古建筑數(shù)字化修復(fù)和保存 

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摘要：中華文明傳承悠久，有著豐富的古建筑文化。在漫長的歲月中，古代先賢創(chuàng)造出了燦爛輝煌的建筑群。如：故宮、頤和園、長城等。但隨著時間的流逝和歲月的變遷，許多珍貴的古建筑因為人類的活動被破壞。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，這種新型技術(shù)為古建筑的保護和修復(fù)提供了有效的手段。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；優(yōu)勢；古建筑修復(fù)；應(yīng)用

一、引言

古建筑是人類歷史和文明的見證和載體。隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，古建筑的經(jīng)濟價值和社會價值逐漸被開發(fā)出來，人們對古建筑的重視度也越來越高。但是部分古建筑由于被破壞的時間過于久遠，建筑結(jié)構(gòu)的修復(fù)變得復(fù)雜起來。早期傳統(tǒng)的古建筑的測量和繪制方法通常是以角尺、垂球、直尺來進行測量，以此獲取建筑物的部分構(gòu)件尺寸并進行數(shù)據(jù)和資料的統(tǒng)計，但由于測量手法粗糙，不能達到全面復(fù)原古建筑的效果。現(xiàn)代古建筑的修復(fù)技術(shù)利了數(shù)字化技術(shù)，利用三位激光掃描技術(shù)等對建筑物進行快速、準確、全方位的掃描。在對古建筑進行維護、整理和修復(fù)的過程中，需要注意不破壞原有的布置格局和空間結(jié)構(gòu)。對于重大古建筑的修復(fù)，要求對建筑本身的資料進行統(tǒng)計分析，對建筑的結(jié)構(gòu)進行精確的測繪。

二、數(shù)字化技術(shù)的概述

實體建筑物的數(shù)字化，就是現(xiàn)實建筑尺寸、構(gòu)造、圖像等資料的虛擬化和數(shù)據(jù)化。即將建筑的各個結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X中可以運行存儲的數(shù)據(jù)，然后將這一系列的數(shù)據(jù)建立出數(shù)據(jù)化模型，在電腦中轉(zhuǎn)變?yōu)槎M制代碼。即：通過0和1兩位數(shù)字的編碼，使用光纜、衛(wèi)星、計算機等設(shè)備來進行信息快速的處理。通過這一技術(shù)，實現(xiàn)了圖像、文字、聲音、數(shù)據(jù)的編碼和解碼，使得各類信息得到采集、傳輸、存儲和高速的處理。數(shù)字化技術(shù)有以下四個功能：

（一）科學(xué)的計算方法

數(shù)字化技術(shù)的功能是將復(fù)雜的數(shù)據(jù)、圖形快速的轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。計算機的存儲較大，計算精確，運算強度大的特點解決了人工操作無法解決的問題。

（二）高效的信息管理技術(shù)

數(shù)據(jù)快速和準確的處理是信息管理的核心技術(shù)。經(jīng)歷從簡單到復(fù)雜的三個步驟：EDP階段（電子數(shù)據(jù)處理階段）；MIS階段（管理信息階段）；DSS階段（決策支持系統(tǒng)）。

（三）生產(chǎn)過程的數(shù)字化

利用計算機對整個生產(chǎn)階段進行控制。不僅提高了工作的效率，降低了計算的難度，也節(jié)省了許多人力物力，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

（四）計算機加以輔助

輔助工程在數(shù)字化技術(shù)中有許多應(yīng)用。包括計算機輔助設(shè)計、計算、監(jiān)督、測試等。例如用CAD、天正等繪圖軟件進行結(jié)構(gòu)平面布置和結(jié)構(gòu)合理性驗算。用CAM對設(shè)備進行控制。用CAT對產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測。就目前而言，建筑動畫技術(shù)除被應(yīng)用在古建筑的修復(fù)上，還被廣泛應(yīng)用在廣告、多媒體、動漫、影視、房地產(chǎn)項目開發(fā)方面。如建筑動畫在房地產(chǎn)開發(fā)、廣告宣傳、招投標、建成樓盤的銷售等方面的應(yīng)用，是一種新型的房地產(chǎn)營銷模式。在我國一、二線城市（廣州、北京、上海等）和科技發(fā)達的國家（美國、加拿大、德國等）都收到廣泛的好評。這種新型技術(shù)不僅成為房地產(chǎn)公司綜合實力的象征，還代表著國家的綜合國力和科技實力。

三、數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢

（一）測量方式不損害古建筑現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的古建筑修繕方式，在對于古建筑進行修復(fù)時通常需要進行現(xiàn)場的勘探，傳統(tǒng)的測繪方式主要是手工測繪和攝影攝像。此種方式不僅需要耗費人力、物力以及大量的時間，還會不可避免的對建筑物造成損害。自從三維激光掃描技術(shù)問世之后，古建筑的修復(fù)技術(shù)較之前相比更為完整。精度更高，對于復(fù)雜的構(gòu)建也能進行記錄；誤差更小，手工測繪的誤差可以減小到最低程度；解讀更方便，通過讀取電子圖可以直接形象直白的看到構(gòu)件細部的具體尺寸。對修復(fù)進行監(jiān)測，在修復(fù)的前后進行掃描，就可以發(fā)現(xiàn)修復(fù)過程中的問題；避免人工測繪中出現(xiàn)對建筑物造成破壞和損害的現(xiàn)象。

（二）在修繕前進行模擬實驗

由于時間的沉淀和人為的損害，古建筑的材料出現(xiàn)老化的現(xiàn)象。在修復(fù)的過程中，沒有辦法預(yù)料是否會對建筑物造成更大的破壞。目前已經(jīng)研發(fā)出古建筑虛擬修復(fù)系統(tǒng)和維修信息庫，通過軟件的信息處理和結(jié)構(gòu)分析，對修復(fù)的方案進行演示，提供修繕的可行性方案。并且古建筑油飾彩繪數(shù)據(jù)庫也已經(jīng)被開發(fā)出來，可更加形象的復(fù)原建筑的外觀。

（三）永久的保存資料和文獻

歷史文化和古跡文化的傳承可以通過計算機得以保存。數(shù)字化不僅可以將圖片、文字、影像等存儲歸檔之外，還可以通過三維技術(shù)對其進行展演。使得古建筑以另一種方式保存的同時，對今后其他建筑物的修繕提供一定的經(jīng)驗和方案。

（四）對修復(fù)核心技術(shù)進行演練

利用建筑動畫技術(shù)，可以再計算機當中模擬出修復(fù)古建筑的全過程。尤其是工程當中一些先進的設(shè)備和重要的操作項目。這些設(shè)備和項目的施工是不允許出現(xiàn)任何偏差的。利用建筑動畫演示，可以考察修復(fù)技術(shù)是否安全合理，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中質(zhì)量和安全方面的隱患，有利于施工人員更加安全的完成任務(wù)。

四、數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

中國作為一個歷史悠久的文化資源和古建筑資源的大國。三維激光掃描技術(shù)為古建筑的修復(fù)了巨大的幫助。據(jù)統(tǒng)計，我國被納入保護區(qū)的建筑群已有30多萬個。巨大的搶救量和修復(fù)量在數(shù)字化技術(shù)的輔助下變得不再困難重重。在2006年，對文化遺產(chǎn)保護工作進行研究的清華大學(xué)人員使用了三維激光掃描儀測繪了山西陵川縣三仙廟的一部分古建筑和五臺山佛光寺。同年，“西安民居保護修繕工程”也在西安市正式開展，使用了新型FAROLaserScannerLS的激光掃描儀。徠卡公司對三維掃描技術(shù)作出了新的定義，即HDS技術(shù)。這種全新的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進展，可以獲得精確的數(shù)據(jù)，在許多工程中得到了應(yīng)用。如：故宮、長城、兵馬俑坑、佛光寺的修繕等。目前而言，因測量的建筑有限，所以在古建筑的修復(fù)方面沒有系統(tǒng)的手段和規(guī)范。國外對于古建筑的修復(fù)也多采用數(shù)字圖像、近景攝影測量、虛擬現(xiàn)實和三維激光掃描進行測量。如：H.Sternberg等人使用此技術(shù)對漢堡市政大廳內(nèi)的兩個著名的大廳(Kaisersaal,GroberFestsaal)進行了掃描并建立了三維模型;Konya考古博物館也是C.Altuntas利用三維激光掃描技術(shù)進行的測繪和三維建模，并利用彩色及灰度模式使點云生成的表面模型變成可視化。

五、小結(jié)

數(shù)字化技術(shù)給古建筑的修復(fù)和保存帶來了極大地幫助。它在減少了修繕工作的前期準備時間的同時，還節(jié)約了項目的成本。本文分析了在對于古建筑的修復(fù)和保存當中，傳統(tǒng)測繪技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的區(qū)別，討論了數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢以及其在現(xiàn)代古建筑修繕中的應(yīng)用。但數(shù)字化技術(shù)只是古建筑被破壞后的修護手段，要真正的達到修復(fù)的目的，必須在加深修復(fù)技術(shù)研究層次的同時，還要有全社會和每一個人的關(guān)注和努力。

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作者：何巖 顏子淞 單位：長春建筑學(xué)院