劉仁義，張馨月，張笑笑

引言

歷史文化街區(qū)作為地域文化的集聚地和載體，其風貌環(huán)境、歷史建筑和生活信息的歷史真實性是歷史文化街區(qū)保護傳承的重點與難點。我國的歷史文化街區(qū)保護工作鮮有標準統(tǒng)一、范圍全覆蓋與可持續(xù)更新的實例，海量的信息無法有效整合與應用。因此利用數(shù)字技術對街區(qū)的歷史文化資源進行動態(tài)化、精細化、系統(tǒng)化的管理工作具有顯著的實踐意義。

安徽省黃山市屯溪老街是首批中國歷史文化名街，其實施保護工作較早，但仍存在復雜的產權關系與多方博弈的格局，使得傳統(tǒng)保護方式難以為繼。不同損壞程度的古建筑保護修繕需要極高的精度與相當高的專業(yè)技術和知識儲備，傳統(tǒng)保護方式已無法滿足歷史文化街區(qū)保護管理與日俱增的技術性需求與歷史文化資源的展示需求。

近年來，將數(shù)字技術應用于歷史文化遺產保護傳承已逐步成為業(yè)內關注的重點。數(shù)字技術能夠精準、詳實地記錄古建筑的信息，為歷史文化街區(qū)保護提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)字技術與數(shù)字化保護

1.1 數(shù)字技術

數(shù)字技術，是一項伴隨著電子計算機產生的科學技術。它是指通過特定的設備將圖、文、聲、像等不同種類的信息轉化為計算機可識別的二進制數(shù)字后進行運算、加工、存儲、傳送、傳播、還原的一類技術。

數(shù)字技術較早應用于文物保護，近年來數(shù)字技術在文物保護方面的介入提升了對文物空間形態(tài)記錄的精準度，為預防性保護的應急預案提供了信息支撐。歷史文化街區(qū)保護領域的數(shù)字技術探索與實踐，主要包括廣泛應用于測繪的三維激光掃描及數(shù)字建模技術、有效支撐安全評估與預防性保護的信息監(jiān)測技術、推動街區(qū)文化展示傳播的虛擬漫游及交互等技術。

測繪技術的革新促使信息采集工作更高效地進行。無人機傾斜攝影技術和運動圖像三維場景重建技術的迅猛發(fā)展，推動了古建筑測繪從建筑單體逐漸拓展到建筑群、村落甚至城鎮(zhèn)，解決了大型線路遺產跨度大、成果需求復雜、測繪難度高等傳統(tǒng)測繪手段難以解決的問題。同時，數(shù)字技術提高了建模的精度和完整度，支持三維瀏覽及數(shù)據(jù)測量，構建保護對象的空間數(shù)據(jù)庫是信息處理的基礎。將采集的海量信息系統(tǒng)地分析、歸納與整合并錄入空間數(shù)據(jù)庫，為后期的直觀展示、安全評估與預防性保護提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2 數(shù)字化保護

數(shù)字化保護是我國近年來在館藏文物預防性保護過程中提出的新概念，即對可移動文物信息進行全方位采集、存儲與保護，使其以實體和數(shù)字兩種方式并存，并為文物本體的長期保存及保護方案的制定提供科學的數(shù)據(jù)支撐。數(shù)字博物館作為數(shù)字化保護可移動文物的主要應用形式，現(xiàn)階段的建設以館藏為主要展示資源，數(shù)字技術的多樣性特點在藏品管理與展示形式上得到了充分的展現(xiàn)。

不可移動文物的數(shù)字化保護采用基于三維數(shù)字化掃描技術的VR、720云和360°全景技術。國內最早利用數(shù)字化技術保護不可移動文物的實踐見于各大石窟，其中敦煌石窟和云岡石窟數(shù)字化保護成果最為顯著。山西省在建立古建筑彩塑壁畫數(shù)字化保護標準案例時，使用了全面的數(shù)字化建模方法。

數(shù)字化保護技術當下廣泛應用于文物保護單位和博物館的資源管理中。我國在探索數(shù)字博物館領域已有先驅?！皵?shù)字故宮” “數(shù)字敦煌” “圓明園虛擬游園系統(tǒng)”等綜合性數(shù)字化拓展應用的出現(xiàn)，旨在通過VR(虛擬現(xiàn)實技術)及AR掃描識別技術布設一系列數(shù)字展示場景實現(xiàn)對文物的保護管理。

1.3 研究現(xiàn)狀

我國數(shù)字化發(fā)展經歷了從追隨到引領的過程。美國副總統(tǒng)戈爾于1998年提出“數(shù)字地球”的概念，國內學者認識到“數(shù)字化”戰(zhàn)略對我國信息化建設及各領域可持續(xù)發(fā)展的必要性。1999年首屆國際“數(shù)字地球”大會提出若干數(shù)字化建設的新概念。2000年，國家測繪局提出未來測繪系統(tǒng)應以構建“數(shù)字中國”框架為主線開展工作，海南、湖南、山西、福建已各自立項啟動“數(shù)字城市”工程。同年，“21世紀數(shù)字城市論壇”提倡政府聯(lián)合數(shù)字領域人才推動中國“數(shù)字城市”進程。2012年，全國已有270多個地級市推進數(shù)字城市建設，其中125個已建成并應用，并且其資源于60多個領域協(xié)同應用。

基于我國數(shù)字革命的時代背景，歷史文化街區(qū)的數(shù)字化保護與應用進入探索階段。2015年上海工程技術大學鐵鐘發(fā)布學術論文，試圖通過移動式交互展示平臺展現(xiàn)出歷史街區(qū)的文化特質，對處于建筑情境中的個體進行交互式體驗設計，發(fā)掘石庫門的文化特質并將其融入具有地方性特色的文化創(chuàng)意產業(yè)。2016年，合肥蕪湖路宋文化歷史街區(qū)的數(shù)字化導覽系統(tǒng)為游客提供了新穎的參觀體驗。同年，李碧紅對武漢市曇華林歷史街區(qū)進行“動漫”趣味導游系統(tǒng)設計，并利用三維數(shù)字技術對街區(qū)進行數(shù)字化分析。2018年，廣州市規(guī)劃部門將南華西街歷史文化街區(qū)內的41條傳統(tǒng)街巷搬運至數(shù)字平臺，探索歷史文化街區(qū)精細化、動態(tài)化的管理。

在歷史文化街區(qū)遺產保護領域，數(shù)字博物館作為我國可移動文物保護、管理及展陳的主要形式，現(xiàn)階段的建設以館藏為主要展示資源，數(shù)字技術的多樣性特點在藏品管理與展示形式上得到了充分的展現(xiàn)。相關案例還有應用VR技術展示的廣州陳家祠精美磚雕；應用VR模式開展線上360°數(shù)字導覽的寧波天一閣、浙江舜王廟等；應用AR掃描識別技術構建的魯迅博物館數(shù)字化展示系統(tǒng)等。

然而，我國歷史文化街區(qū)保護的數(shù)字化實踐仍存在些許不足。由于數(shù)字化技術在國內歷史文化街區(qū)保護領域尚處于探索階段，鮮有參考價值較高的數(shù)字化保護及信息管理應用案例，可依據(jù)的理論及實踐基礎較為薄弱。同時，由于古建筑測繪存在覆蓋范圍廣、調研測繪難度大、房屋產權關系混雜等現(xiàn)實因素，信息采集及實地測繪等基礎工作任務繁重，信息采集的全面性與精確性得不到完全的保障，未能實現(xiàn)歷史文化街區(qū)信息的全覆蓋。

2 歷史文化街區(qū)保護數(shù)字化體系的建立

2.1 信息管理平臺的建立

歷史文化街區(qū)保護數(shù)字化體系的建立基礎是信息管理平臺。結合數(shù)字技術進行信息采集與數(shù)據(jù)處理，最后建立基于數(shù)據(jù)庫的歷史文化街區(qū)信息管理平臺。平臺經過功能模塊的拓展與融合，形成一套系統(tǒng)性和動態(tài)性的歷史文化街區(qū)數(shù)字化保護體系，以此對歷史文化街區(qū)進行保護、監(jiān)管和展示。

2.1.1 基礎信息采集

建立健全的歷史文化街區(qū)保護數(shù)字化體系，首先需對歷史文化街區(qū)的大量資料進行分類收集與分析解讀，形成對其歷史背景、空間特色和文化內涵系統(tǒng)的理解。在此基礎上開展基礎信息采集工作（圖1），通過無人機傾斜攝影、三維激光掃描、點云數(shù)據(jù)三維建模、大規(guī)模入戶普查、傳統(tǒng)建筑測繪及虛擬現(xiàn)實技術等方式來記錄歷史文化街區(qū)的整體格局、歷史風貌、歷史沿革與保護規(guī)劃、建筑現(xiàn)狀與產權歸屬（圖2）、歷史文化遺產等。

圖1 信息采集工作

圖2 屯溪老街房屋產權統(tǒng)計歸類

2.1.2 多源數(shù)據(jù)處理

“多源數(shù)據(jù)處理”旨在對采集的信息進行統(tǒng)一分析、歸納與存儲。多源信息經數(shù)字化轉換成為可存儲和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，依據(jù)建筑功能、形式、空間等特征對其進行分級、分類式的分析歸納，再存儲入數(shù)據(jù)庫的類型庫中。

處理后的信息能夠直觀且多樣地展示歷史文化街區(qū)的傳統(tǒng)歷史風貌與人文特色。平臺支持歷史文化街區(qū)的360°實景漫游，宏觀收錄了歷史文化街區(qū)的歷史沿革、保護規(guī)劃及相關學術文獻；微觀儲存了街區(qū)內的古建筑名錄，根據(jù)相應的門牌號檢索古建筑單體的三維模型、二維測繪圖及影像信息。在屯溪老街古建筑細部構件庫（表1）中獲取建筑墻頭、匾額、雀替、掛落、門窗、欄桿、欄板及立面模式等細部信息。

表1 屯溪老街古建筑細部構件庫

2.1.3 空間數(shù)據(jù)庫構建

歷史文化街區(qū)信息管理平臺的構建總體上分為數(shù)字建模、數(shù)據(jù)庫搭建與計算機系統(tǒng)運行維護三部分。通過無人機傾斜攝影等現(xiàn)代測繪技術對歷史文化街區(qū)進行數(shù)字建模，并同步構建由基礎資源數(shù)據(jù)庫與管理應用數(shù)據(jù)庫共同構成的歷史建筑信息化管理體系（圖3），其中包含歷史文化街區(qū)基礎信息庫、建筑細部構件庫、建筑模型庫等不同層級的空間數(shù)據(jù)庫。最后將數(shù)字模型與詳細信息“融合”處理后，系統(tǒng)化錄入相應的空間數(shù)據(jù)庫中。

圖3 歷史建筑信息化管理體系

歷史文化街區(qū)信息管理平臺不僅是歷史文化遺產的信息庫，而且是一種交互體驗式的數(shù)字化創(chuàng)新展示平臺，旨在依托其數(shù)字化基礎，以“數(shù)字云”方式展示、傳播文化，發(fā)揮其宣傳優(yōu)勢。其動態(tài)化、多元化與可持續(xù)性等特點是單一儲存功能的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不可比擬的。該信息管理平臺的建構（圖4）是對歷史文化街區(qū)保護新途徑的一種嘗試，是探索數(shù)字時代遺產保護的新視角。

圖4 平臺構建流程及設計框架

3 屯溪老街保護更新的數(shù)字化實踐

屯溪老街作為中國保存最完整、最具南宋和明清建筑風格的古代街市之一，極具保護價值。作為中國首批歷史文化街區(qū)，其保護工作自1984年開始，具有啟動早、規(guī)劃編制早、法治建設早、保護榮譽多等特點（圖5）。屯溪老街數(shù)字化保護全面建立“一房一產”的數(shù)據(jù)庫，記錄建筑的位置、面積、年代及現(xiàn)狀，應用數(shù)字技術對屯溪老街建筑信息進行分析處理。

圖5 屯溪老街保護現(xiàn)狀分析

3.1 平臺構成設計

根據(jù)不同的應用特性，屯溪老街信息管理平臺分別從功能和結構進行設計?；诠δ茉O計，平臺由輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、刪除建筑、查詢建筑、信息瀏覽五部分構成；基于結構設計，平臺由屯溪老街基礎信息、文獻資料、三維測繪成果、二維測繪成果、建筑影像信息、細部構件信息組成（圖6）。

圖6 數(shù)據(jù)庫構成

屯溪老街信息管理平臺的設計框架根據(jù)使用權限分為公共展示、內部管理兩大板塊。一方面向公眾提供查詢、展示動態(tài)數(shù)據(jù)等服務，一方面便于管理者上傳數(shù)據(jù)與更新。

3.2 平臺展示模塊

屯溪老街古建筑信息管理平臺的街區(qū)實景漫游界面能通過多源信息的獲取與解讀，讓需求者綜合感知街區(qū)傳統(tǒng)風貌，查閱歷史建筑的二維、三維信息。提升公眾認知傳統(tǒng)文化的參與感，推動全社會“自下而上”參與屯溪老街的保護。

3.3 平臺管理模式

屯溪老街信息管理平臺支持建筑信息的即時上傳與動態(tài)更新，優(yōu)于傳統(tǒng)的靜態(tài)存儲式數(shù)據(jù)庫，具有快捷的建筑信息查詢、刪改、上傳及下載等管理功能。通過高亮框選三維場景中任意建筑并命名，再上傳圖文影像等“多維”且“多源”的信息（圖7）。錄入信息后可通過門牌檢索功能或實景選擇建筑來查詢相應的古建筑，后期維護時可以隨時進行刪改與下載等操作。歷史文化街區(qū)信息管理平臺能夠及時為區(qū)域內損毀古建筑的修補與復原提供詳細完整的數(shù)據(jù)與數(shù)字模型，為古建筑的資源動態(tài)管理、質量監(jiān)控評價提供高效便捷的技術支撐。

圖7 屯溪老街“多源”信息展示

4 歷史文化街區(qū)信息管理平臺應用拓展

4.1 街道風貌控制

城市和歷史文化街區(qū)是保護與發(fā)展的辯證統(tǒng)一，是整體保護和整體性設計的有機結合。在開展歷史文化街區(qū)古建筑保護修繕時，需要考慮其帶給街道風貌乃至整個城市的影響。

空間數(shù)據(jù)庫作為歷史文化街區(qū)信息管理平臺的核心，其建立了兼顧保護和發(fā)展的建筑立面標準模式和導則成果形式（圖8），利用其可開展更便捷的街道風貌控制工作。數(shù)據(jù)庫內收錄了沿街店鋪的建筑構件模式庫，平面、立面和剖面類型庫以及部分文保單位和歷史建筑的模型庫。建立在形態(tài)學和類型學基礎上的城市設計方法，體現(xiàn)了屯溪老街基于數(shù)據(jù)庫保護和規(guī)劃的基礎調研工作的細致和深化程度。在對老街古建筑進行保護性修繕時，依據(jù)不同的保護等級、建筑性質、修繕標準以及不同歷史地段和空間節(jié)點等特點,制定出若干種包含標準立面形式、材料、色彩及做法的保護更新方案，在不破壞歷史風貌及環(huán)境協(xié)調性的基礎上供業(yè)主選擇。

圖8 屯溪老街建筑“立面模式”庫

4.2 街區(qū)更新再現(xiàn)

基于三維模型，遵循城市內在秩序及街區(qū)原有肌理，靈活整改街道“壞死組織”，模擬街巷空間微更新設計以提升整體環(huán)境。通過在原場景中以新模型“置換”舊模型的方式（圖9），上傳手工模型并使其與三維場景相融合，該平臺支持模型再編輯，以輔助古建筑的更新。

圖9 屯溪老街街道空間及建筑管理界面

通過選擇性的保護性修繕處理好新舊關系，維持歷史文化街區(qū)處于“平衡代謝”的狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫提供的真實數(shù)據(jù)作為實現(xiàn)歷史文化街區(qū)“更新再現(xiàn)”的有效支持，進一步應用于街道風貌綜合整治工作。

4.3 預防性保護

歷史文化街區(qū)的預防性保護是基于信息管理平臺的動態(tài)數(shù)據(jù)庫對歷史文化街區(qū)及其古建筑進行有效的管理、監(jiān)測與評估工作，最大程度上減少可能對歷史文化街區(qū)造成損壞的因素，并形成一套有效的歷史文化街區(qū)監(jiān)控預警機制。根據(jù)特異性設定不同應急機制的“觸發(fā)點”并轉化為特定的“數(shù)字語言”，必要時統(tǒng)一對歷史文化街區(qū)內的瀕危歷史建筑及文物進行保護性修繕，實行“預防性保護”先行，以實現(xiàn)歷史文化街區(qū)保護的防微杜漸，并達到長久保護歷史文化街區(qū)及其古建筑、歷史文物和檔案的目的。

4.4 虛擬現(xiàn)實展示

在文化資源傳播層面，虛擬現(xiàn)實可以實現(xiàn)沉浸式體驗和全視角觀察，同時具備交互功能，甚至能夠走進歷史文化街區(qū)的深巷，推開歷史建筑的門。虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)等數(shù)字化手段促進了歷史文化遺產展陳形式創(chuàng)新與交互設計發(fā)展，有利于平臺內公共資源實現(xiàn)跨學科、多領域的開放與共享，激發(fā)了街區(qū)創(chuàng)意產業(yè)的興起和街道活力的可持續(xù)再生。文化遺產通過虛擬展示，其鮮活的表現(xiàn)提升了大眾的社會參與感，逆向推動了歷史文化街區(qū)的“數(shù)字重生”，這些都將成為我國歷史文化街區(qū)保護、監(jiān)管與展示工作強有力的支撐。

5 結語

歷史文化街區(qū)被賦予深刻的歷史、文化內涵，記載了巨量的歷代社會、文化、科技等信息。在移動數(shù)字文化沖擊傳統(tǒng)文化的社會背景下，唯有提升文化遺產傳承方式的社會性與全民性，才能可持續(xù)地傳承其“正脈”。

數(shù)字化的普及使文化遺產保護的責任從政府和專業(yè)技術部門延伸至社會各領域。建設歷史文化街區(qū)信息管理平臺旨在形成“自上而下”與“自下而上”持續(xù)性均衡互動的機制，通過信息化手段對歷史文化街區(qū)進行建筑資源管理及古建筑的保護利用，提升相關部門的整體管理水平。數(shù)字化手段最大程度適應了國家對保護歷史文化街區(qū)復雜且多樣化的政策環(huán)境與需求。在文化遺產監(jiān)管與保護層面，數(shù)字化手段為歷史文化街區(qū)信息管理平臺的功能構建與拓展提供了豐富的可能性；為歷史文化街區(qū)傳統(tǒng)風貌維護及環(huán)境整治提供新思路，推動了歷史文化街區(qū)預防性保護系統(tǒng)的發(fā)展。

在未來大數(shù)據(jù)、云管理與可視化技術日益成熟的背景下，數(shù)字技術可有效應用于歷史文化街區(qū)遺產價值評估、保護管理規(guī)劃、建筑修繕方案擬定、文化遺產展陳交互設計、數(shù)字展館及智慧導覽系統(tǒng)建設等方面，數(shù)字化技術的普及將促使歷史文化街區(qū)在信息時代與網絡經濟中實現(xiàn)“數(shù)字重生”。