手段——三維激光掃描技術（又稱“實景復制技術”）。該技術不需要親自接觸測量，擺脫了以前測量技術的局限性，不受白天黑夜的限制，可以通過主動測量的方式，獲得大量高精度的三維坐標，將這些空間信息快速地轉換成方便計算機處理的三維數據。因為與古建界沿用至今的徒手測量相比，三維激光掃描技術具有測量速度快、信息豐富、數據準確性高、有利于保護被測物體、節省資金、數據價值高等優點，所以近些年該技術在我國古建筑保護領域的應用備受關注，國內外許多專家、學者都展開了相關的技術研究工作。三維激光掃描技術適用于任何復雜的現場環境和古建筑。三維激光掃描技術主要是為了獲得“點云”數據，它運用激光測距的原理獲得物體表面每個采樣點的空間坐標，并且是連續整體式的采集數據，最后得到“點云”（點的集合）。點云數據是對空間的三維記錄，密集地記錄了被測建筑的三維空間坐標、反射率、紋理等真實、精準的信息，我們不僅完整、準確記錄了古建筑的現場信息、尺寸信息，還能隨時根據需要利用計算機測量古建筑，調用實測數據，對古建筑CAD二維圖形進行精確轉換。三維激光掃描技術，只要對古建筑合理地進行布點定位、全面掃描，就能采集全面又準確的古建筑的詳細信息。數據采集的過程中，會產生一些不規則、模糊的點云（被稱之為噪點），必須進行去噪點處理。古建筑測繪的目的，是為了能得到準確的、真實客觀反映古建筑的CAD圖紙以及三維信息，為日后重建、修復提供詳盡的資料。2.BIM技術。BIM建立的三維模型是實體模型，不僅能滿足視覺要求還具有構件信息。BIM通過參數構件最終實現三維模型全參數化，使其能夠不借助幾何結構就能直接獲取構件屬性信息。古建筑數字化保護的關鍵就是獲取古建筑的屬性信息。BIM技術具有完備性，能提供建程工程的設計、施工、維修、工程邏輯等完整信息，還能為古建筑高效提取準確的構件信息。具有關聯性（指相互關聯的對象相互影響，如古建筑二維圖紙與三維模型，尺寸、注釋與對象等，具有依附關系的構件）；具有一致性（模型信息前后一致，工程的不同階段都可以使用，無須重新創建模型參數及屬性信息）。BIM技術在古建筑中的運用主要有2種。古建筑由于時代較遠，能保存建筑圖紙的古建筑極少，我們可以用三維激光掃描技術采集點云數據，并將這些數據導入BIM軟件，逆向建模。古建筑施工現場的管理，也需要運用BIM技術。我們在古建筑施工現場定期進行三維掃描，將處理之后的掃描點云，對比我們的設計模型，這樣就可以用可視化的方式控制、檢驗施工質量。3.VR虛擬展示。虛擬現實技術主要是由于計算機軟件技術及測繪技術發展后所產生的一種交叉技術。也可以指借助計算機軟件的模擬來制作一些現實生活中或者想象的實體，這些實體可以對人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺產生影響，用戶可以通過人的感官或者四肢與這個虛擬環境進行自然的交互。虛擬現實技術，可以借助立體眼鏡、操作手柄、數據頭盔等三維設備、傳感設備來完成交互操作，通過人機交互達到人與人的溝通。我們可以將古建筑BIM模型數據導入虛擬漫游程序中，讓游客異地也能通過互聯網參觀古建筑。

我國要真正意識到古建筑數字檔案建立的重要性，加大古建筑數字檔案經費投入、技術研發、標準建立、人才培養等工作。我們要努力建造古建筑數字化檔案，留住古建筑本身的信息，很多技術還在探索階段，在古建筑數字檔案構建方面我們任重而道遠。