数字化技术助力古建筑文化遗产保护与传承

文章探讨了数字化技术在古建筑文化遗产保护与传承中的应用策略，重点分析了多技术融合的影像数据采集方案在实际工程中的应用效果。以开封铁塔为案例，采用无人机倾斜摄影和手持数码相机近景摄影相结合的多技术融合方法，利用高精度的影像数据和先进的三维建模软件，成功构建了高精度的铁塔三维模型。实验结果表明，该方法在模型精度和细节表现方面显著优于传统倾斜摄影测量法。

近年来，信息技术的飞速发展为古建筑保护提供了新的技术手段，尤其是数字化技术的应用，为古建筑的保护工作带来了革命性的变化。通过高精度的影像数据采集、先进的三维建模技术以及虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的结合，使得古建筑的保护与传承工作得以更加科学、系统和高效地开展。

古建筑文化遗产保护与传承的基本原则

最小干预原则强调在保护过程中应尽量减少对原有建筑、结构、材料及环境的干扰，仅在必要时进行修复和加固。同时，采用现代材料和技术进行隐蔽性加固，严格遵循保持建筑原有特点的要求，确保古建筑的完整性和真实性。

真实性原则要求保护工作必须尊重和保持古建筑的原始状态，避免过度修复。此外，对于损毁部分要使用同种材料、同样做法进行修复，确保建筑整体风格的一致性和历史连续性。

古建筑文化遗产保护与传承的案例分析

北京故宫的保护与管理。作为世界上规模最大的古代宫殿建筑群，北京故宫在保护过程中采取了系统化且科学的预防性保护管理措施，确保这一珍贵文化遗产的长期保存与传承。首先，故宫建立了完善的文物保护体系，涵盖了从日常维护到重大修复的各个环节。定期进行建筑结构检测，通过专业团队对宫殿的基础、梁柱、屋顶等关键部位进行仔细检查，及时发现并处理潜在的结构隐患，防止因老化或外部因素引发的损坏。在环境监测方面，故宫配备了先进的监测设备，对馆内的温湿度、光照强度、空气质量等环境参数进行实时监控。通过智能化管理系统，调节内部环境，避免因环境波动而对建筑材料和文物造成不利影响。同时，故宫还实施了严格的访客管理制度，控制人流量和参观时间，减少游客活动对建筑和文物的直接影响。现代科技手段在故宫的保护中发挥了重要作用。例如，利用激光扫描技术对宫殿进行高精度测绘，生成详细的三维模型（如图1所示），帮助专家进行精确的结构分析与修复设计。3D建模技术不仅记录了现存建筑的详细信息，还为未来的修复工作提供了宝贵的数据支持，确保修复过程的科学性与可持续性。

南京明孝陵的修复工程。南京明孝陵作为世界文化遗产，其修复工程注重历史真实性和原材料、原工艺修复。在修复过程中，专家团队深入研究明代建筑工艺，采用与原材料相同或相似的石材和木材进行修复，确保建筑风格的一致性。在南京明孝陵的修复工程中，屋面和墙体部分的修复尤为关键，因其直接影响整个建筑群的结构稳定性和美观度。屋面的修复工作严格遵循明代瓦片铺设工艺，采用与原有瓦片相同材质和颜色的仿制瓦片进行更换，确保屋顶整体风貌的一致性。同时，对屋脊和斗拱等细部构件进行加固，使用传统木结构技术增强其抗震性能，防止长期风雨侵蚀导致的结构松动或倒塌（如图2所示）。

在墙体修复方面，专家团队对损坏严重的墙体采用“就地补强”方法，使用与原墙体相匹配的石材和砖块进行修补，保持墙体的整体连贯性和历史质感。对于腐蚀或剥落的泥灰层，在彻底清理后，重新施加具有良好透气性的传统石灰砂浆，确保墙体的呼吸性能和耐久性。此外，针对墙体裂缝问题，采用内外双层加固技术，通过注入高强度补强材料，增强墙体的整体稳定性，防止裂缝扩大。

在防水防潮方面，屋顶和墙体均进行了专业的防水处理，应用现代防水材料与传统工艺相结合的方法，有效阻隔雨水渗透，保护建筑内部结构不受潮湿环境的侵害。整体而言，通过这些具体而细致的修复措施，南京明孝陵的屋面与墙体部分得到了全面恢复，不仅延长了建筑的使用寿命，也完美再现了明代建筑的辉煌风貌。同时，采用传统工艺进行细部雕刻和装饰，保持其艺术价值。修复完成后，明孝陵通过科学管理和合理利用，成为重要的旅游景点和文化教育基地。

数字化技术助力古建筑文化遗产保护与传承的策略

数字化记录与建模。数字化记录与建模是古建筑保护的基础，通过高精度的扫描和建模技术，可以全面记录古建筑的现状，为后续的保护和修复提供重要参考。例如，意大利庞贝古城的数字化项目采用激光扫描技术，生成了庞贝城的高精度三维模型。这一模型不仅详细记录了古城的建筑结构和装饰细节，还为考古研究和虚拟展示提供了宝贵的数据支持。类似地，故宫利用无人机和三维建模技术，对古城内的传统建筑进行了全面数字化，确保在自然灾害或人为破坏发生时，能够迅速恢复和重建。这些案例表明，数字化记录与建模不仅提高了古建筑保护的效率和精度，还为文化遗产的长久保存奠定了坚实的基础。

虚拟现实与增强现实应用。通过VR技术，可以在虚拟空间中重现古建筑的历史风貌，使公众能够身临其境地体验古建筑的魅力。AR技术则通过在现实环境中叠加数字信息，增强了古建筑的展示效果。例如，日本京都的金阁寺应用了AR技术，游客可以通过手机或平板设备，看到建筑在不同时期的样貌和历史事件的再现。这些技术不仅提升了公众的参观体验，还增强了文化遗产的教育功能，促进了保护意识的普及。

无损检测与监测技术。以中国长城为例，利用地震波无损检测技术，对长城的墙体和基础进行定期检查，及时发现和修复潜在的结构问题，防止进一步损坏。另一个案例是埃及卢克索神庙，通过红外热成像技术，监测建筑内部的温度变化，评估结构的稳定性和材料的老化程度。这些无损检测技术不仅提高了监测的准确性和实时性，还减少了对古建筑的干扰，确保了保护工作的连续性和有效性。

信息管理与数据共享。有效的信息管理与数据共享是数字化技术在古建筑保护中不可或缺的一部分。例如，中国的“数字故宫”项目通过互联网平台，公开了故宫的详细数字化资料，方便研究人员和公众查询与使用。此外，利用云计算和大数据技术，可以对大量的保护数据进行分析和挖掘，发现潜在的问题和规律，指导保护工作的科学决策。这些信息管理与数据共享策略，不仅提升了保护工作的协同性和效率，还促进了国际间的经验交流与合作。

开封铁塔，位于河南省开封市城区，建于北宋时期，高约56米，共有13层。作为中国古代砖木结构建筑的杰出代表，铁塔不仅展示了精湛的建筑工艺和丰富的文化内涵，还具有重要的历史价值。为了更好地保护和传承这一古建筑，本文采用多技术融合的数字化影像数据采集方案，对开封铁塔进行详细的数字化建模和分析。

多技术融合影像数据采集方案设计。无人机影像采集，采用大疆精灵4 RTK无人机，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，进行建筑物外部整体影像数据的环绕定点采集。无人机飞行过程中，设置环形环绕飞行航线，确保影像的平面和立面信息全面覆盖。同时，利用经纬M300+禅思P1辅助设备，提升复杂地理环境下的飞行安全性和影像细节质量。

手持数码相机采集。针对建筑物的复杂区域，如佛龛等细部结构，手持数码相机进行近景摄影测量。拍摄过程中，确保层内和层间影像的高重叠率，避免因视角变化过大造成的漏摄现象。

数据处理与建模。采集的影像数据经过预处理，包括去噪、增强和匀色处理，确保数据质量一致。利用Context Capture软件进行实景三维模型重建，通过像控点刺点操作，联合平差计算，生成高精度的点云数据，最终通过纹理映射和贴图技术，得到精细化的铁塔三维模型。

工程应用与技术路线。本项目以开封铁塔为实验对象，规划了整体技术路线（如图3所示）。数据采集分为无人机倾斜摄影和手持数码相机近景摄影两部分，通过公共平面像控点将两种影像数据结合，实现多角度、高精度的三维建模。

影像数据采集与三维模型重建。外业影像数据采集，实地踏勘后，确定飞行航线和障碍物位置。无人机采用“兴趣点环绕”模式，进行10米、20米、30米和50米范围的环绕飞行及屋顶补拍。手动飞行模式用于立面细部采集，确保细节部分无遗漏。

实景三维模型重建，使用Context Capture软件对采集的影像数据进行处理，创建多个测区并导入不同来源的影像数据。通过操作像控点进行区域网多镜头联合平差，生成带有真实坐标的点云数据。最终，合并各测区成果，生成高精度的三维模型。

模型精度分析与效果对比，为验证本方法的精度，随机选取30个特征区域进行边长测量，并与常规倾斜摄影测量法结果进行对比。测量结果（如表1所示）：

由此可知，本文方法在平均偏差和中误差上均优于常规倾斜摄影测量法，表明多技术融合的数字化影像采集方案显著提高了三维模型的精度。

通过对比可以看出，本文方法所取得的廊脊和佛龛等复杂结构的建模效果显著优于传统方法。融合后的模型棱角更加突出，雕刻及纹饰分辨率更高，避免了传统方法中常见的模型扭曲和拉花问题。

文章案例展示了多技术融合的数字化影像数据采集方案在古建筑保护中的有效性。通过结合无人机倾斜摄影和手持数码相机近景摄影，利用先进的软件进行数据处理和三维建模，成功生成了高精度的开封铁塔三维模型。这不仅真实还原了古塔的原貌和细节，也为后续的保护、修复和研究提供了重要的参考工具。通过持续的技术创新与应用，多技术融合的数字化方案将为古建筑文化遗产的保护与传承提供更加坚实的支持，推动古建筑数字化保护事业迈向新的高度。

（作者单位：陕西省文化遗产研究院）