淺析如何應(yīng)用現(xiàn)代科技進(jìn)行古建筑保護(hù)

頓明

摘要：近年來，國家對古建筑文化的保護(hù)越來越重視，諸多辦法也應(yīng)用到了古建筑保護(hù)中。隨著科技的發(fā)展，在古建筑的保護(hù)中，現(xiàn)代科技的應(yīng)用也逐漸多了起來?；诖耍疚膹目萍冀嵌瘸霭l(fā)，對古建筑保護(hù)中現(xiàn)代科技的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代科技；古建筑；建筑保護(hù)

1 古建筑保護(hù)體系與科技技術(shù)體系框架概述

價值評估是古建筑保護(hù)的基礎(chǔ)和主線，通過對保護(hù)對象的研究，確定保護(hù)對象所具有的主要價值，分析確定這些價值各個層面的特征，確定反映這些價值特征的物質(zhì)載體，如特定時期的構(gòu)件、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)做法、特殊的構(gòu)造處理、典型的風(fēng)格、相關(guān)的附屬文物等，然后根據(jù)對這些價值載體的現(xiàn)狀評估，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，通過改善這些價值載體的保存狀況，達(dá)到對古建筑價值和文化遺產(chǎn)物質(zhì)遺存的有效保護(hù)和合理利用。由此當(dāng)代古建筑保護(hù)學(xué)科構(gòu)建出三個層面或領(lǐng)域的基本體系。依據(jù)此體系，當(dāng)代保護(hù)科技可分為：即第一個層面是圍繞價值發(fā)現(xiàn)、發(fā)掘領(lǐng)域的新技術(shù)；第二個層面是圍繞價值保存、保護(hù)領(lǐng)域的新技術(shù)；第三個層面是圍繞價值傳播、利用領(lǐng)域的新技術(shù)。它們共同構(gòu)成了新的保護(hù)技術(shù)體系框架。

2 利用現(xiàn)代科技保護(hù)文物建筑

在古建筑保護(hù)中，有石質(zhì)文物、彩畫、內(nèi)裝修的不同工藝等等的保護(hù)。所遵循的程序是：首先，分別保護(hù)對象的門類，研究提出現(xiàn)狀記錄標(biāo)準(zhǔn)。作為現(xiàn)狀記錄有一個總的要求，按照要求，把要調(diào)查記錄的對象用實(shí)測圖和照片完整地表現(xiàn)出來。然后把勘察所得文物的各類病害進(jìn)行分類，逐類設(shè)計(jì)圖標(biāo)，標(biāo)注在圖紙上。最終文件是圖文并茂的，有幾類病害、到什么程度、占多大面積、一目了然。其次，根據(jù)勘察結(jié)果，進(jìn)行病害機(jī)理研究。必要時進(jìn)行取樣，分析其材料成分、病害物質(zhì)成分及其侵入文物的狀況。再次，針對保護(hù)要求，試驗(yàn)、篩選保護(hù)材料，制定保護(hù)實(shí)施工藝。最后，小范圍試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，完成保護(hù)方案。

3 現(xiàn)代科技技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用

3.1 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 三維激光掃描技術(shù)

作為20世紀(jì)90年代中期開始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，具有速度快、效益高、實(shí)時性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效解決了目前空間信息技術(shù)發(fā)展實(shí)時性與準(zhǔn)確性的頸瓶。因此，它很快成為空間數(shù)據(jù)獲取的一種重要技術(shù)手段。國內(nèi)21世紀(jì)初，三維激光開始被應(yīng)用于古建筑測繪領(lǐng)域，如用于故宮修復(fù)測繪，配合數(shù)碼相機(jī)相結(jié)合對古建筑物進(jìn)行快速三維重建等，實(shí)現(xiàn)古建的數(shù)字化存檔，為研究中國古建筑史和建筑理論提供重要資料，也對發(fā)揚(yáng)古建筑文化具有重要的社會意義。從研究成果中可以看出，與其它技術(shù)手段集成使用，三維激光在古建筑保護(hù)中相對于傳統(tǒng)測繪手段而言更顯示出其獨(dú)特的、無法取代的優(yōu)越性。

3.1.2 三維激光掃描原理與數(shù)據(jù)獲取

（1） 三維激光掃描數(shù)學(xué)原理測量時，按激光脈沖所測的空間距離；再根據(jù)水平向和垂直向的步進(jìn)角距值，計(jì)算出掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

（2） 掃描數(shù)據(jù)處理采用徠卡三維激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用其配套的后處理軟件Cyclone，采用邊界曲面自動擬合技術(shù)進(jìn)行規(guī)則物體的自動建模，不規(guī)則曲面將其導(dǎo)入到不規(guī)則曲面建模軟件中，不規(guī)則曲面建模軟件運(yùn)用逆向工程技術(shù)對曲面進(jìn)行建模。其主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。

3.2 全站儀和GPS技術(shù)的應(yīng)用

全站儀全名為全站型電子速測儀，是當(dāng)前技術(shù)工作中的常用儀器。是一種集光學(xué)、機(jī)電為一體的高技術(shù)測量儀器，能夠觀測建筑物的水平角、距離、垂直角、高度差等，通過全站儀觀測的數(shù)據(jù)，我們能夠計(jì)算出任意觀測點(diǎn)的坐標(biāo)。全站儀在古建筑保護(hù)中的利用，能夠測量古建筑的形狀、大小和空間位置，還能繪制出古建筑的平面、立體面和剖面圖。先進(jìn)的全站儀中配置有馬達(dá)自動照準(zhǔn)目標(biāo)，免棱鏡全站儀還能夠?qū)崿F(xiàn)不瞄準(zhǔn)測點(diǎn)，測距光束經(jīng)過自然表面的反射后能夠直接測量距離和坐標(biāo)。立面測繪是古建筑測繪過程中的一大難題，免棱鏡全站儀能夠?qū)崿F(xiàn)任意安置點(diǎn)，將棱鏡的高設(shè)置為零后，瞄準(zhǔn)古建筑的特征進(jìn)行高度測量，得到各位置的高度標(biāo)注在草圖上。

GPS是全球定位系統(tǒng)的簡稱，GPS由終端用戶設(shè)備、空間衛(wèi)星和地面控系統(tǒng)三部分組成，并且具有全天候、高精度、全球性的特點(diǎn)，導(dǎo)航、定位也及時準(zhǔn)確，通過GPS的動態(tài)和靜態(tài)等定位方法，將GPS儀器與攝影儀比如RC30相互連接，再安裝慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在航空攝影的瞬間，攝影中心的空間位置和攝影儀狀態(tài)由GPS和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)得到。GPS在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用，極大地簡化了攝影測量戶外控制工作，同時保證數(shù)據(jù)能夠及時處理。

3.3 電腦軟件CAD和Photoshop

當(dāng)今世界上圖像編輯最優(yōu)秀的工具之一是Photoshop，是圖像處理和平面設(shè)計(jì)的首選軟件，于設(shè)計(jì)、廣告、出版等領(lǐng)域已經(jīng)廣泛運(yùn)用。隨著普及數(shù)碼相機(jī)，Photoshop也大量的被人們運(yùn)用。

“電腦輔助設(shè)計(jì)”的簡稱是AutoCAD，當(dāng)今最流行的軟件之一是CAD即建筑工程設(shè)計(jì)繪圖，它可以通過人機(jī)很方便的交流，進(jìn)行圖形繪制在計(jì)算機(jī)上，在計(jì)算機(jī)上表達(dá)出來我們心中所要繪制的圖形圖像。

一般彩繪和藝術(shù)大樣在古建筑測繪過程中，常常是采集古建筑歷史信息的重點(diǎn)，但是常常不能滿足信息獲取的全部要求的手工繪制草圖，往往只能表達(dá)藝術(shù)彩繪和構(gòu)件的形式，但是往往不能完全準(zhǔn)確的表現(xiàn)出來他們的色彩和工藝信息，人們獲取該信息常常通過數(shù)碼相機(jī)拍照的方式，但是往往會有變形和傾斜的問題在拍到的照片上，恰恰Photoshop就是對該種問題處理的軟件，它可以通過變換和斜切轉(zhuǎn)動等方式，我們所想要的近乎實(shí)際情況的效果通過對照片處理來實(shí)現(xiàn)。通過Photoshop處理過的圖像近乎不變形，在通過CAD時我們將“插入-光柵圖像”導(dǎo)入CAD中，然后通過描圖的方式，勾繪出來那些藝術(shù)彩繪和構(gòu)件。

3.4 病害無損/微損檢測技術(shù)應(yīng)用

文化遺產(chǎn)的無損/微損檢測技術(shù)是文保科學(xué)研究中重要的一個研究方向，也是保護(hù)過程中不可或缺的前期工作?？焖?、非/微接觸、大面積掃描、多通道、自動化是無損/微損檢測技術(shù)的優(yōu)勢。在文化遺產(chǎn)保護(hù)的嚴(yán)峻形勢下，利用無損/微損檢測分析病害問題，不僅提高了效率，還可以最大程度的避免人為因素的干擾和影響。以古建筑木構(gòu)件的內(nèi)部病害檢測技術(shù)為例。以往多采用人工目測、敲擊表面聽聲判斷的方法，受制于操作者的經(jīng)驗(yàn)，其結(jié)果偏差較大。運(yùn)用X射線攝影雖能快速檢測內(nèi)部病害狀況，但設(shè)備笨重、輻射強(qiáng)，現(xiàn)場應(yīng)用困難。非金屬超聲波儀采用表面接觸式檢測，但超聲波探頭與物體間需使用耦合劑，不適用于檢測表面附著壁畫、彩繪的情況。而應(yīng)力波儀和微鉆阻力儀的配合使用不僅可以對木構(gòu)件內(nèi)部病害狀況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，其數(shù)據(jù)還可用于預(yù)測木構(gòu)件彈性模量、抗壓抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能，為木結(jié)構(gòu)的安全性評價提供依據(jù)。

對于古建筑的磚石構(gòu)件則采用斷層超聲成像儀、地質(zhì)雷達(dá)、Tersis儀等，可定性及定量檢測其表面及內(nèi)部的病害殘損狀況。

3.5 無損監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

病害監(jiān)測技術(shù)是預(yù)防性的保護(hù)模式，是認(rèn)識文化遺產(chǎn)褪變過程及時發(fā)現(xiàn)其安全隱患的基本方法。通過整合計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、多媒體技術(shù)等手段，建立能夠完整、持續(xù)的采集傳輸相關(guān)信息數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多種方法監(jiān)測古建筑各主要結(jié)點(diǎn)的空間存在狀態(tài)、屬性變化，以及周邊環(huán)境的變化，如古建筑的基礎(chǔ)穩(wěn)定性、承重結(jié)構(gòu)受力、梁架結(jié)構(gòu)變形、屋面外觀完整性、彩繪壁畫，包括：裂隙、沉降、石基風(fēng)化、受力、開裂、蟲蛀、變形、傾斜、斷裂，彩繪或壁畫的龜裂、褪色、風(fēng)化、人為損壞等。繼而應(yīng)用動態(tài)有限元模型分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)損傷識別理論、智能化傳感系統(tǒng)和信號處理技術(shù)等。實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)（線上）診斷預(yù)警和（線下）專家處理，同時揭示出變化規(guī)律（趨勢）及形成因素，做為古建筑進(jìn)一步保護(hù)措施的依據(jù)。

具體來說：監(jiān)測裂隙采用光纖光柵裂隙傳感器；監(jiān)測沉降采用定點(diǎn)式剖面沉降壓力計(jì)；監(jiān)測受力采用光纖光柵應(yīng)變傳感器；監(jiān)測梁架變形采用光纖光柵位移傳感器；監(jiān)測柱墻傾斜采用光纖光柵傾角傳感器；監(jiān)測石基風(fēng)化、屋面外觀和表面變化痕跡采用工業(yè)照相機(jī)；監(jiān)測白蟻等蟲害采用微波雷達(dá)儀等。另外針對古建筑整體或局部沉降、位移以及材料表面殘損程度等的監(jiān)測，配合三維激光掃描，依具體情況，以數(shù)月至數(shù)年一次為宜。對于古建筑材料內(nèi)部病害方面的監(jiān)測則配合無損/微損檢測，亦以數(shù)月至數(shù)年一次為宜。

3.6 現(xiàn)代消防技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用

在火災(zāi)發(fā)生時，作為火災(zāi)自動報警裝置系統(tǒng)的組成部分之一的火災(zāi)探測器通過將火災(zāi)產(chǎn)生的高熱量、煙霧以及火焰等物理量轉(zhuǎn)變成電信號，然后傳輸?shù)交馂?zāi)報警控制器，同時還能夠顯示出火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)、時間等要素，便于消防人員及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、及時展開滅火、搶救工作。火災(zāi)自動報警裝置系統(tǒng)由火災(zāi)報警裝置、觸發(fā)裝置、火災(zāi)警報裝置以及其他輔助性裝置所組成，能夠?qū)崿F(xiàn)第一時間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、第一時間進(jìn)行撲救工作?；鹧嫣綔y器和觸發(fā)器以及感溫器的組合能夠有效提高火災(zāi)自動報警裝置系統(tǒng)的可靠性，減少漏報現(xiàn)象的發(fā)生，有利于及時控制火災(zāi)，在古建筑消防保護(hù)中發(fā)揮著重要的作用。也因此，火災(zāi)自動報警裝置系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用于國家各大重點(diǎn)文物保護(hù)場所，事實(shí)證明，其可靠性高。在進(jìn)行安裝火災(zāi)自動報警裝置系統(tǒng)時，要注意將探測器水平安裝，如果因建筑物特點(diǎn)需要傾斜安裝，則必須借助木臺，將探測器設(shè)置在木臺上進(jìn)行安裝。同時，探測器不宜安裝太高，因?yàn)樘綔y器超過一定的安裝高度就失去了探測性能，無法準(zhǔn)確探測火災(zāi)，在安裝時要確保合理的安裝高度。如果是比較高大的建筑物，則可以使用具有高靈敏度的探測器，防止火災(zāi)漏報或者誤報現(xiàn)象的發(fā)生。在進(jìn)行火災(zāi)自動報警裝置系統(tǒng)的安裝工作時，要將建筑物中每一個重要的場所劃分為獨(dú)立的防火分區(qū)，設(shè)置手動火災(zāi)報警按鈕和火災(zāi)探測器，以便于及時報警。區(qū)域警報控制器要設(shè)置在值班室，便于值班人員及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)情況。自動報警裝置系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置備用電源和主電源，同時要注意建筑內(nèi)部的傳輸線路要按照規(guī)定進(jìn)行合理布線，避免影響建筑外觀。在使用現(xiàn)代消防技術(shù)時要保證古建筑結(jié)構(gòu)的整體形象以及完整性，要以保護(hù)為前提進(jìn)行合理保護(hù)。

4 現(xiàn)代科技新型材料對古建筑的保護(hù)

4.1 納米材料

納米材料是一種比較火的新型材料，運(yùn)用于多個領(lǐng)域，而在古建筑保護(hù)領(lǐng)域中納米材料也有很好的發(fā)揮之地。由于納米材料每個顆粒很小因此其表面的孔洞較多，而且表面積相應(yīng)的比較大，吸附能力就強(qiáng)，能夠?qū)沤ㄖ鸬奖Ｗo(hù)作用，例如在華嚴(yán)寺的一些光照較強(qiáng)或者腐蝕性較重的地方，使用納米材料加入到油漆中，能夠很好的抵抗紫外線的照射及大氣的腐蝕。不僅如此，納米材料有廣泛的光學(xué)性能，其能夠從紫外波段延伸到紅外波段的光學(xué)透射頻率也是很有利用價值的，因此可以讓木材具有抗腐蝕抗菌的特效。例如利用改性的二氧化硅在華嚴(yán)寺中的木材結(jié)構(gòu)中，能夠有效的使木材具有抗菌性，或者在防蟲劑、防腐材料以及涂料中添加納米二氧化鈦、納米硅酸鋁等運(yùn)用到華嚴(yán)寺中的建筑材料中，能夠有效保護(hù)華嚴(yán)寺的建筑，而且還能夠?qū)⒐沤ㄖ械陌?、苯、甲醛等有害氣體除去，能夠達(dá)到清新空氣的效果，使華嚴(yán)寺的游客能夠有很好的保護(hù)。

4.2 負(fù)離子材料

負(fù)氧離子是空氣是否清新的一個標(biāo)準(zhǔn)，對于古建筑來說有一個清新的空氣有助于古建筑的保護(hù)，因此利用一種較特瑪粒的負(fù)離子的材料，其由于自身的特點(diǎn)能夠在周邊形成電場，當(dāng)材料與水接觸時，就能在空氣中形成負(fù)氧離子，而各類水性涂料加上這種負(fù)離子材料在古建筑上涂刷后，就能增加空氣中負(fù)離子的含量，能夠消毒、防臭、抗菌等功效，還能清新空氣，對于游客量較大的華嚴(yán)寺一些熱門區(qū)域可以使用這種材料，對游客和建筑都是很好的保護(hù)。

5 保護(hù)古建筑中存在的問題

5.1 大眾的保護(hù)意識有待加強(qiáng)

古建筑的保護(hù)要從多方面出發(fā)不但要注重對于損壞的建筑的修復(fù)上，對高新科技的運(yùn)用上，最主要的還是公眾的保護(hù)意識是否強(qiáng)，如果大眾能夠?qū)⒈Ｗo(hù)古建筑作為一個責(zé)任，那么由于人為破壞等原因造成的損毀就能大大減少。[1]如華嚴(yán)寺作為一個4A級景區(qū)，接待的游客數(shù)量較多，由于很大一部分人的保護(hù)古建筑的意識不強(qiáng)，導(dǎo)致每年都會出現(xiàn)這樣那樣的損壞。雖然宣傳沒有停止，人們的保護(hù)意識也有所增長，但是還是有一部分人不能做到，導(dǎo)致對于古建筑的保護(hù)工作受到阻礙。

5.2 對歷史街區(qū)保護(hù)的欠缺

對于古建筑的保護(hù)不但要從古建筑本身出發(fā)，其周邊的歷史文化遺產(chǎn)也要相應(yīng)的進(jìn)行保護(hù)，例如周邊的歷史街區(qū)，在華嚴(yán)寺的周邊也有相應(yīng)的歷史街區(qū)-鼓樓西街歷史文化街區(qū)就是一個華嚴(yán)寺周邊的歷史文化遺產(chǎn)，需要對此進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，也是對華嚴(yán)寺古建筑的一個重要保護(hù)。由于某些地方的歷史街區(qū)缺乏保護(hù)導(dǎo)致史文化的流失，雖然做到了對古建筑的保護(hù)，但是古建筑的文化內(nèi)涵丟失，使其歷史意義大大降低。

6 結(jié)語

最后，現(xiàn)代科技是與時俱進(jìn)的，它幫助我們在文物保護(hù)事業(yè)中更好地承上啟下?！吨腥A人民共和國文物保護(hù)法》對文物保護(hù)單位管理的一條基本要求是制定“四有檔案”。維修工程為我們補(bǔ)充和豐富四有檔案的內(nèi)容提供了可能。我的一位同事說，我們通過檔案，知道1000年前古人做了什么，我們應(yīng)該通過記錄，尤其是現(xiàn)代記錄手段讓百年千年后的人知道我們做了什么?，F(xiàn)在很多古建筑維修都已經(jīng)建立了數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用現(xiàn)代科技手段完善“四有檔案”。

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[3]袁建力；現(xiàn)代測試技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用[J]；古建園林技術(shù)，2017.

（作者單位：北京環(huán)安工程檢測有限責(zé)任公司）