数字化保护让建筑遗产“动”起来“用”起来——访北京建筑大学副校长李爱群教授
摘要:新形势下建筑遗产数字化保护是一项新课题。如何用数字化技术更好地保护建筑遗产,让建筑遗产在现代多维时空绽放光芒与活力,李爱群教授带领团队与业界同仁一道在努力探索着……

from clipboard

今年2月,中共中央宣传部、文化和旅游部、国家文物局印发《关于学习贯彻习近平总书记重要讲话精神全面加强历史文化遗产保护的通知》,要求认真学习贯彻习近平总书记重要讲话精神,做好当前和今后一个时期历史文化遗产保护工作。

from clipboard北京建筑大学副校长李爱群教授


党的十八大以来,习近平总书记多次就文化遗产保护工作作出重要指示批示,这些重要论断和要求成为新时期我国开展历史文物保护工作的基本遵循。近年来,国家颁布了一系列关于文化遗产保护与利用的文件,将新时代文化遗产保护工作上升到国家层面,自然资源部等部委多次发文强调,加强历史文化遗产保护管理,文化遗产保护得到前所未有的重视,社会参与度不断提高。


数据显示,截至目前,我国国家级文物保护单位5058处。其中,古建筑2160处,近现代重要史迹及代表性建筑952处,合计占比61.5%。我国有世界遗产56处,居世界第一。


新形势下建筑遗产数字化保护是一项新课题。如何用数字化技术更好地保护建筑遗产,让建筑遗产在现代多维时空绽放光芒与活力,李爱群教授带领团队与业界同仁一道在努力探索着。

from clipboard

纵然,在现代城市中,一栋又一栋摩天大楼拔地而起,一座又一座赏心悦目的异形建筑落地生成,传统历史文化建筑也毫不逊色,以实力出道:登临山海关,感受“天下第一关城楼”的雄姿;上到华严寺,领略被梁思成誉为国宝的“天宫楼阁”;游览客家土楼,看聚族而居的古村落文化和圆圆方方建筑群的“神秘”……建筑遗产自带流量,成为“网红打卡地”,其照片也常被网友拿来在朋友圈里刷存在感。


但由于认识不到位、水平不到位、能力不到位等多个“不到位”,许多历史文化建筑要么毁于自然环境的风雨雷电下,要么消失在人为因素或现代城市建设中的推土机下,要么成为“保护过度”“不当保护”的反面案例。


李爱群举例说,某地石窟造像被“浓妆艳抹”重新彩绘,就是因为认识不到位,造成破坏性修复,使栖身石窟近千年的唐宋精美石刻造像失去了原有价值,对遗产来说这是最大的伤害。多年前,梁思成林徽因夫妇故居也未幸免,遭遇“维修性拆除”,消失在城市化进程中,引发社会公众质疑。


“建筑遗产保护面临的困难是多方面的、系统性的。我们要尊重它、学习它、认知它。”李爱群在接受记者采访中反复强调,遗产是有尊严的,我们要用敬仰之心、敬畏之心去看待建筑遗产,并转化成实际行动,把它们保护好、传承好、利用好,要采取最小干预、最大价值保存的原则,让珍贵的文化遗产“延年益寿”。正如习近平总书记多次所强调的那样,要更多采用“微改造”的“绣花”功夫,像对待“老人”一样尊重和善待城市中的老建筑,保留城市历史文化记忆。


他回忆起5年前对应县木塔考察时的一幕。到达现场,登临二层,映入眼帘的是木塔构件开裂、倾斜、变形,破损比比皆是。应县木塔到底是否安全?是否到了寿命极限?如何加强对该塔的价值认知,将现代技术与传统手段有机结合,实现应县木塔“永续留存”,李爱群既感到伤感、震惊,又有了更多的思考。


应县木塔,也叫佛宫寺释迦塔,位于山西省朔州市应县城西北佛宫寺内,始建于辽代,历经战火、地震、人为损坏,仍然屹立至今。木塔集纳了中国传统建筑的智慧,创造了人类木构建筑史上的奇迹,是一个可登临的木构楼阁式建筑。塔高67.31米,外观呈八角五层六檐,内部九层,全塔设计靠斗拱、柱梁凹凸扣合,不用钉不用铆,堪称一座“斗拱博物馆”,1961年被列入中国首批国家重点文物保护单位。


from clipboard

应县木塔BIM结构模型图


那次考察回来后,李爱群几次在重要的建筑遗产保护研讨会上表示,“遗产是有尊严的,应该采取延年益寿的方式加以保护。”与之同时,李爱群身体力行,带领团队,自筹资金,用3年左右时间,利用三维激光技术对木塔5万多个部件进行数据采集、BIM(建筑信息模型)建模、现场动力特性实测等,同时承担了“应县木塔关键构件、连接与子结构受力行为试验”“应县木塔局部倾斜部位现状加固试验与计算分析”等研究工作,并和合作单位中国文化遗产研究院,提出了对木塔实施植入木构件“微创手术”的预防性保护加固方案。让他欣慰的是,团队对木塔的科学价值认知随着参与深度和力度的加大,愈发觉得木塔保护工作的“刻不容缓”“时不我待”。


建筑遗产既是我们昨天的身份证,也是今天回望来路的历史教科书,要始终把保护放在第一位。国家一直在鼓励引导全社会高度重视文化遗产、建筑遗产,高度重视文化自信,并把文化自信上升到中华文明的高度,这对建筑遗产保护来说特别有意义。


历史上人类建造过无数的建筑,随着时间的流逝,绝大多数已经损毁消亡,只有少数能够幸存下来,成为文物建筑。李爱群指着电脑上的照片无奈地说,历经千年风霜的巴米扬大佛遭炸毁;拥有850年历史的巴黎圣母院大教堂在一场大火中受损严重;饱经800多年风雨的中国大足宝顶山千手观音受到多种“病害”袭扰彩绘层遭重度侵蚀;已有两千多年历史的都江堰二王庙在汶川地震中震损严重……建筑遗产保护与可持续发展面临着系统性挑战,成为亟待解决的重要课题。


国内外对于建筑遗产保护和价值的认知经历了一个漫长发展过程。1930年营造学社创立后的15年里,梁思成及同仁对中国古建筑开展了大规模实地考察、发掘和测绘保护工作,开启了国人对古建筑遗产价值认知的窗口。其间,共测绘了建筑物2738处,完成测绘图稿1898张,这些珍贵数据至今依然保有极高的学术价值。


from clipboard

from clipboard

3年前,法国巴黎圣母院那场大火,给全世界文物安全敲响了警钟,因为哪怕是一柱香、一次雷电,或是人的一念之差,都可能让建筑遗产在一瞬间化为灰烬、消失殆尽。火灾发生后,法国总统马克龙表示将重建巴黎圣母院,因为他们保存着其完整的三维数字档案。


据报道,早在2015年,建筑历史学家安德鲁·塔隆曾利用激光扫描技术精确记录巴黎圣母院全貌,该项激光扫描工作耗时数年,收集了大教堂内外50多个地点的超过10亿个数据点,可以最大程度通过数字化还原大教堂面貌。相信巴黎圣母院大火在让无数人痛心的同时,也使人们更为深刻地意识到历史文物建筑遗产数字化保护极为重要。


传统测绘方法,诸如采用卷尺、铅锤、水准仪、照相机等工具测量,存在着测量精度不高、耗时过长、安全风险大等不足。三维激光扫描技术,也称为“实景复制”技术,是测绘领域继GPS技术之后的又一次创新,已在建筑遗产数字化保护中发挥关键作用。


据介绍,激光扫描测量方法,是以无数个点(点云)构筑真实建筑原貌,点云数据就是精确的数字档案。这一方法实现了与建筑“零接触”,避免对建筑造成不必要的损坏。数字技术生成的模型,还可以高精度展示建筑物各部件微小细节,精细化表达,精度可达毫米级。一旦建筑遗产受到诸如地震、洪水、战争等意外破坏后,随时可以调用存档的点云数据,为古建筑复原提供精确数据支撑。


同时,借助点云数据,可制作古建筑物平面图、立面图、剖面图,以及三维可视化模型。也就是说,利用数字化方式将文物搬到电脑里、存进了硬盘中,实现数字化永久保存。相当于建筑遗产在数字空间的“孪生兄弟”,可以随时调用数据,进行建筑遗产的病变体监测分析、还原复杂榫卯架构等。


近年来,除了三维激光扫描和点云技术外,现代测绘技术还有许多新突破,比如借助无人机航测采集建筑及周边环境,制成倾斜摄影模型和航拍空中全景图,从倾斜模型上可以直观地反映地形、外貌,获得历史建筑位置、高度、高程等信息,借助倾斜模型快速精确绘制地形图等。再如借助全景摄影相机,采集历史建筑内部及外围全景照片,就可足不出户,在室内360度全景漫游历史建筑物,把每个细节看得清清楚楚、明明白白。

from clipboard

面对“如何获取信息”“怎样监测与评估”“如何更好地维持与提升性能”三大难题,李爱群带领团队勇于突破创新,研制出数字化保护“三大技术”体系,以解“三大难题”之困。“三大技术”包括全要素信息留取与表达、本体健康监测与性能评估、综合性能提升。其中,信息留取是基础,也是预防性保护的基础。信息采集包括建筑、结构、构件、节点、壁画等所有与之相关的信息,相当于把历史价值、文化价值、艺术价值和科学价值全部、完整、精细地保留下来。


信息留存后,就可以为建筑遗产“把脉诊病”。李爱群解释说,建筑遗产的能力是与时间相关联的,存在着性能临界点,面对复杂环境通过对遗产进行健康监测和状态分析,就能了解建筑遗产性能退化过程中的每个临界点,当接近临界点时就需要进行人工干预,诸如通过病害防治、损伤修复、抗震能力提升等措施来提高建筑遗产的综合性能,起到提前预防作用,由此使建筑遗产始终保持生命力,起到“延年益寿”的目的。他认为,抓住关键点(临界点)是能力提升的根本。人是生命体,建筑遗产也是生命体,通过“三大技术”实现建筑遗产全生命周期管理,用数字化为建筑遗产保驾护航。


以“三大技术”为代表的数字化保护技术让文保领域的专家们看到了建筑遗产的前景,毕竟应县木塔已近千年,云冈石窟也有1500多年历史,更多老建筑需要保护,实现建筑遗产“千年不倒”不再是梦想。而现代测绘技术已经成为建筑遗产的“标配”,广泛应用到文化遗产保护与实践中,让建筑遗产在数字空间“活”起来,“动”起来,“用”起来。

from clipboard

进入北建大官网,点击页面上方“全景校园”,随着球体展开,便可以跟着镜头,360度鸟瞰硕大的北建大大兴校区全貌,图书馆、基础教学楼群、体育场、体育馆、四合院、石桥、湖边小亭等尽收眼底;拉近镜头,可以近距离欣赏每一栋建筑的艺术特色,或进入图书馆,观看里面的现代化设计。整个校园就像是一个露天“建筑博物馆”,传统与现代实现了完美结合。


更令人惊奇的是,北建大把云冈石窟第18窟也“搬进”了校园内。每一位见到石窟的人都会被活灵活现1∶1复制的石窟佛像所震撼,拍照、发朋友圈、视频直播……消息不胫而走,许多国际友人也来校园一睹石窟古韵风貌。应该说,这是数字科技赋能中国文化遗产保护,走入校园,走入大众,弘扬中华文明,展现文化自信的创新之举。这里已经成为北京新的“打卡地”。


云冈石窟是我国三大石窟之一,距今已有1500年历史。第18窟更是云冈石窟规模最大、工艺最复杂、艺术价值极高的一窟。李爱群回忆说,早在2005年,云冈石窟研究院便与北建大开展了合作,建立人才培养基地,双方攻克多项技术难题,首次成功利用三维激光扫描技术,生成了完整的云冈石窟外立面点云及正射影像图,并绘制了云冈石窟实测线描图,弥补了云冈石窟一直没有全景正射实测线描图的缺憾,为云冈石窟走进三维数字时代奠定了数据基础。2018年,李爱群带领团队将云冈石窟18窟等比例复制品落地北京建筑大学大兴校区。“希望找到1∶1高保真复制云冈石窟的办法,复制品能够像积木一样简单组装和拆解,方便到各地去展示,让世界一起见证灿烂多姿的中华传统文化。”云冈人的这一梦想已照进现实。

from clipboard

在北京建筑大学大兴校区等比例龙冈18窟模型前,大学生们拍照留影


值得一提的是,北建大文化遗产保护学科可谓独树一帜。自建国初期,学校前辈学者即开拓性地走在全国建筑历史教学及建筑遗产保护修缮工程设计的前列,其后的一批学者在建筑遗产保护领域不断积累和拓展,建筑遗产保护领域的教学与研究已经与计算机、测绘、土木工程、力学等学科相融合,并与十余所国内、国际著名大学建立了该领域的教学与研究合作,形成了鲜明的学科专业特色,为国家培养了大批城市建设领域的高层次专门人才,同时也造就了一支高水平并具有创新精神的教师及科研团队。有越来越多的师生投身建筑遗产保护事业,许许多多师生榜样涌现出来。


今年2月,教育部公布第二批全国高校黄大年式教师团队,李爱群带领的土木工程防灾教师团队榜上有名。在学术科技一线坚守30多年,他以德为先,率先垂范,努力做好青年学子引路人,成为众多学子心中的榜样,大家纷纷追随他投身于建筑遗产保护科研的最前沿。李爱群带领的科研团队可谓人才济济,国家杰出青年科学基金获得者4人、国家百千万人才4人、青年长江学者3人……这些新生力量令他很欣慰。


from clipboard

“高性能隔震建筑系列关键技术与工程应用”获得2020年度国家科学技术进步二等奖后,李爱群激动地表示,“我们团队在土木工程抗震、减震、隔震领域的研究形成了闭环。”隔震系列关键技术成果不仅可以在建筑遗产保护利用方面大显身手,在城市住宅群、地铁、中小学校舍、2022年北京冬奥会场馆等国内外60多个项目中也已成功实践,守护着一方平安。近3年,还创造直接经济效益15.4亿元,构建了具有完全自主知识产权的系列关键技术,发挥了行业引领和示范作用,为国家可持续发展重大战略实施提供了地震安全保障。


如今,北京建筑大学在“通识教育+专业教育+综合素质教育”三位一体人才培养机制下,建筑遗产数字化保护的步子越跨越大,走得越来越稳健。北建大党委副书记、新闻发言人陈刚在“北京市庆祝中国共产党成立100周年”系列新闻发布会之教育专场上自豪地表示,北建大构建了国内第一个建筑遗产保护领域全链条人才培养体系,拥有“大建筑”域相关的全部专业门类,形成了独具北建大特色、建筑类特色的专业体系,工程学、环境/生态工程两个学科入选ESI全球排名前1%,三个学科入选北京高校高精尖学科。


“无论前面取得多少成绩,都依然只是一个阶段性工作,建筑遗产保护与传承需要全社会的大力支持和广泛参与。希望能够早日实现心中美好愿景:所有的世界遗产、所有的建筑遗产,都能够永续留存在世上,向人们讲述它的过去,展现它的现在,昭示它的未来。”坐在北京西城校区一间会议室里的李爱群眺望着远方,他还有一个期盼,就是希望现代测绘技术再往前努力跨一步,与建筑遗产保护的国家重大现实需求紧密结合,特别是在测绘手段的非接触和标准化、测绘数据的规范化和精细化等方面,能够对接实际需求,不断突破创新,为建筑遗产保护提供更好的时空大数据支撑。

声明:南方数码生态圈转载此文目的在于传递更多信息,并不代表赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请联系我们,我们将在第一时间删除内容!
浏览量:2056
0
全部观点
布川·酷紫 2022-05-21 23:58
大杨树 2022-05-21 07:40
数字化测绘助力古建筑保护
新手318729 2022-05-21 07:07
shq976 2022-05-21 07:03
mystq 2022-05-21 06:53
新手50801 2022-05-21 06:37
新手075878 2022-05-21 06:36
已读
悠悠我心 2022-05-20 20:50
已阅
新手71263 2022-05-20 19:58
科学探索永无止境!
自在山水间 2022-05-20 18:13
也想评论? 请先 登录