上海交大前沿科技助阵建筑文化遗产保护

上海交大前沿科技助阵建筑文化遗产保护

珍贵历史建筑有望借照片建模技术“复活”

科技日报/中国科技网 记者 王春

我国是世界建筑文化遗产大国，五千年绵延不断的中华文明史留下了数量众多、异彩纷呈的建筑文化遗产。但由于古建筑大都年代久远，部分建筑随着时代的变迁毁坏十分严重。怎样才能记住古建筑的昔日的“容颜”？又怎样才能书写好古建筑的“病历”？上海交大建筑文化遗产保护国际研究中心主任曹永康团队使用照片建模技术，可以成功复原被毁坏的历史建筑，同时使用HBIM（历史建筑信息模型化）等前沿技术建立历史建筑空间数据档案库，将现代科技与历史建筑保护相融合，为我国建筑文化遗产保护提供了新的思路。

照片建模技术有望重现历史古建筑旧貌

2016年3月4日，国务院发布了《关于进一步加强文物工作的指导意见》，指出在文物保护中要加强科技支撑，发挥科技创新的引领作用，充分运用云计算、大数据、“互联网+”等现代信息技术，推动文物保护与现代科技融合创新。今年的政府工作报告也指出，未来将推进文化改革发展，同时加强文化遗产保护利用。在建筑文化遗产的修缮和保护中，新技术的应用备受瞩目。

“最近上海青浦练塘古镇核心保护区的部分历史建筑被拆除，我们和相关部门讨论决定利用照片建模技术帮助复原古镇被毁掉的建筑，目前正在进行调研测绘和资料收集。”上海交大建筑文化遗产保护国际研究中心主任曹永康表示，虽然修复历史建筑的价值已经远远不如原建筑，但一定程度上可以恢复古镇的整体风貌，让古镇的总体环境保留历史特色。

使用照片建模技术让被毁的古建筑“复活”不是曹永康的第一次尝试。早在2001年，他的研究团队就曾用过这种技术成功复原了上海徐家汇南丹路上的明代大学士徐光启墓石牌坊。曹永康介绍，由于历史变迁，修复前的徐光启墓只剩下散落在草丛中的残垣断壁和一座改变了形状的坟体。为了重现徐光启墓当年的风貌，曹永康和课题组成员跑遍了历史档案馆、博物馆、建筑档案馆和图书馆，翻阅了大量资料。

“我们找到了大量的数据资料和历史照片，通过分析不同角度的历史照片，配合近景摄影技术，自动生成了徐光启墓牌坊等历史建筑的三维模型，获得了建筑的空间几何尺寸，重新绘制了历史建筑的平、立、剖面、大样等图纸，为复原提供了重要参考依据。”曹永康表示，2004年，瑞士的研究人员也用遗留的历史图像数字重建了被塔利班摧毁的巴米扬大佛，而徐光启墓则是国内首次应用这种技术准确计算已毁文物的尺寸并进行的复原设计，该项目获得了上海市优秀勘察设计二等奖。

历史建筑“档案库”助推古镇传承保护

在上海周边有很多历史悠久的古镇，除了对某个单体建筑进行维护与修缮外，古镇保护还有一个很重要的方面，那就是对大量历史建筑群的整体风貌和格局的合理管控。

2015年，曹永康带领“雪域天珠”江孜县建筑遗产状况调查与风险评估项目暑期社会实践团，利用三维激光扫描仪、全站仪、红外热成像仪、无人机、全景相机等先进设备，对江孜古城、白居寺、藏王宫遗址、格西拉康等历史建筑展开了探测评估。

“我们对江孜古城进行了基于GIS的数据调查、数字测绘和风险评估。GIS是用计算机来处理和分析地理空间数据的系统。目前国内有不少团队在做和古镇、古建筑保护有关的工作，但是用传统方式记录的信息很分散，实现大范围的数据共享也比较困难。把GIS引入古建筑保护，可以弥补传统信息记录方式的不足，能形成完整的历史建筑空间‘档案库’。”曹永康介绍说，这相当于为历史建筑办了“身份证”，古建筑的特征、病害信息以及修缮保护方法等等都能在档案库里找到，能为今后遗产的保护、利用提供全生命周期的数据。

曹永康表示，除了西藏江孜古城外，在上海横沔、广西贵港等古镇的调研中，他们都使用了GIS信息管理技术来辅助调研及勘察工作。“把古镇的信息详细记录和保存下来，是保护古镇，使其永续传承和发展的关键环节。GIS技术给古镇的调研提供了新思路，目前我们已经为多个古镇的历史建筑和历史元素建了‘档案’，它不但能帮我们查到系统的古建筑信息，还能为历史建筑病害的提前预防提供参考。”

综合使用多项前沿技术，为古建筑“对症下药”

三维激光扫描、摄影测量建模、红外热成像无损检测、无人机测量……曹永康团队每做一次建筑遗产测绘调研，都像是开了一次小型古建筑保护技术展。 “如果把建筑遗产的修缮比作给古建筑‘治病’，那么数据采集就是前期诊断中的关键一环。如果信息采集有偏差，就会给古建筑带来潜在的伤害风险。”曹永康说，每修复一栋古建筑他们都会根据实际选择不同的技术手段进行“诊疗”。

在第七批全国重点文物保护单位徐家汇天主教堂的测绘中，曹永康团队采用了三维激光扫描技术，把激光从发射器投射到建筑物表面，得到由上百万个点组成的空间点云，在电脑上形成了高度等很难手工测到数据，同时也对建筑中的雕像、柱头装饰等复杂形状进行了准确捕捉。这些云模型最终组成了徐家汇天主教堂的健康档案。

空中摄影测量也能为建筑文化遗产保护开出最合适的“药方”。2014年，位于青浦的麟趾桥发生了一次严重撞击，导致桥面开裂、桥拱变形。这座桥建于清乾隆年间，是一座长20多米的单拱石桥。研究人员发现，撞击的原因是原本满载的驳船在卸货返航时，由于吃水减少，使左右船舷撞到了桥洞。如果按照传统的结构变形模拟，需要在计算机中手动建立三维模型，输入各种荷载参数，这种建模方式并不精确。曹永康团队使用无人机摄影获得了这座桥的图像，通过图像建立了三维模型，得到危险程度的分布示意图，并模拟了桥体受撞变形的情景，为桥的修复和加固提供了精确的参考。

在从事古建筑文化遗产保护的15年间，曹永康不断探寻文化与技术的融合，组织开展了保护规划、修复设计、遗产考古与复原、传统建筑再创作等工作，测绘与勘察历史建筑十几万平方米，开展历史建筑修复设计200余项，历史建筑再创作设计二十多项，目前上海交大建筑文化遗产保护国际研究中心也正着手建设“中国文物保护技术协会建筑遗产修复技术国际教育中心”及“中国古迹遗址保护协会（ICOMOS CHINA）数字测量与无损检测研究中心”，提升我国建筑遗产保护的技术能力。