荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)初探

高源 董楠楠 蘇俊霆 涂文慧 王平

摘要：荊州古城是1982年11月國(guó)務(wù)院公布的第一批全國(guó)24座歷史文化名城之一，荊州的古城墻是我國(guó)跨越朝代最多、延續(xù)時(shí)代最長(zhǎng)并且由土城墻發(fā)展而來的唯一古城垣。然而當(dāng)前荊州古城墻的保護(hù)狀況卻不容樂觀，荊州古城墻的保護(hù)牽動(dòng)著全社會(huì)的關(guān)注，本研究結(jié)合荊州古城墻的實(shí)地調(diào)研和測(cè)繪，試探性地提出了荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：荊州；古城墻；數(shù)字化；保護(hù)

古代城墻作為防御工程，使得城市的輻射功能大大加強(qiáng)，促進(jìn)了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。城墻作為一種特殊的巨大工程，經(jīng)歷了4000多年的歷史，耗費(fèi)的財(cái)力、物力更是不計(jì)其數(shù)，是歷代王朝國(guó)庫(kù)開支的重要方面。[1]荊州古城墻的歷史價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義顯而易見，但由于受到自然或者人為的種種因素的影響，古城墻的保護(hù)工作并不令人滿意，其整體的完好性正受到嚴(yán)重的威脅。

1荊州古城簡(jiǎn)介

荊州古城墻位于湖北省荊州市荊州區(qū)，現(xiàn)存明清時(shí)期重建的古城墻東西長(zhǎng)為3.75公里，南北寬為1.2公里，面積為4.5平方公里，城墻周長(zhǎng)為10.28公里，高9米?？傮w呈現(xiàn)出不規(guī)則的橢圓形，四周都有護(hù)城河環(huán)繞。荊州古城墻設(shè)置有甕城、敵樓、戰(zhàn)屋、炮臺(tái)、藏兵洞、復(fù)城門等防御體系，歷來都是易守難攻，素有“鐵打荊州”之說。荊州古城墻四周，原有6座城門，即東門、小東門（公安門）、南門、西門、大北門、小北門，都是以條石壘砌墻腳，石灰糯米漿來砌縫，非常堅(jiān)固。新中國(guó)成立之后，為改善城市交通、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，便在原有六座城門的基礎(chǔ)上新增加了三座城門，即是新東門、新南門、新北門，那么荊州古城墻現(xiàn)有的城門已有9座了。經(jīng)最新古城垣考古發(fā)掘?qū)嵨锟茖W(xué)驗(yàn)證，荊州古城墻是我國(guó)延續(xù)時(shí)代最長(zhǎng)、跨越朝代最多、由城墻發(fā)展演變而來的唯一古城垣，距今2800多年。[2]

2荊州古城墻損傷現(xiàn)狀考察

歷經(jīng)風(fēng)雨，飽經(jīng)歷史滄桑。荊州古城墻雖然在總體上保存相對(duì)完整，但是在某些地方卻仍然損失嚴(yán)重。經(jīng)過實(shí)地研究考察，荊州古城墻的損失現(xiàn)象可以歸納為：墻面損傷、墻體裂縫、墻體磚塊局部松動(dòng)和損壞以及地基損壞等。其損傷現(xiàn)象主要如下：（1）墻面大部分風(fēng)化起層，粉化剝落，磚縫之間的膠結(jié)材料腐蝕沖走，還有部分地方侵蝕腐化十分嚴(yán)重，磚體空洞而使得整個(gè)墻面凹凸不平。（2）墻面雜草樹木生長(zhǎng)泛濫，尤其是高大繁茂植物的生長(zhǎng)更是對(duì)墻體造成了極大的破壞。由于樹木生長(zhǎng)而引起墻體裂縫、墻面扭曲、膨脹等現(xiàn)象十分嚴(yán)重。（3）荊州古城墻磚面出現(xiàn)裂紋很多。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在寅賓門到紀(jì)南門的一段城墻上，僅3米以上的裂紋數(shù)目就已經(jīng)多達(dá)上百余條，最大裂縫寬度達(dá)到3厘米。（4）很多地方都有大面積墻體出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象。有些地方甚至出現(xiàn)凹起隆起、錯(cuò)位等十分嚴(yán)重的損失現(xiàn)象，隨時(shí)都有倒塌的可能。（5）有些城墻段中下部的地方磚體被壓碎，很多地方的地基磚石遭到破壞。（6）某些墻面損傷的地方與裂縫直接用水泥砂漿和紅磚修繕，與城墻的原有古樸風(fēng)格很不協(xié)調(diào)。（7）有些修繕保護(hù)城墻的處理辦法不徹底。例如砍樹不除根等等。（8）古城墻內(nèi)部表面有一些瞎亂凃畫的現(xiàn)象，不僅破壞其文化價(jià)值，而且還會(huì)直接對(duì)古城墻造成損壞。

3荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)建立

從荊州古城墻的實(shí)際保護(hù)來看，荊州古城墻的保護(hù)狀況不容樂觀，古城墻的有些地方甚至損壞嚴(yán)重。于是本研究項(xiàng)目便試探性地提出了荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)體系，數(shù)字化保護(hù)體系由基本的古城墻測(cè)繪數(shù)據(jù)出發(fā)，運(yùn)用科學(xué)的分析方法，綜合考慮古城墻保護(hù)的全面因素，從而得出有利于古城墻保護(hù)的科學(xué)建議。

3.1劃分區(qū)段，落實(shí)到位

荊州古城墻周長(zhǎng)較長(zhǎng)，為了便于科學(xué)的測(cè)量和管理，將整個(gè)古城墻分為六個(gè)區(qū)段進(jìn)行研究。區(qū)段的劃分主要是依據(jù)城墻每一區(qū)段的長(zhǎng)度和城墻的幾個(gè)城門的位置，其中，大北門到小北門為I區(qū)，小北門到東門 為II區(qū)，東門到老南門為III區(qū)，老南門到新南門為IV 區(qū)，新南門到西門為V區(qū)，西門到大北門為VI區(qū)。為了保證每一區(qū)段的測(cè)量工作的質(zhì)量和效率，將每一區(qū)段的監(jiān)測(cè)任務(wù)落實(shí)到相關(guān)的責(zé)任人，從而保證古城墻的整個(gè)測(cè)繪工作落實(shí)到位。

3.2合理選點(diǎn)，精確測(cè)量

為了獲取第一手測(cè)量數(shù)據(jù)，本研究項(xiàng)目成員使用全站儀等相關(guān)測(cè)量?jī)x器對(duì)古城墻進(jìn)行精確的測(cè)量，從而使得測(cè)量數(shù)據(jù)更具有科學(xué)性。結(jié)合各個(gè)區(qū)位段的實(shí)際情況和測(cè)量點(diǎn)之間的適宜間距，每一個(gè)區(qū)位段里面都選取了適當(dāng)個(gè)數(shù)的測(cè)量點(diǎn)。根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的位置放置全站儀，利用全站儀等測(cè)量設(shè)備對(duì)古城墻的相關(guān)結(jié)構(gòu)和城墻內(nèi)外側(cè)的環(huán)路進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，從而獲得有效數(shù)據(jù)，并在測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)繪制出每一個(gè)區(qū)段內(nèi)的每一個(gè)小段的古城墻的平面、立面和剖面。然后，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)繪數(shù)據(jù)，運(yùn)用現(xiàn)代工業(yè)重要軟件CAD進(jìn)行準(zhǔn)確確無誤地建立古城墻CAD數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)我們會(huì)將每一個(gè)區(qū)段內(nèi)的有特點(diǎn)、有代表性的地方進(jìn)行實(shí)景標(biāo)示，如城墻的破損狀況（包括城垛、墻體裂縫）以及城墻上生長(zhǎng)的大的樹木等。

3.3數(shù)據(jù)匯總，精確建模

有了荊州古城墻二維的CAD數(shù)據(jù)庫(kù)，但是為了對(duì)荊州古城墻有更為直觀的三維感受，于是利用二維的CAD數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)用科學(xué)的方法建立了三維立體的荊州古城墻的sketchup模型。模型的建立都是根據(jù)實(shí)際的測(cè)繪數(shù)據(jù)而建立起來的荊州古城墻的實(shí)體模型，所以荊州古城墻的sketchup實(shí)體模型對(duì)現(xiàn)有古城墻的整體概況有著重要的意義和價(jià)值。

3.4全面分析，查找根源

根據(jù)荊州古城墻實(shí)地測(cè)繪而建立起來的CAD數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合荊州古城墻的實(shí)際損傷狀況，同時(shí)考慮荊州古城墻的歷史文化因素、自然因素和人為破壞因素，科學(xué)分析荊州古城墻的損壞的直接原因和間接原因。例如荊州古城墻很多墻體都出現(xiàn)了很多不同破壞程度的墻體裂縫，這些墻體裂縫寬度有的甚至達(dá)到了幾厘米，最寬的地方都有3厘米，直接影響到了城墻的安全性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生長(zhǎng)的幾顆大樹，結(jié)合城墻的歷史因素，我們分析出造成城墻的裂縫原因如下：（1）樹根的生長(zhǎng)影響了墻體磚塊的原本位置；（2）年久失修和疏于管理維護(hù)也是造成墻體裂縫的重要原因（3）雨水的沖刷使得原本堅(jiān)固的城墻越來越脆弱。

3.5綜合考慮，科學(xué)建議

基于荊州古城墻的基本CAD數(shù)據(jù)庫(kù)，聯(lián)系荊州古城墻的實(shí)際損傷狀況，綜合考慮各方面的影響素，從而尋找到導(dǎo)致荊州古城墻破壞的因素。但這不是本項(xiàng)目研究的真正目的，本項(xiàng)目研究的終極目的是針對(duì)荊州古城墻的損傷現(xiàn)狀，利用科學(xué)的測(cè)繪數(shù)據(jù)，綜合考慮各方面的綜合因素，從而為荊州古城墻的保護(hù)提出科學(xué)的建議：（1）適當(dāng)加大政府的資金投入，依靠先進(jìn)設(shè)備和科學(xué)技術(shù)對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行有效保護(hù)；（2）加強(qiáng)相關(guān)法律法規(guī)的建設(shè)，用法律的手段對(duì)古城墻進(jìn)行深入的保護(hù)；（3）加強(qiáng)城墻保護(hù)的宣傳教育，提高城鄉(xiāng)居民的保護(hù)意識(shí)；（4）加強(qiáng)城墻綠化管理，保護(hù)城墻周邊環(huán)境；（5）堅(jiān)持持續(xù)動(dòng)態(tài)的觀測(cè)與測(cè)繪，綜合分析，科學(xué)保護(hù)好荊州古城墻的寸土寸磚。

4荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)意義

荊州古城墻的數(shù)字化保護(hù)與以往的保護(hù)方法有著本質(zhì)的區(qū)別，數(shù)字化保護(hù)利用實(shí)際的測(cè)繪數(shù)據(jù)為藍(lán)本，綜合分析荊州古城墻的歷史因素和人文因素，結(jié)合荊州古城墻的實(shí)際保護(hù)狀況，提出科學(xué)的保護(hù)建議，有利于荊州古城墻保護(hù)的完整性、科學(xué)性和長(zhǎng)遠(yuǎn)性。

4.1數(shù)字化保護(hù)有利于古城墻保護(hù)的完整性

數(shù)字化保護(hù)是將整個(gè)荊州古城墻實(shí)體構(gòu)筑物以及其內(nèi)外的城墻環(huán)路納入整體保護(hù)對(duì)象之中，實(shí)行分區(qū)段的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)繪，綜合整理而得出的關(guān)于荊州古城墻的整體保護(hù)的數(shù)據(jù)和古城模型。因此數(shù)字化保護(hù)的目的是確保荊州古城墻保護(hù)的全方位的立體保護(hù)，對(duì)古城墻每一段城墻，每一塊城墻磚，每一擔(dān)土都有著明確的定位和尺寸大小，從而有利于荊州古城墻保護(hù)的完整性。

4.2數(shù)字化保護(hù)有利于古城墻保護(hù)的科學(xué)性

數(shù)字化保護(hù)的方法與以往的城墻的保護(hù)方法不同，主要體現(xiàn)在荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)的科學(xué)性。數(shù)字化保護(hù)方法的根本基礎(chǔ)是荊州古城墻的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)繪數(shù)據(jù)，這就使得數(shù)字化保護(hù)的方法更具有實(shí)際意義，數(shù)字化的監(jiān)測(cè)方法使得荊州古城墻的保護(hù)更具有科學(xué)性。

4.3數(shù)字化保護(hù)有利于古城墻保護(hù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)性

數(shù)字化監(jiān)測(cè)保護(hù)的方法不是只對(duì)當(dāng)前荊州古城墻的保護(hù)有著重要意義和價(jià)值，更重要的是數(shù)字化保護(hù)更有利于荊州古城墻保護(hù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)性。荊州古城墻的數(shù)字化保護(hù)是一個(gè)長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程，對(duì)荊州古城墻的長(zhǎng)遠(yuǎn)保護(hù)有著不可替代重要意義。

5結(jié)語

荊州古城墻是全人類所共有而不可多得巨大財(cái)富，是古人贈(zèng)與荊州大地的珍貴遺產(chǎn)。保護(hù)荊州古城墻是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，其路途任重而道遠(yuǎn)。荊州古城墻數(shù)字化保護(hù)方法的提出只是對(duì)荊州古城墻的保護(hù)開辟了一條新的途徑，為荊州古城墻的科學(xué)保護(hù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。荊州古城墻的整體保護(hù)需要我們?nèi)鐣?huì)的共同參與，奉獻(xiàn)我們每一個(gè)人的聰明才智，只有這樣，荊州古城墻才能塑造出有時(shí)代特色的古城形象，使得那些飽經(jīng)滄桑的歷史遺跡重新煥發(fā)出生機(jī)和活力。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬正林. 論城墻在中國(guó)城市發(fā)展中的作用[J]. 陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，1994，23（1）：102-107.

[2]荊州市文化局. 荊州覽勝[M]. 武漢：湖北美術(shù)出版社，2000：6-8.

作者簡(jiǎn)介：

王平，男，長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院建筑學(xué)系學(xué)生。

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)江大學(xué)第五批“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”校級(jí)項(xiàng)目（編號(hào)：2012303）