摘要:伴隨“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”“數(shù)字中國(guó)”“智慧社會(huì)”的推進(jìn),建筑業(yè)的信息化變革不斷深入,推動(dòng)歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)與現(xiàn)代科技的創(chuàng)新融合,提高文化遺產(chǎn)保護(hù)的科技水平成為迫切需求。以段祺瑞舊居修繕為例,采取“校企合作”方式,探索三維激光掃描技術(shù)、BIM技術(shù)及云平臺(tái)相結(jié)合的數(shù)字化保護(hù)在歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)中的實(shí)踐應(yīng)用,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討天津歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)模式及推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:歷史風(fēng)貌建筑;數(shù)字化;三維激光掃描技術(shù);BIM技術(shù);云平臺(tái)
中圖分類號(hào):F293.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1001-9138-(2021)04-0068-72 收稿日期:2021-03-05
作者簡(jiǎn)介:苑娜,天津國(guó)土資源和房屋職業(yè)學(xué)院講師。
黨的十九大報(bào)告中明確提出:要“加強(qiáng)文物保護(hù)利用和文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承”。在“十三五”期間,建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得突破性進(jìn)展,初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務(wù)平臺(tái),數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務(wù)能力明顯提升。天津擁有大量風(fēng)格多樣的歷史風(fēng)貌建筑,是天津城市特色的主要特征和寶貴的文化資源,亦在我國(guó)近代史中具有較高的歷史價(jià)值。推動(dòng)歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)與現(xiàn)代科技的創(chuàng)新融合,提高文化遺產(chǎn)保護(hù)的科技水平成為目前歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)的迫切需求。
1 項(xiàng)目概況
段祺瑞舊居位于天津市鞍山道38號(hào),是一座3層磚木結(jié)構(gòu)的西洋建筑,具有很強(qiáng)的歐洲庭院式古典建筑風(fēng)格,是當(dāng)時(shí)日租界最豪華的私人公館之一,也是段祺瑞一生幾經(jīng)沉浮的傳奇見證。因其具有較高的歷史、藝術(shù)、科學(xué)和史料價(jià)值,被列為天津市重點(diǎn)保護(hù)歷史風(fēng)貌建筑和天津市文物保護(hù)單位。1976年地震后損毀較為嚴(yán)重,拆除了坡屋頂式3層建筑及八角涼亭之后作為天津市和平區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校,因辦公需要,重新加建了簡(jiǎn)易3層房屋,并在外檐處加裝了抗震柱和圈梁,如圖1所示。
基于段祺瑞舊居較高的保護(hù)價(jià)值,以及天津歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)的需要,項(xiàng)目實(shí)施中充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研深度融合,建設(shè)單位聯(lián)合專業(yè)院校以及掌握先進(jìn)技術(shù)的企業(yè),在段祺瑞舊居保護(hù)修繕全過(guò)程中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)以及BIM技術(shù)等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化保護(hù)在歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)中的實(shí)踐應(yīng)用。
2 數(shù)字化保護(hù)實(shí)施
2.1 數(shù)字化信息采集與處理
三維激光掃描技術(shù)和攝影測(cè)量技術(shù)是獲取三維坐標(biāo)的主要方式。三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度的立體掃描技術(shù),三維激光掃描儀無(wú)需棱鏡,直接可以獲取物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),在特殊的危險(xiǎn)環(huán)境中發(fā)揮著很大的作用,在古建筑測(cè)繪中可以降低二次傷害,具有非接觸性測(cè)量、數(shù)據(jù)采樣率高、高分辨率、高精度、實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、主動(dòng)性等特點(diǎn)。攝影測(cè)量技術(shù)分為近景攝影測(cè)量技術(shù)和航空攝影測(cè)量技術(shù),近景攝影測(cè)量技術(shù)主要應(yīng)用于非地形攝影測(cè)量,而航空攝影測(cè)量主要應(yīng)用于地形攝影測(cè)量。隨著數(shù)字算法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,尤其是數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)及相關(guān)計(jì)算軟件的成熟,攝影測(cè)量技術(shù)已全面發(fā)展為數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。
項(xiàng)目中通過(guò)三維激光掃描儀及無(wú)人機(jī)傾斜攝影協(xié)同作業(yè),真實(shí)記錄了段祺瑞舊居修繕前、修繕中及修繕后的數(shù)字信息,并將信息云端展示,掃描二維碼就可以實(shí)時(shí)查看。實(shí)現(xiàn)歷史風(fēng)貌建筑信息高精度采集和處理,不僅為現(xiàn)階段的修繕保護(hù)提供確鑿數(shù)據(jù),更為后續(xù)的保護(hù)工作提供數(shù)字檔案,避免了今后因信息丟失而無(wú)法保證原真性修復(fù)情況,如圖2所示。
2.2 數(shù)字化信息模型
BIM技術(shù)的應(yīng)用,直接導(dǎo)致了工程建設(shè)范圍的第二次數(shù)字革命。BIM技術(shù)不僅加速發(fā)展了建筑業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)水平,而且間接改善了組織和管理模式,同時(shí)對(duì)人們思維模式的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生了較為深遠(yuǎn)的影響。BIM技術(shù)與歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)的結(jié)合可以有效地記錄、組織、跟蹤歷史風(fēng)貌建筑生命周期中的相關(guān)信息,通過(guò)歷史風(fēng)貌建筑信息模型,實(shí)現(xiàn)三維模型的瀏覽、施工進(jìn)度跟蹤、信息存儲(chǔ)和管理及重點(diǎn)方案模擬等。
項(xiàng)目中利用BIM核心軟件Revit平臺(tái)建立了數(shù)字化信息模型?;诙戊魅鹋f居現(xiàn)狀測(cè)繪圖紙,建立了現(xiàn)狀BIM模型,結(jié)合修繕設(shè)計(jì)方案,建立了修繕設(shè)計(jì)BIM模型,并結(jié)合現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)模型,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。修繕設(shè)計(jì)中,將地下室改為設(shè)備層,集中布置了設(shè)備管線,但地下室層高有限,為了盡可能減少對(duì)原有建筑的破壞,不采取下挖的方式增加層高,如何在有限的層高內(nèi)優(yōu)化布置管線,得到最大的室內(nèi)凈高成為需要解決的重點(diǎn)。利用BIM模型很好地實(shí)現(xiàn)了管線碰撞的檢測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。施工過(guò)程中利用BIM模型的參數(shù)化編輯和聯(lián)動(dòng)修改,極大地提高了修繕工作的高效準(zhǔn)確性。同時(shí),完善的信息記錄還為后期的維護(hù)運(yùn)營(yíng)提供強(qiáng)大的信息平臺(tái),如圖3所示。
2.3 數(shù)字化成果管理與應(yīng)用
未來(lái)便于信息存儲(chǔ)、查看及推廣,以段祺瑞舊居為基礎(chǔ)建立了天津歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)云平臺(tái),云平臺(tái)存儲(chǔ)了段祺瑞舊居修繕項(xiàng)目的所有信息。既包括全景及VR展示、正射及分析展示、視頻展示、修繕展示等可以對(duì)外展示宣傳的內(nèi)容,又包含了測(cè)繪圖紙、設(shè)計(jì)圖紙、掃描文件、BIM模型、修繕實(shí)錄等原始文件,供工程修繕相關(guān)人員參考查閱。全景及VR展示中包含不同階段的三維掃描數(shù)據(jù)制作全景照片和VR視頻,正射及分析展示中是基于三維掃描數(shù)據(jù)的正射影像和分析報(bào)告,視頻展示中包含點(diǎn)云漫游、拆改動(dòng)畫、掃描影像、BIM模型等視頻展示,這些視頻和數(shù)據(jù)都可以實(shí)現(xiàn)掃碼在線查看,既便于修繕工程相關(guān)人員查閱交流,又可以向公眾隨時(shí)展示工程進(jìn)度。測(cè)繪圖紙等原始文件因其專業(yè)性不適合對(duì)外展示,則設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限,僅供相關(guān)人員查閱。云平臺(tái)既是工作管理平臺(tái)又是信息分享平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的成果管理與應(yīng)用。
3 應(yīng)用模式推廣
“原真性”是歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)的重要原則之一,而原真性的最重要方面就是歷史信息的真實(shí)性,因此歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)工作的主旨是掌握其“靈魂”——?dú)v史風(fēng)貌建筑信息。歷史風(fēng)貌建筑的信息不僅包含過(guò)去及現(xiàn)狀信息,而且還會(huì)隨著社會(huì)持續(xù)發(fā)展,不斷增加使用、檢測(cè)、管理以及保護(hù)等多方面的信息。只有全面、系統(tǒng)、真實(shí)地將這些相互聯(lián)系的新舊信息予以記錄及分析,才能夠?qū)崿F(xiàn)歷史信息的傳承,將歷史風(fēng)貌建筑的真實(shí)性完美詮釋。在段祺瑞舊居數(shù)字化保護(hù)過(guò)程中,工作重點(diǎn)就是信息的數(shù)字化。三維激光掃描技術(shù)以及無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了信息的數(shù)字化采集和處理,應(yīng)用BIM技術(shù)建立數(shù)字化的信息模型,實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)和信息的聯(lián)動(dòng)。云平臺(tái)的搭建實(shí)現(xiàn)了信息的數(shù)字化管理與應(yīng)用。
數(shù)字化不僅是技術(shù)手段的應(yīng)用,更多的是對(duì)于傳統(tǒng)保護(hù)思維和管理模式的轉(zhuǎn)變。在段祺瑞舊居數(shù)字化保護(hù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討了天津歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)模式及推廣應(yīng)用。該模式從數(shù)字化信息采集與處理入手,建立數(shù)字化信息模型,并借助云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的成果管理與應(yīng)用,使得歷史風(fēng)貌建筑的保護(hù)與智能化、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)相集成,推進(jìn)風(fēng)貌建筑保護(hù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化突破性進(jìn)展。同時(shí),以天津國(guó)土資源和房屋職業(yè)學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱學(xué)院)為主體,成立歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心,充分發(fā)揮學(xué)院、保護(hù)單位和企業(yè)多方合作優(yōu)勢(shì),開展“產(chǎn)學(xué)研”一體化研究,加大專業(yè)人才的培養(yǎng),實(shí)現(xiàn)歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)的深入持續(xù)和推廣普及,如圖4所示。
歷史風(fēng)貌建筑數(shù)字化保護(hù)模式中,BIM技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)以及無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用耦合黨的十九大報(bào)告中提到的突出共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)的要求,云平臺(tái)的建立耦合黨的十九大報(bào)告中建設(shè)“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”“數(shù)字中國(guó)”“智慧社會(huì)”的要求,數(shù)字協(xié)同創(chuàng)新中心的建立耦合黨的十九大報(bào)告中“建立以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系”的要求。模式中云平臺(tái)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)全壽命周期的信息記錄、傳遞、共享,在提高保護(hù)工作的準(zhǔn)確度和效率之外,將歷史風(fēng)貌建筑本身及其保護(hù)工作更好地展示宣傳,既可提高人們對(duì)歷史風(fēng)貌建筑的保護(hù)意識(shí),又可實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和技藝的傳承。如圖5所示。
4 結(jié)語(yǔ)
伴隨建筑業(yè)信息化的推進(jìn)以及建筑遺產(chǎn)保護(hù)的發(fā)展,數(shù)字化保護(hù)成為歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)的最好方法,也是必然方法,但是實(shí)現(xiàn)的過(guò)程還需要保護(hù)觀念的轉(zhuǎn)變、數(shù)字技術(shù)的完善、復(fù)合專業(yè)人才的培養(yǎng)、項(xiàng)目多方的協(xié)同合作以及物力財(cái)力的持續(xù)投入。相信隨著數(shù)字化保護(hù)的不斷推廣和深入,歷史風(fēng)貌建筑可以更好地被保護(hù),優(yōu)秀的文化遺產(chǎn)可以更好地被利用和傳承。
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