建筑遺產保護與再利用信息技術應用

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摘要:當今信息化高速發展，信息技術的深度介入是建筑遺產保護和再利用領域的發展趨勢。通過對信息技術近年來在建筑相關領域的發展及國內外使用信息技術保護建筑遺產的案例進行分析，試論信息技術在建筑遺產保護和再利用中的應用之道。

關鍵詞:信息技術，建筑遺產，保護，再利用

1概述

建筑遺產是城市發展的見證，是城市文化的靈魂，是城市特色的根基。建筑遺產所承載的不僅是居住者和使用者的柴米油鹽、點滴日常，更是城市從古至今的人文薈萃、歷史過往。保護建筑遺產就是捍衛城市風貌，延續歷史建筑的光芒才能讓城市文化的底蘊生生不息。破壞的建筑遺產是不可再生的，這意味著建筑遺產一旦消失后便只能通過文字或圖片去了解，再無法深切感知其存在。然而，由于城市的不斷建設與擴張以及人們對于歷史文化的不夠重視，建筑遺產的保護與發展正在遭受前所未有的考驗。

2建筑遺產生存現狀

對于城市的發展建設而言，部分建筑遺產的歷史文化背景堪比城市“名片”，因而經濟效益便成為其被關注的重要方向，這導致了對建筑遺產的過度開發和不當利用。不僅如此，建筑遺產自身的結構老化和功能退化也是影響建筑遺產生存的嚴重問題。

2．1過度開發的建筑遺產

一直以來，我國的建筑遺產便存在著過度使用和不當開發的現象。如安徽的宏村和西遞村，古老的村莊早已被林立的商鋪打破了寧靜，粉墻黛瓦旁也坐滿了前來采風的學生和游客，每年十月份的喧鬧匆匆而過后，只有滿地的垃圾和日益老化的建筑相依在風中蕭瑟。又如平遙古城，初見古城，除了被歷史悠久的城墻所吸引外，其“明清一條街”也是各個導游口中不可不去的地方。而這樣的商業街，在無錫也有一條，甚至其所具備的商鋪、所售賣的商品竟然也大同小異，觀賞過后沒有欣喜反而只剩下無盡的唏噓。這樣的不當開發，讓古城失去了特色，也讓地域文化沒有了靈魂。而麗江古城、北京故宮等世界級建筑遺產，因“旅游業過度開發，遺產地不堪重負”，更是直接被世界遺產大會亮了“黃牌”。把建筑遺產當做經濟收益的搖錢樹，對其進行超負荷的利用，乃至超過了本身的承載能力，加速了建筑遺產本體的老化程度，嚴重破壞了其周邊環境，只會導致無法挽回的后果。

2．2經久失修的建筑遺產

隨著時間的發展，建筑遺產出現了許多問題，如建筑結構的損壞問題。以應縣木塔為例，應縣木塔是我國現存傳統木結構古代建筑中結構最宏偉、高度最高、體量最大、年代最久遠的建筑遺產。也是現存木結構中存在安全風險最大的一處，如木結構的傾斜、位移、構件損壞、材料風化等病害［1］，使得這座建于遼代的名塔岌岌可危。此外，建筑遺產中存在許多具有居住功能的建筑，其中相當一部分還處在使用中，但是其功能已無法滿足現代人的需求，為了更加便于使用，居住者私搭私建了其他建筑，導致古色古香的建筑旁立著彩鋼板建造的小房子，建筑遺產的原本風貌遭受了很大破壞。

3現有建筑遺產保護方式

現有的建筑遺產保護和再利用的方式主要有建筑實物修復和3D打印建筑模型兩種。建筑物實體修復是在現有建筑遺產保護中應用最多的一種，其主要措施是投入高標準、高質量的材料以及充足的人力和物力，按照“修舊如故”的方式，盡量使用原材料、原工藝來進行。這樣的保護方式基本做到了對建筑遺產的保護，但是投入巨大，耗資無數，并且經由此方式保護修繕的建筑遺產往往會呈現兩種極端情況:第一種是建筑遺產極度商業化，如北京智珠寺在進行修復后，修復方秉持著“誰修復，誰受益”的原則，將修復后的智珠寺作為高檔酒店使用，導致智珠寺外部雖維持原貌，但內部空間結構布局早已被嚴重破壞，其所承載的多個時期的歷史記憶被抹去，建筑本身的歷史感和厚重感蕩然無存，古老的建筑成了一個“徒有其表”的空架子。第二種是建筑遺產冷凍化。部分正在使用的建筑遺產經修復后，由于擔心再次破壞，被靜態冷凍式保存起來，與使用者的正常生活嚴重分離，將建筑遺產的價值抹殺得只剩下歷史意義而失去了人文光彩。3D打印技術在近些年來也成為了建筑遺產復原保護的熱門方式。3D打印技術是通過特定機器層層疊加材料的方式實現的，具備快速形成建筑遺產模型、易于保存等優點。但是，就目前而言，受3D打印機臺面的限制，打印時需要將模型進行分塊處理，成型后再進行拼接安裝，這就導致了其創建的建筑遺產模型精度不足。另外，3D打印只能使用特定材料，而建筑遺產常見材料如木材、石材卻無法使用，因而對建筑遺產的質感和色彩方面的真實還原還是存在一定問題。

4國內外優秀案例研究

采用信息技術保護和再利用建筑遺產在國內外早已被廣泛關注并進行了相關實踐，意大利虛擬重建龐貝古城項目以及我國清華大學郭黛姮教授團隊所進行的三維復原圓明園項目皆有一定成果，在保護與再利用建筑遺產領域有率先垂范之功。

4．1龐貝古城的虛擬復原

公元79年，龐貝古城被火山噴發出來的熔巖一瞬間吞噬，濃濃的黑煙夾雜著滾燙的火山灰，鋪天蓋地的降落到這座城市，這里所有的繁華與富庶、奢靡與美麗均化為烏有，龐貝消失了……直到1876年，科學家們循著蛛絲馬跡一點點的發掘，才慢慢將龐貝的殘骸再現于世人面前。2010年瑞典隆德大學的研究團隊開始著手進行龐貝古城的虛擬復原工作。隆德大學的研究人員利用計算機FARO3D掃描技術收集古城大量的視覺數據來創建建筑物，并使用專業軟件將數據進行網格化處理，再通過在計算機中輸入顏色來增強生成的多邊形結構形成影像，然后將處理后的數字照片添加到三維模型中以增強墻壁和地板的外觀，從而創建更易識別的三維可視化效果，達到虛擬復原龐貝古城的目的。通過以上方式，該團隊已完成對龐貝古城多個建筑物的復原，得益于信息技術，古老而光輝的龐貝古城得以詳細又清晰的重現于人們面前。

4．2圓明園的三維重現

圓明園是清王朝鼎盛時期的產物，是其存留下來的寶貴建筑遺產，被稱為“無上之園”“萬園之園”，可惜在經過鴉片戰爭后面目全非。改革開放以來，國家在實體修復圓明園方面做了無數努力且花費巨大，但是基于種種原因，許多建筑和文物并不能完全恢復原貌。基于此種狀況，清華大學郭黛姮教授帶領她的團隊采用計算機技術對圓明園展開了研究。經過十幾年的努力，精準數字復原景區已超過全園景區總量的60%。這些由信息技術復原的景區可以通過“虛擬現實”圓明園移動導覽系統和圓明園虛擬游園系統［2］展現在人們面前，以上系統將海量數據、定位系統、導航系統、音頻系統綜合為一體，讓人們可以只花幾十元便欣賞圓明園盛景。得益于計算機技術，那些精美的梁、斗拱、柱、椽子、門窗才有機會再獲新生。信息技術的迅猛前進為建筑遺產的保護與再利用提供了技術支撐和探索更新領域的機會。國內外所使用信息三維虛擬復原技術探索建筑遺產保護領域案例的成功都表明了通過信息技術來保護和再利用建筑遺產的可能性，信息技術與建筑領域的交匯已成為建筑遺產保護和再利用的題中應有之義。可見，在數字化高度發達的當今，對于歷史建筑無論是學術研究、知識獲取甚至文化旅游等，就其信息承載的手段，都昭示著與時代趨勢相對應的新方式。

5信息技術參與建筑遺產保護和再利用

通過研究國內外建筑保護的案例、對比現有保護建筑遺產方式的不足之處可以發現，保護建筑遺產可以讓信息技術參與其中。這里所采用的參與方式主要是三維仿真虛擬現實技術和互聯網技術。

5．1三維仿真虛擬現實技術

三維仿真虛擬現實技術具有真實性、互動性、故事性等特點，不僅能夠將建筑遺產的各個細節完美重現，還可以讓使用者與建筑遺產進行互動，通過音樂、材質、色彩和空間的變換營造身臨其境的體驗，采用三維仿真虛擬現實技術來保護和再利用建筑遺產，可以通過以下幾個步驟來進行:第一步是調研所要保護和再利用的建筑遺產、建筑遺產所在街區，以此來了解建筑遺產的歷史背景信息，主要有拍攝建筑照片、測量尺寸、分析結構等。詳實而系統的資料是成功的保護措施的基礎。接下來分析調研結果，對選定建筑遺產的相關數據信息歸納整理，并使用ComputerAidedDesign(CAD)軟件等二維矢量繪圖軟件繪制建筑遺產的平面、立面以及剖面圖稿。第二步是將建筑遺產的平、立、剖面圖導入3DMax，SketchUp等三維建模軟件中，按照準確數據，結合先前調研所得信息創建三維模型。模型需包括建筑遺產主體、建筑遺產所在街道其他建筑、建筑遺產所在街道街區場景及人、車、物等配景，所創建的模型需要最大程度還原建筑遺產形象，保證真實性。第三步是運用虛擬現實技術(VirtualReality)、增強現實技術(AugmentedReality)或者全系投影技術，對建筑遺產及其相關三維模型進行表達展現。虛擬現實技術可以將之前創建的三維模型進行連接，形成閉合畫面以達到給予觀賞者沉浸式體驗的目的。增強現實技術可以將三維模型與建筑遺產本體進行“無縫”集成，使虛擬的場景和真實的建筑實時疊加，給使用者以“虛實相間”“亦真亦幻”的體驗感受，并且增強現實技術還可以將氣味和觸覺加入到場景中，使建筑遺產的形象更加立體而鮮明，回溯歷史的過程更加完整。全息投影技術可以讓使用者與建筑遺產進行互動，將全息投影技術應用于建筑遺產保護和再利用中，可以不穿戴設備便直接觀看。通過全息投影技術，使用者可以通過一些簡單的步驟來更加深入的了解建筑遺產。全息投影技術在建筑遺產領域中的應用不僅是觀賞，還可以用作教育，建筑學習者可以通過全息投影技術更方便的學習建筑遺產的外觀及內部的設計細節。使用VR，AR，全息投影等計算機技術來保護和再利用建筑遺產，可以在不傷害建筑遺產本體的前提下拉近建筑遺產與觀賞者之間的距離，讓建筑遺產不再是“高嶺之花”，人人皆可了解建筑遺產、人人皆可了解建筑遺產所代表的歷史文化和時代記憶。最后一步也是貫穿于整個三維仿真虛擬現實技術保護和再利用建筑遺產的過程中的一步是使用建筑全信息化模型(BIM)技術對以上三個步驟的成果進行檢驗。BIM技術在建筑遺產保護領域的應用主要在分析建筑遺產現狀，快速收集建筑遺產相關信息，將建筑遺產數據可視化，并且精確計算修復建筑遺產材料用量等方面［3］。在前期分析中，BIM技術可以傳達、保存及管理建筑遺產的相關信息;在模型創建中，BIM技術可以對建筑遺產的各個構件和細節進行分析并檢驗建模數據的精確性;在表達展示中，BIM技術可以建立參數信息庫，為相似情況的建筑遺產的保護和再利用提供數據參考。綜上所述，使用三維仿真虛擬現實技術對建筑遺產進行保護和再利用，主要是按照收集數據、建立模型、成像展示這幾個步驟來進行的，而BIM技術貫穿其中。以上步驟在建筑遺產保護和再利用的過程中環環相扣，建筑遺產模型的清晰展示，人景交融的互動體驗以及對于建筑遺產信息的全方位把控，共同構成了信息技術在建筑遺產保護領域參與的應用媒介鏈。

5．2互聯網技術

互聯網時代的建筑遺產保護可以通過以下兩種方式來進行:第一種方式是借鑒“智慧城市”的做法，在建筑遺產中嵌入傳感器來對其信息進行感知、傳輸、集成共享、分析處理，以便于能夠更加精細化的進行建筑遺產保護，在整個過程中可以及時反映狀況、解決問題，讓新時代的建筑遺產保護和發展富有智慧性。第二種方式是利用互聯網能夠覆蓋手機、電腦等設備的特性，引入建筑遺產應用軟件。基于手機和電腦等移動端對于建筑遺產的展示能夠呈現多種形式，人們可以通過應用軟件來實時了解建筑遺產所包含的歷史信息、保護現狀以及未來發展的相關介紹，并且提供多種附加功能，如建筑遺產的周邊購買、以建筑遺產為主題的自我創作等。此外，移動端的設計可以讓使用者打破時空的界限，無需花費大量時間親臨實地的觀賞，即便是相隔遙遠也可以即時“游覽”建筑遺產。由此可見，在萬物互聯的時代背景下，在建筑遺產保護和再利用的過程中，互聯網的參與可以使保護和再利用的方式更加具有智慧性和靈活性。

5．3虛擬旅游

綜合使用三維仿真虛擬現實技術和互聯網技術，可以帶動虛擬旅游的發展。所謂虛擬旅游，指的是以建筑遺產實體為依托，互聯網為傳播渠道，利用三維仿真虛擬現實技術達成虛擬仿真環境給人以與真實旅游相似體驗的活動方式。虛擬旅游的歷史由來已久，自1995年Hobson和Wil-lams提到“虛擬旅游”一詞開始，一系列虛擬旅游的探索和嘗試接連而來，就我國來講，無論是2008年故宮舉辦的“超越時空的紫禁城”，還是2009年出現的“全景客”網站，以及2014年的虛擬敦煌莫高窟［4］都昭示了通過虛擬旅游來保護和再利用建筑遺產的可行性。在建筑遺產的保護和再利用中引入“虛擬旅游”的方式，可以這樣進行:首先是對建筑遺產及其所在地的語言符號和背景信息的整理及分析，以此來為虛擬旅游提供真實的歷史感和完整的故事線，以及詳實的三維建模數據。然后是采用三維仿真虛擬現實技術對建筑遺產進行虛擬現實化表達，準確把控建筑遺產自身的材質、紋理、尺度、結構、空間以達到三維場景對于歷史場景的還原性。另外，三維仿真虛擬現實技術還需與游客進行互動，單一的觀看行為與傳統實地旅游能夠提供的服務大同小異，而互動性的加入則提高了整個虛擬旅游過程的趣味性和沉浸感。游客通過穿戴特定裝備形成人體感應，可以在虛擬場景中對建筑遺產的細節近距離觀察、對興趣所在之處進行虛擬創作并實時記錄等。最后是虛擬旅游方式的傳播和參與，這是通過互聯網來實現的，將三維仿真虛擬現實成果進行數據整合后集成于一體并上傳至互聯網平臺進行傳播，提供多種參與方式如掃描二維碼、安裝應用程序、訪問網站等，讓游客只需簡單操作便可開始自己的虛擬觀光之旅。虛擬旅游業與其說是新型的旅游方式，更像是對傳統實地旅游的補充，在實地旅游中，由于建筑遺產的地處偏遠和承載能力有限、游客收入不足和身體機能限制、旅游交通條件堪憂等各種問題阻礙了建筑遺產旅游業的發展，而在互聯網技術和三維仿真虛擬現實技術支持的虛擬旅游中，這些困難將迎刃而解，建筑遺產的光芒將被人們所看見。

6結語

信息技術的日益精進，各種以數字信息技術為基礎的產品、設備甚至新興專業應運而生，不論是三維仿真虛擬現實技術還是互聯網技術在建筑遺產的保護和再利用中都占有一席之地。通過信息技術保護與再利用建筑遺產，不僅可以在物質層面保護其不受傷害，而且可以在社會層面進行跨越時間與空間的傳播，讓世界各地的建筑遺產都可以被看見，讓“石頭書籍”會說話，讓人類文明的火種不會被熄滅，讓淹沒于浩瀚星河的歷史之光得以重燃。

參考文獻:

［1］侯衛東．應縣木塔保護的世紀之爭［A］．西安建筑遺產保護國際會議［C］．2013．

［2］劉軍寧．基于14nm工藝GPU中顯示模塊的物理實現［D］．西安:西安電子科技大學，2017．

［3］金一．淺析真實性保護原則在城市建筑遺產保護規劃中的應用［J］．城市建筑，2014(15):257．

［4］徐紅．文化遺產類景區虛擬旅游開發研究［D］．南京:東南大學，2013．

作者：賈澤慧 單位：天津美術學院