建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架建筑的系統(tǒng)保護(hù)決策方法

張雨清 楚超超 周曉鋒

摘要：本論文提供了一種建筑遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的保護(hù)決策方法，針對木構(gòu)架古建筑保存年限較短、剛度、硬度、穩(wěn)定性較弱需要進(jìn)行定期保養(yǎng)與修繕而提供的一種普適的建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的保護(hù)系統(tǒng)方法，為建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的修繕提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：顯性信息;隱性信息;數(shù)據(jù)庫;決策評價(jià)

1 研究背景

我國是一個(gè)具有數(shù)千年歷史的文明古國，在大江南北遺存有大量的古代木構(gòu)架古建筑。對于木構(gòu)架古建筑的保護(hù)，正是我國近幾十年來大力開展并重視的領(lǐng)域。對于保護(hù)的技術(shù)，已經(jīng)形成一套較為系統(tǒng)的古建測繪、復(fù)原設(shè)計(jì)、施工修復(fù)的工程鏈。在信息時(shí)代之前的一套系統(tǒng)不能做到自動化實(shí)時(shí)監(jiān)測且人為干預(yù)過多等方面原因并不能正確保護(hù)修復(fù)這些木構(gòu)歷史建筑，造成了地域建筑文脈，歷史風(fēng)味的遺失。同時(shí)，過于單一而重復(fù)地修復(fù)修建技術(shù)手法，也使得各個(gè)施工項(xiàng)目的為拼工作量爭相模仿與錯誤的效仿，不能有效地與當(dāng)?shù)氐牡乩砣宋沫h(huán)境相結(jié)合，使得修復(fù)的歷史建筑區(qū)域未能合理的使用，或發(fā)揮應(yīng)有的積極作用。

2 問題分析

目前我國木構(gòu)架古建筑保護(hù)所面臨的問題有：

2.1 信息匱乏：對于建筑文化遺產(chǎn)中的木構(gòu)架古建筑只存在“顯性信息”的認(rèn)識，信息搜集沒有系統(tǒng)化。只是停留于認(rèn)識木構(gòu)架古建筑的平面、立面與剖面結(jié)構(gòu)。對于單體木構(gòu)架古建筑所包含的“隱形信息”沒有進(jìn)行深度挖掘。所謂的建筑“隱性信息”是指作人文信息，具有外延性，是構(gòu)成建筑價(jià)值的重要內(nèi)容。分為兩大類別，至少包括歷史社會信息、文化藝術(shù)信息。

2.2 沒有完善的監(jiān)測系統(tǒng)：木構(gòu)架古建筑存在易腐蝕、剛度小、易損害等問題。且如果在問題出現(xiàn)初期不能及時(shí)采取維護(hù)修繕措施會導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)的損壞，更有可能到不可修復(fù)的程度。因此對建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的實(shí)時(shí)監(jiān)測是有必要的。而現(xiàn)在的木構(gòu)架古建筑保護(hù)大多秉持“加固縫補(bǔ)”的原則，沒有起到治病治根的效果。

2.3 修復(fù)模式單一固化：傳統(tǒng)木構(gòu)架古建筑的修復(fù)方法認(rèn)為古建筑的修繕“能支頂?shù)木椭ы?，能加固的就加固，只要不塌不漏，能不動的就不動，能不修的就不修，能不換的就不換”。這種主張顯然不符合我國木構(gòu)架古建筑的具體情況和修繕規(guī)律。對于年久失修、損壞嚴(yán)重的木構(gòu)架古建筑盡管眼下還沒有倒塌，不等于數(shù)年之后不會倒塌。這些嚴(yán)重?fù)p壞的構(gòu)件就像是一座隨時(shí)爆發(fā)的火山坍塌只是時(shí)間問題。由此可見傳統(tǒng)的修復(fù)模式?jīng)]有有效的劃分建筑破損等級，也沒有“對癥下藥”采取行之有效的修繕措施。

2.4 修繕沒有遵循一定的規(guī)律：木構(gòu)架古建筑經(jīng)常性的保護(hù)修繕，是適合中國木構(gòu)架古建筑的修繕規(guī)律和修繕方法，是從古到今都在嚴(yán)格遵循的唯一正確的原則。進(jìn)行木構(gòu)架古建筑修繕的目的就是為了使木構(gòu)架古建筑“延年益壽”，使它的藝術(shù)價(jià)值，歷史價(jià)值與科學(xué)價(jià)值一代代傳承下去。三年一小修，十年一大修木構(gòu)架古建筑的修繕要有時(shí)間規(guī)律性。不能在建筑快要坍塌的臨危之際才意識到修繕的重要性，那已經(jīng)為時(shí)已晚了[1]。

因此在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何打破傳統(tǒng)固化單一的木構(gòu)架古建筑保護(hù)決策方法，將信息技術(shù)融入木構(gòu)架古建筑保護(hù)中，形成高效率、系統(tǒng)化的木構(gòu)架古建筑保護(hù)決策方法是我們亟待解決的問題。

3 信息處理的手段

為了解決技術(shù)問題，本論文采取的技術(shù)方案是：一種建筑文化遺產(chǎn)中的木構(gòu)架古建筑的保護(hù)決策方法，至少包括如下步驟：

步驟一、基于視覺三維重建的古建筑模型生成方法以及建筑構(gòu)造測繪方法獲取木構(gòu)架古建筑的顯性信息，所述顯性信息至少包括：木構(gòu)架古建筑的平面信息、立體信息、剖面信息、構(gòu)造信息和材質(zhì)參數(shù)，根據(jù)顯性信息構(gòu)建木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng);

通過查閱文獻(xiàn)資料與田野調(diào)查搜集木構(gòu)架古建筑本身存在的隱性信息，所述隱形信息至少包括木構(gòu)架古建筑的構(gòu)建朝代信息、構(gòu)建所在地環(huán)境信息、歷史修繕信息及其蘊(yùn)含的文化、科學(xué)與歷史信息，將木構(gòu)架古建筑的隱形信息進(jìn)行系統(tǒng)整合，從地域、時(shí)間和主題特色三方面分析木構(gòu)架古建筑的文化價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和歷史價(jià)值，運(yùn)用層次分析法，建立木構(gòu)架古建筑的保護(hù)等級決策機(jī)制，將木構(gòu)架古建筑的顯性信息、隱形信息和保護(hù)等級進(jìn)行數(shù)字化保存和歸檔，構(gòu)建木構(gòu)架古建筑的信息數(shù)據(jù)庫[2];

步驟二、依托數(shù)據(jù)庫利用木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)對木構(gòu)架古建筑進(jìn)行顯性信息的實(shí)時(shí)采集及錄入，對顯性信息進(jìn)行信息管理分析，評估木構(gòu)架古建筑的量變信息以及輸出需要維護(hù)的結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn);

步驟三、根據(jù)木構(gòu)架古建筑的量變信息對木構(gòu)架古建筑的結(jié)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)進(jìn)行破損程度的分類與分析，結(jié)合信息數(shù)據(jù)庫中的木構(gòu)架古建筑的保護(hù)等級，輸出木構(gòu)架古建筑的修復(fù)方式以及其所對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫中的顯性信息以及隱性信息，根據(jù)修復(fù)方式以及其所對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫中的顯性信息以及隱性信息對木構(gòu)架古建筑進(jìn)行修復(fù)保護(hù)[3]。

3.1 建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架建筑

3.1.1 信息搜集

3.1.1.1 顯性信息：平面、里面、剖面、節(jié)點(diǎn)詳圖;建筑裝飾及構(gòu)建樣式;溫度、濕度、沉降偏移;木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)類型;木構(gòu)建筑構(gòu)造方式;建筑的組成部分。

3.1.1.2 隱性信息：木構(gòu)架建筑修建的朝代;歷代的維繕維護(hù)信息;木構(gòu)架建筑的禮制等級;地理人文環(huán)境;陰陽風(fēng)水觀念。

3.1.1.3 建筑文化遺產(chǎn)木構(gòu)架建筑數(shù)據(jù)庫。

3.1.2 木構(gòu)件建筑實(shí)施監(jiān)測系統(tǒng)：信息采集;信息管理;信息輸出。

根據(jù)輸出信息進(jìn)行預(yù)警。

3.1.3 破損類別的分析與根類：輕度破損，中度破損，重度破損。

3.1.4 根據(jù)破損類別制定維繕方案：保養(yǎng)性修復(fù);維修性修復(fù);落架大修。

4 具體實(shí)施措施

建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的信息大體可以分為兩大類：可以肉眼所見和測量所得的顯性信息;通過文獻(xiàn)搜集資料查閱以及歷史推演所得的隱形信息。由此將木構(gòu)架古建筑通過顯性信息和隱形信息進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，這兩類信息的疊加就是一個(gè)完整意義上的木構(gòu)架古建筑[4]。

為了高效、系統(tǒng)地對建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑進(jìn)行保護(hù)，如圖1所示，本發(fā)明提供一種建筑文化遺產(chǎn)中的木構(gòu)架古建筑的保護(hù)決策方法，至少包括如下步驟：

步驟S1：基于視覺三維重建的古建筑模型生成方法以及建筑構(gòu)造測繪方法獲取木構(gòu)架古建筑的顯性信息，所述顯性信息至少包括：木構(gòu)架古建筑的平面信息、立體信息、剖面信息、構(gòu)造信息和材質(zhì)參數(shù)，根據(jù)顯性信息構(gòu)建木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)。

基于視覺三維重建的古建筑模型生成方法，1）獲取不同視角的古建筑圖像;2）對古建筑圖像進(jìn)行特征提取，并進(jìn)行特征匹配;3）根據(jù)特征匹配的結(jié)果，計(jì)算圖像拍攝時(shí)刻的攝像機(jī)相對位置姿態(tài)和古建筑稀疏三維點(diǎn)云;4）根據(jù)圖像拍攝時(shí)刻的攝像機(jī)相對位置姿態(tài)和古建筑稀疏三維點(diǎn)云，利用圖像面片匹配獲取古建筑稠密三維點(diǎn)云;5）根據(jù)古建筑稠密三維點(diǎn)云，生成古建筑三角面片模型;6）利用古建筑三角面片模型，根據(jù)三維點(diǎn)與圖像的匹配關(guān)系，計(jì)算紋理映射并生成古建筑三維模型，即可獲取木構(gòu)架古建筑的立體信息和部分構(gòu)架信息，通過建筑構(gòu)造測繪方法，獲取木構(gòu)架古建筑的平面信息、剖面信息、部分構(gòu)架信息和材質(zhì)參數(shù)。建筑的構(gòu)架信息至少包括屋頂，斗拱，墻身，門窗，柱子，臺基等各部分的樣式以及尺寸、彩畫紋飾;材質(zhì)參數(shù)至少包括木材種類、腐蝕程度等等。在建立數(shù)據(jù)庫時(shí)可在信息項(xiàng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾印?/p>

通過查閱文獻(xiàn)資料與田野調(diào)查搜集木構(gòu)架古建筑本身存在的隱性信息，所述隱形信息至少包括木構(gòu)架古建筑的構(gòu)建朝代信息、構(gòu)建所在地環(huán)境信息、歷史修繕信息及其蘊(yùn)含的文化、科學(xué)與歷史信息，將木構(gòu)架古建筑的隱形信息進(jìn)行系統(tǒng)整合，從地域、時(shí)間和主題特色三方面分析木構(gòu)架古建筑的文化價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和歷史價(jià)值，運(yùn)用層次分析法，建立木構(gòu)架古建筑的保護(hù)等級決策機(jī)制，將木構(gòu)架古建筑的顯性信息、隱形信息和保護(hù)等級進(jìn)行數(shù)字化保存和歸檔，構(gòu)建木構(gòu)架古建筑的信息數(shù)據(jù)庫。

所述層次分析法的標(biāo)準(zhǔn)分析步驟是：把決策問題按照總目標(biāo)、子目標(biāo)、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)直至具體措施的順序分解為不同層次的結(jié)構(gòu)，然后利用求判斷矩陣特征向量的方法，求出每層次的各元素對上層次某元素的權(quán)重，然后利用加權(quán)和的方法遞階歸并，求出各方案總目標(biāo)的權(quán)重，越重要的因素權(quán)重越大，權(quán)重值最大者即為最優(yōu)方案，反映了木構(gòu)架古建筑的文化價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和歷史價(jià)值很重要，按照權(quán)重值排在前百分之四十的木構(gòu)架古建筑界定為優(yōu)先級，其余界定為一般級，層次分析法是現(xiàn)有技術(shù)，在此不具體敘述。

步驟S2的具體過程是：

（1）將信息采集頻率分為一次性測定、周期性檢測或者持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，其中，一次性測定和周期性檢測的信息專業(yè)的檢測機(jī)構(gòu)獨(dú)立檢測，最終將這些信息按照規(guī)范的數(shù)據(jù)格式錄入木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng);使用數(shù)字化傳感器自動采集長期實(shí)時(shí)監(jiān)測的信息，并通過數(shù)據(jù)接口錄入木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng);

（2）信息管理分析首先根據(jù)采集到的不同類別的數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行必要的預(yù)處理，預(yù)處理得出標(biāo)準(zhǔn)的、能準(zhǔn)確反映監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)以合適的數(shù)據(jù)類型放到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫表中，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合相應(yīng)古建筑專業(yè)保護(hù)知識及相關(guān)法律建立數(shù)字化的模型;數(shù)字化模型的建立與起初數(shù)據(jù)庫中的模型進(jìn)行比對，從而評估木構(gòu)架古建筑的量變信息以及輸出需要維護(hù)的結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)。

步驟S3：根據(jù)木構(gòu)架古建筑的量變信息對木構(gòu)架古建筑的結(jié)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)進(jìn)行破損程度的分類與分析，結(jié)合信息數(shù)據(jù)庫中的木構(gòu)架古建筑的保護(hù)等級，輸出木構(gòu)架古建筑的修復(fù)方式以及其所對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫中的顯性信息以及隱性信息，根據(jù)修復(fù)方式以及其所對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫中的顯性信息以及隱性信息對木構(gòu)架古建筑進(jìn)行修復(fù)保護(hù)。

所述步驟S3的具體過程是：

（1）根據(jù)木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)輸出的木構(gòu)架古建筑的量變信息對木構(gòu)架古建筑的結(jié)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)進(jìn)行破損程度的分類與分析，破損程度分為三種狀態(tài)：“輕度破損”狀態(tài)、“中度破損”狀態(tài)和“重度破損”狀態(tài);

（2）結(jié)合信息數(shù)據(jù)庫中的木構(gòu)架古建筑的保護(hù)等級，輸出木構(gòu)架古建筑的修復(fù)方式，保護(hù)等級分為：優(yōu)先級和一般級;

對于保護(hù)等級為優(yōu)先級的木構(gòu)架古建筑，對應(yīng)的修復(fù)方式如下：

“保養(yǎng)性”修復(fù)，對于被判定為“輕度破損”狀態(tài)的木構(gòu)架古建筑進(jìn)行的是“保養(yǎng)性”修復(fù)，建筑修繕是經(jīng)常性的，尤其是保養(yǎng)性的歲修工程幾乎每三年一次;

“維修性”修復(fù)，對于被判定為“中度破損”狀態(tài)的木構(gòu)架古建筑對木構(gòu)件殘缺或者遺失部位進(jìn)行原形制、原材料、原做法、原工藝進(jìn)行認(rèn)真修復(fù)，科學(xué)復(fù)原依然有科學(xué)、文化和歷史價(jià)值;

“落架大修”，對于被判定為“重度破損”狀態(tài)的木構(gòu)架古建筑進(jìn)行拆修大木重新蓋造;木構(gòu)架古建筑的模數(shù)化便于木構(gòu)架古建筑進(jìn)行解體修繕;同樣進(jìn)行原形制、原材料、原做法、原工藝進(jìn)行認(rèn)真修復(fù)，科學(xué)復(fù)原依然有科學(xué)、文化和歷史價(jià)值;

對于保護(hù)等級為優(yōu)先級的木構(gòu)架古建筑，對應(yīng)的修復(fù)方式如下：

對于被判定為“輕度破損”狀態(tài)的木構(gòu)架古建筑不進(jìn)行“保養(yǎng)性”修復(fù);

“維修性”修復(fù)，對于被判定為“中度破損”狀態(tài)的木構(gòu)架古建筑對木構(gòu)件殘缺或者遺失部位進(jìn)行原形制、原材料、原做法、原工藝進(jìn)行認(rèn)真修復(fù)，科學(xué)復(fù)原依然有科學(xué)、文化和歷史價(jià)值;

“落架大修”，對于被判定為“重度破損”狀態(tài)的木構(gòu)架古建筑進(jìn)行拆修大木重新蓋造;木構(gòu)架古建筑的模數(shù)化便于木構(gòu)架古建筑進(jìn)行解體修繕;同樣進(jìn)行原形制、原材料、原做法、原工藝進(jìn)行認(rèn)真修復(fù)，科學(xué)復(fù)原依然有科學(xué)、文化和歷史價(jià)值。

5 結(jié)語

綜上所述，對于建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的保護(hù)需要進(jìn)行：一、對建筑文化遺產(chǎn)中現(xiàn)存的木構(gòu)架古建筑進(jìn)行主體顯性信息與隱性信息的采集，根據(jù)隱性信息評估期價(jià)值，并決策其保護(hù)等級，建立數(shù)據(jù)庫。二、依托數(shù)據(jù)庫利用木構(gòu)文物保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)對木構(gòu)架古建筑進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集、信息管理分析和信息輸出。三、對木構(gòu)架古建筑的破損程度進(jìn)行分類分析。四、根據(jù)建筑破損程度及數(shù)據(jù)庫中采集的信息進(jìn)行修繕。本發(fā)明是針對木構(gòu)架古建筑保存年限較短、剛度、硬度、穩(wěn)定性較弱需要進(jìn)行定期保養(yǎng)與修繕而提供的一種普適的建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的保護(hù)系統(tǒng)方法，為建筑文化遺產(chǎn)中木構(gòu)架古建筑的修繕提供決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]路楊， 呂冰與王劍斐， 木構(gòu)文物建筑保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施. 河南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2009. 39（3）： 第327-330頁.

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作者簡介：張雨清，1994.11.17，男，江蘇鹽城，學(xué)生（蘇州科技大學(xué)，建筑系研究生）研究方向：建筑歷史與遺產(chǎn)保護(hù);

通訊作者1：楚超超，1978.11，女，漢，河南，副教授，研究方向：建筑歷史與遺產(chǎn)保護(hù);

通訊作者2：周曉鋒，1978.10，男，漢，江蘇鹽城，河海大學(xué) 納米功能材料研究 教師，副教授，研究方向： 納米功能材料研究。

本文受江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技項(xiàng)目“江蘇省地域建筑特色傳承研究”資助。