數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用探討

章泉豐

東南大學建筑設(shè)計研究院有限公司 江蘇 南京 210000

建筑遺產(chǎn)是人類文化遺產(chǎn)中最重要的組成部分之一，它承載著人類社會的歷史、文化和藝術(shù)價值，是人類文明的重要遺產(chǎn)。保護和傳承建筑遺產(chǎn)不僅涉及到歷史文化、社會經(jīng)濟、城市規(guī)劃等多方面問題，而且還直接關(guān)系到人類文化遺產(chǎn)的傳承和發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

本文首先分析建筑遺產(chǎn)保護的現(xiàn)狀和問題，然后闡述數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用，包括建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)、建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)保護修復(fù)技術(shù)和建筑遺產(chǎn)監(jiān)測與管理系統(tǒng)。接著，本文選取三個具有代表性的案例，分別從建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護、建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和建筑遺產(chǎn)損傷診斷技術(shù)方面闡述人工智能在建筑遺產(chǎn)保護中的應(yīng)用。最后，本文展望人工智能在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的未來發(fā)展，包括數(shù)字化保護可持續(xù)性、深度學習和增強學習以及智能感知和決策等方面。

1 建筑遺產(chǎn)保護現(xiàn)狀分析

1920年國際聯(lián)盟LON組織將文化遺產(chǎn)的定位從“國家層面”提升到了“國際層面”。從而發(fā)布了《雅典憲章》（1933年8月）、《馬丘比丘憲章》（1977年12月）、《北京憲章》（1999年6月），并提出了“家園城市”“生態(tài)城市”“可持續(xù)城市”的理念[1]。

現(xiàn)代技術(shù)手段的應(yīng)用對于建筑遺產(chǎn)保護至關(guān)重要。許多國家都采用了高科技手段來保護和修繕歷史建筑遺產(chǎn)。例如，意大利的比薩斜塔在修復(fù)時使用了3D打印技術(shù)，還利用了振動監(jiān)測儀器來檢測地震對建筑的影響。日本的松本城也使用了3D打印技術(shù)來復(fù)原歷史建筑的雕塑和裝飾。此外，一些國家還利用了數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)對歷史建筑的數(shù)字化保護，如美國的史密森尼學會和法國的盧浮宮博物館等。然而，技術(shù)手段的應(yīng)用仍然存在一些問題。一些國家缺乏先進的技術(shù)手段，無法對歷史建筑遺產(chǎn)進行高效的保護和修繕。同時，一些技術(shù)手段的應(yīng)用也存在著不足和局限性。

建筑遺產(chǎn)保護的管理體系和市場化問題是各國共同面臨的問題。缺乏有效的管理體系和監(jiān)督機制，使得歷史建筑遺產(chǎn)的保護難以落到實處。此外，一些地區(qū)也存在著將歷史建筑遺產(chǎn)市場化的問題。有些歷史建筑被改建成商業(yè)化的場所，導(dǎo)致其文化價值被忽視，甚至受到損害。

2 數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)

建筑文化遺產(chǎn)（以下簡稱“建筑遺產(chǎn)”）的數(shù)字化, 體驗設(shè)計依托于其文化基因進行開發(fā)，研究遺產(chǎn)本體的歷史文化，從中提取圖像文本、信息符號、語境內(nèi)涵等內(nèi)容，并結(jié)合用戶需求進行設(shè)計，在遺產(chǎn)價值、保護、傳播層面發(fā)揮其力量[2]。

建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)是一種將現(xiàn)有的物理建筑遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的過程，這種數(shù)字模型可以被用于保存和傳承建筑遺產(chǎn)的文化價值，并且可以方便地進行保護、修復(fù)和研究。在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域中，激光掃描技術(shù)、建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)和建筑遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

激光掃描技術(shù)是一種高精度的三維掃描技術(shù)，可以通過激光測量設(shè)備對建筑物進行快速、準確的測量和記錄。該技術(shù)可以生成高精度的數(shù)字模型，為建筑遺產(chǎn)的修復(fù)和保護提供重要的數(shù)據(jù)支持。例如，在北京故宮的修繕中，激光掃描技術(shù)被用于對建筑物進行掃描和記錄，生成了高精度的數(shù)字模型，為修繕工作提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)是一種將建筑遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的技術(shù)，通過對建筑遺產(chǎn)進行掃描、測量和模擬，可以生成高精度的三維數(shù)字模型。該技術(shù)可以為建筑遺產(chǎn)保護和修復(fù)提供重要的數(shù)據(jù)支持，并且可以方便地進行文物數(shù)字化、展覽和研究。例如，在上海豫園的保護和修繕中，建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)被廣泛應(yīng)用，對豫園的建筑和景觀進行了數(shù)字化重建，為保護和傳承豫園的文化價值提供了重要的支持。

建筑遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種將數(shù)字模型呈現(xiàn)為虛擬現(xiàn)實的技術(shù)，可以為建筑遺產(chǎn)保護和傳承提供新的方式和手段。例如，在西安大雁塔的文物保護和展示中，建筑遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛應(yīng)用，通過將大雁塔的數(shù)字模型呈現(xiàn)為虛擬現(xiàn)實場景，為觀眾提供了更加直觀、沉浸式的文化體驗[3]。

2.2 建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)是建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)的重要組成部分，它可以幫助管理和組織建筑遺產(chǎn)信息，提高信息共享和保護。建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)包括建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和建筑遺產(chǎn)知識圖譜系統(tǒng)。

建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)是一種用于管理建筑遺產(chǎn)相關(guān)文檔的軟件系統(tǒng)，包括文獻、圖片、音頻和視頻等多種類型的文檔。該系統(tǒng)可以對文檔進行分類、索引、檢索和管理，方便用戶查找和獲取相關(guān)信息。此外，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)文檔的數(shù)字化、在線存儲和共享，避免了傳統(tǒng)的紙質(zhì)文獻管理方式存在的信息孤島問題。例如，英國牛津大學和劍橋大學合作開發(fā)的建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)“Building Archive”就提供了一個完整的建筑遺產(chǎn)文檔數(shù)字化和管理的解決方案，為保護建筑遺產(chǎn)提供了有力的支持。

建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一種利用人工智能技術(shù)對建筑遺產(chǎn)信息進行分類、索引、歸納和分析的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以自動化地處理和分析建筑遺產(chǎn)信息，提高信息處理的效率和準確性，幫助管理者更好地了解和保護建筑遺產(chǎn)。例如，北京大學建筑與城市規(guī)劃學院的專家們開發(fā)了一個基于人工智能的建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動識別、分類和整理建筑遺產(chǎn)信息，并提供相關(guān)的建筑歷史、文化背景等信息，方便用戶更好地了解建筑遺產(chǎn)[4]。

2.3 建筑遺產(chǎn)保護修復(fù)技術(shù)

建筑遺產(chǎn)保護修復(fù)技術(shù)是保護建筑遺產(chǎn)的重要手段之一。在數(shù)字化技術(shù)的幫助下，建筑遺產(chǎn)的損傷診斷、修復(fù)方案生成以及修復(fù)質(zhì)量評估等方面得到了顯著的提升。

建筑遺產(chǎn)作為具有歷史、文化價值的文物，其保護工作需要先對其現(xiàn)狀進行損傷診斷。傳統(tǒng)的損傷診斷方式主要是基于人工的方式進行，需要專業(yè)人員通過目視、觸摸等方式進行觀察，并手工繪制草圖和照片。這種方式耗費時間、成本高，同時也存在主觀性和誤差性。而基于數(shù)字化技術(shù)的損傷診斷技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)自動化和智能化的損傷診斷，提高損傷診斷的準確性和效率。針對建筑遺產(chǎn)損傷機理研究分散和不深入的問題，從領(lǐng)域?qū)用鎸z產(chǎn)損傷機理研究進行系統(tǒng)整合，建立全面系統(tǒng)的遺產(chǎn)損傷機理數(shù)據(jù)庫，涵蓋不同遺產(chǎn)類型和不同損傷類型的機理信息。同時還要結(jié)合建筑遺產(chǎn)性能提升的需求和現(xiàn)有研究空白，完善損傷機理研究的類型。通過現(xiàn)場實驗、環(huán)境模擬、測試分析、監(jiān)測等對遺產(chǎn)損害進行微觀、局部和整體分析，調(diào)查損害因素和損傷漸變?nèi)^程[5]。

以北京頤和園為例，該建筑遺產(chǎn)采用了激光掃描技術(shù)進行損傷診斷。頤和園面積廣、建筑眾多，傳統(tǒng)的人工損傷診斷方式難以全面、高效地完成損傷診斷工作。而采用激光掃描技術(shù)，可以快速獲取頤和園內(nèi)所有建筑物的三維點云數(shù)據(jù)，并進行三維重建和損傷診斷。這樣，可以在較短的時間內(nèi)完成頤和園的損傷診斷工作，提高保護工作的效率和準確性。

2.4 建筑遺產(chǎn)監(jiān)測與管理系統(tǒng)

建筑遺產(chǎn)的保護不僅僅是修復(fù)工作，還需要對其進行監(jiān)測和管理，以確保其長期的保護。人工智能技術(shù)在建筑遺產(chǎn)監(jiān)測和管理方面也有著廣泛的應(yīng)用。本部分將介紹建筑遺產(chǎn)監(jiān)測與管理系統(tǒng)中的三種典型技術(shù)：建筑遺產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)使用管理系統(tǒng)和建筑遺產(chǎn)維護管理系統(tǒng)。

建筑遺產(chǎn)監(jiān)測原則本體模式的來源可以分為三方面內(nèi)容：一是建筑遺產(chǎn)保護的理念和原則；二是監(jiān)測方法所涉及的標準規(guī)范，如監(jiān)測點的布設(shè)、監(jiān)測頻率、監(jiān)測范圍等監(jiān)測要求；三是監(jiān)測指標的標準規(guī)范。完備和精準的監(jiān)測指標是建筑遺產(chǎn)監(jiān)測的理想狀態(tài)，也是該領(lǐng)域研究的重點與難點之一，目前研究尚不夠充分[6]。

建筑遺產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用傳感器、攝像頭等設(shè)備對建筑遺產(chǎn)進行實時監(jiān)測，可以檢測建筑物的傾斜、裂縫、震動、溫度、濕度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至云端進行分析和處理，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將自動報警。該系統(tǒng)在維護建筑遺產(chǎn)安全方面具有重要作用。

建筑遺產(chǎn)的使用管理是保護建筑遺產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，不僅可以延長其壽命，更可以充分發(fā)揮其文化和經(jīng)濟價值。建筑遺產(chǎn)使用管理系統(tǒng)是通過對建筑遺產(chǎn)進行全面的管理和監(jiān)督，保障建筑遺產(chǎn)的合理使用和開發(fā)。

3 數(shù)字技術(shù)建筑遺產(chǎn)保護案例分析

在建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護方面，法國的圣彼得教堂是一個很好的例子。該教堂建于13世紀，是世界文化遺產(chǎn)，也是法國重要的宗教建筑之一。隨著時間的推移，圣彼得教堂出現(xiàn)了許多問題，例如建筑物的腐蝕、墻體的開裂和頂部的脆弱性等等。為了保護這一重要的文化遺產(chǎn)，圣彼得教堂管理委員會采用了激光掃描技術(shù)和建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)來數(shù)字化保護教堂。

在智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，故宮博物院是一個典型的例子。作為中國最著名的古建筑群之一，故宮博物院是一座擁有數(shù)百年歷史的宮殿建筑群，保存了豐富的文化和歷史遺產(chǎn)。然而，由于其規(guī)模和歷史的悠久性，故宮博物院的建筑和文物管理面臨著許多挑戰(zhàn)，如對文物、建筑結(jié)構(gòu)和環(huán)境的保護、管理和維護等。為了解決這些問題，故宮博物院利用人工智能技術(shù)開發(fā)了一個智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

故宮博物院智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心是建筑物信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括建筑物模型、文物模型和空氣質(zhì)量模型等。這些模型可以幫助故宮博物院管理人員更好地了解建筑物和文物的狀態(tài)，并采取相應(yīng)的保護措施。此外，該系統(tǒng)還可以分析和管理博物館的各種數(shù)據(jù)，如博物館的訪客信息、文物的屬性、建筑物的歷史和狀態(tài)等信息。

福建土樓是中國閩南地區(qū)特有的一種民居建筑，被譽為中國南方傳統(tǒng)建筑文化的瑰寶。這種建筑在設(shè)計和建造過程中充分考慮到了防御和防災(zāi)的需要，因此具有很強的抗震、防火、防盜等能力。但隨著時間的推移和人為因素的影響，福建土樓的一些損傷問題也日益凸顯，例如龍門土樓、南靖土樓等。

針對福建土樓的損傷問題，目前已經(jīng)應(yīng)用了許多建筑遺產(chǎn)損傷診斷技術(shù)，以期對土樓的保護和修復(fù)提供有效的科學依據(jù)。其中，無損檢測技術(shù)是比較常用的一種方法，可以對建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的狀態(tài)進行檢測，而不會對建筑物本身造成任何破壞。

在福建土樓的保護和修復(fù)工作中采用了多種無損檢測技術(shù)，包括X射線無損檢測技術(shù)、超聲波無損檢測技術(shù)、電磁波無損檢測技術(shù)等。這些技術(shù)可以快速、準確地檢測出福建土樓中的潛在問題，為修復(fù)工作提供科學依據(jù)。

4 數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的未來展望

建筑遺產(chǎn)保護是一個重要的文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展不斷提高了建筑遺產(chǎn)保護的效率和精度，同時也為未來的建筑遺產(chǎn)保護提供了更多的可能性。下面將從三個方面展望數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的未來發(fā)展[7]。

4.1 建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護可持續(xù)性

建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護技術(shù)的應(yīng)用可以讓建筑遺產(chǎn)的傳承與保護工作更加高效、便捷、可持續(xù)。建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護是將建筑遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式并儲存于云端，能夠?qū)崿F(xiàn)遺產(chǎn)信息的長期保存、快速檢索以及傳播。同時，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還能夠提高文物保護工作的效率，加快遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的現(xiàn)代化進程，確保建筑遺產(chǎn)的長期保存。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷進步，未來建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護技術(shù)的應(yīng)用將更加普及和完善，為建筑遺產(chǎn)保護提供更加可持續(xù)的解決方案。

4.2 人工智能在建筑遺產(chǎn)保護中的深度學習和增強學習

人工智能技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，深度學習和增強學習技術(shù)的應(yīng)用將進一步提升建筑遺產(chǎn)保護的效率和準確性。通過大數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，建立建筑遺產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)庫，對建筑遺產(chǎn)進行多層面的分析和探究，從而更好地理解建筑遺產(chǎn)的歷史和文化背景。深度學習和增強學習技術(shù)還可以用于建筑遺產(chǎn)的自主識別和分類，大大提高了建筑遺產(chǎn)保護的效率。未來，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑遺產(chǎn)保護工作將更加便捷和高效。

4.3 人工智能在建筑遺產(chǎn)保護中的智能感知和決策

人工智能在建筑遺產(chǎn)保護中還有一個重要應(yīng)用方向，就是通過智能感知和決策來提高保護的效率和精度。智能感知是指利用傳感器和智能化設(shè)備對建筑遺產(chǎn)進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，以便更好地了解建筑遺產(chǎn)的狀態(tài)和情況。而智能決策則是指基于采集到的數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的知識，利用人工智能技術(shù)做出最優(yōu)化的保護決策。

5 總結(jié)

本文通過介紹數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用，包括建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)、建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)保護修復(fù)技術(shù)、建筑遺產(chǎn)監(jiān)測與管理系統(tǒng)和人工智能在建筑遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用案例，探討了數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護中的重要作用。