查群

摘要：在精細化測繪前，針對布達拉官建筑的特殊性，根據(jù)文物保護的具體需求，發(fā)現(xiàn)了布達拉宮所有的未知空間，解決了布達拉宮建筑形態(tài)長期認識不完整的THAI，獲取了具有文物保護特點的精細化測繪成果。通過精細化測繪建立的布達拉宮三維模型，可應用于布達拉宮文物保護綜合管理平臺，不僅可以實現(xiàn)布達拉宮保護管理工作的可視化，而且精細化的數(shù)據(jù)為文物建筑的保存狀態(tài)評估、結構分析和監(jiān)測工作的自動化統(tǒng)計分析創(chuàng)造可能，同時可提供建筑結構監(jiān)測等相對獨立專業(yè)系統(tǒng)平臺的真實有效的數(shù)據(jù)支撐和可視化環(huán)境，為布達拉官文物預防性保護及保護管理工作提供了堅實的基礎數(shù)據(jù)。

關鍵詞：布達拉宮;精細化測繪;地壟建筑形態(tài);預防性保護

引言

世界遺產(chǎn)布達拉宮坐落在拉薩河谷中心海拔3700米的紅山之上，是集行政、宗教、宮殿于一體的綜合性建筑，由白宮、紅宮及其附屬建筑組成。該建筑群始建于7世紀吐蕃王朝時期，現(xiàn)存主體建筑為17世紀由五世達賴喇嘛及其攝政王第司·桑結嘉措主持修建，之后經(jīng)多次改擴建，至1935年十三世達賴喇嘛靈塔殿落成后，形成了今日的格局和規(guī)模。。

布達拉宮是典型的漢藏結合的山地宮堡建筑形式，通過砌筑在山體之上縱橫交錯的地壟作為建筑基礎，在其上修建龐大而穩(wěn)固的主體建筑。地壟是藏式山地建筑一種獨特的建筑基礎形式，由縱橫交錯、高度依山勢變化的墻體構成“井”字形基礎結構體系。地壟一方面增加了山地建筑基礎的底面積，更是將上部荷載傳遞給山體基巖，并有效防止上部建筑滑移。由于布達拉宮現(xiàn)存建筑系經(jīng)過不同時期多次改、擴建而成，部分地壟被后期建造活動所占壓，因此結構錯綜復雜，至今仍有相當部分地壟的分布情況未知。

經(jīng)過1989-1994年的第一次大修和2001-2009年的第二次大修之后，布達拉宮大多數(shù)暴露在外的重大險情已經(jīng)得到了很好的控制，文物建筑總體保存狀態(tài)良好。但在布達拉宮保護工作中，一直存在未知空間不停被發(fā)現(xiàn)，以及墻體裂縫缺乏整體分布清況的三維定位的問題，為了徹底解歲乙之些影響布達拉宮保護工作的不確定因素，全面、真實、精確的測繪是最直接無損的力式。

一、布達拉宮精細化測繪的開展

（一）布達拉官精細化測繪工作緣起

對布j彭立宮保護中的信息摧r區(qū)包括幾個關鍵問題：

一是迄今為止，因尚有未發(fā)現(xiàn)的“地壟”，始終沒有完成對布達拉宮完整建筑形態(tài)的整體認識（圖1）。

二是對這些未知地壟空間保存狀態(tài)的勘察工作無法進行，因而無從全面了解布達拉宮建筑的保存狀態(tài)。

三是缺乏支撐建筑結構穩(wěn)定性評估的分析數(shù)據(jù)。對于結構體系是墻砌體的布達拉宮建筑來說，完整的建筑形態(tài)和墻體保存狀態(tài)是支撐建筑結構穩(wěn)定性的核心要素。2012年布達拉宮的結構監(jiān)測系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)，至今已持續(xù)8年，獲得大量有效的結構分析數(shù)據(jù)，但由于無法獲取未知空間保存狀態(tài)資料;因此未能系統(tǒng)掌握布達拉宮所有墻體的裂縫整體分布情況。

四是尚未獲得紅山上山洞對建筑穩(wěn)定性是否存在威脅的可靠分析數(shù)據(jù)。 1960年代在紅山上挖鑿的三處山洞，有兩處位于紅山兩側山腳，進深較小，對山體和建筑危害不大，但另一處位于布達拉宮雪城西側、“雪堆白”后的2號山洞，進深100余米，內(nèi)部走向曲折，形態(tài)不規(guī)則，之前的測繪方式都無法獲得其準確三維坐標，不能確定2號山洞對布達拉宮建筑是否存在危害。

解決上述幾個問題的方法，在持續(xù)的保護工作中一直在探索，總結起來，主要有兩種方式：

第一種是在實施保護工程中，出于保護措施需要，在揭露屋頂或地面時發(fā)現(xiàn)未知地壟。這種方式簡單直接，但只有必須揭露的部位才能實施，存在較大的偶然性，不可能做到全覆蓋。

第二種是通過測繪手段摸清山體和建筑之間的關系，通過已知的山體和建筑的留白部分，順藤摸瓜找到未知地壟。尤其是通過測繪確定已知目標的三維坐標，再去尋找未知地壟的空間定位，是一種準確、無接觸、不損壞文物，有計劃且不會遺漏的方式，并具有很強的主動性。

由此可見，測繪是解決上述問題的主動而無損的方法。在以往對布達拉宮的保護工作中，測繪技術和手段分為以下幾個階段：

（1）1989-1994年，對布達拉宮第一次大修過程中，采取當時先進的近景攝影方式獲得布達拉宮精確的外立面二維圖，采用經(jīng)緯儀、小平板及皮尺、鋼尺等傳統(tǒng)方式獲得布達拉宮完整的外立面和內(nèi)部空間的準確測繪圖紙。

（2）2000-2009年第二次大修時，采用大地測量網(wǎng)、布置控制點以及全站儀、激光測距儀等測繪工具，配合傳統(tǒng)方式進行測繪。彼時業(yè)界已普遍使用計算機輔助繪圖軟件（AUTOCAD）繪制建筑圖紙，但測繪方式依然是傳統(tǒng)方式，因此雖然能獲得CAD電子版建筑測繪及維修設計圖紙，形成的測繪成果基本是分建筑組群及分層繪制，沒有解決建筑空間準確的相互關系問題。

（3）2006-2013年編制布達拉宮保護規(guī)劃期間，精細化測繪已經(jīng)在布達拉宮展開，采用全站儀和三維激光掃描相結合的方式，通過全站儀對建筑外輪廓進行三維定位并建模，采用測光測距儀、激光水平儀通過聯(lián)系測量、三角測繪等方法，獲取建筑內(nèi)部空間的三維數(shù)據(jù)，并運用AUTOCAD.Sketchup等軟件建立了布達拉宮建筑的三維電子模型，以此認識布達拉宮復雜空間的相互關系。考慮到布達拉宮的復雜性，當時還計劃將3D模型納入GIS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，但限于客觀條件尚未成熟并未實現(xiàn)。

上述幾個階段的保護及測繪工作，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了布達拉宮建筑內(nèi)部大部分隱藏空間和暴露出來的病害分布情況，針對布達拉宮建筑整體認識及保存狀態(tài)評估做了大量基礎工作，但由于尚有未知地壟，以上幾個亟待解決的關鍵性問題依然存在。

那么需要什么樣的測繪數(shù)據(jù)才能發(fā)現(xiàn)那些“隱藏很深”的地壟，又用什么方法獲得這些測繪數(shù)據(jù)呢？

首先，要分析布達拉宮的建造特點及其復雜性：

（1）布達拉宮建造在紅山之上，屬于典型的山地建筑，同時也是一組龐大的、空間錯綜復雜、建筑形態(tài)組織完全不規(guī)則的“非標”建筑群。為保持建筑的穩(wěn)定，建筑外部墻體收分大，建筑內(nèi)部空間依山勢變化而設計得百轉(zhuǎn)千回，沒有一面墻是直的，沒有一塊地面是平的，沒有標高相同的室內(nèi)空間地坪（圖2）。

（2）布達拉宮的建造非一次性完成，主體建筑從7世紀始建（僅存法王洞）、17世紀中期重建（白宮及基本建筑格局）、17世紀后半期改擴建（拆改部分白宮建成紅宮）、18至19世紀各世達賴喇嘛不斷拆改加擴建、直至1935年拆除部分扎夏建筑利用其基礎建成十三世達賴喇嘛靈塔殿為止，方完成了整個建筑群的建設工作，形成現(xiàn)在的布達拉宮整體格局，各期建造痕跡互相疊壓、犬牙交錯。

（3）為了在山體上建造龐大的宮殿，砌筑依山而建、縱橫交錯的地壟，以增加上部建筑的面積，更重要的是將上部荷載傳遞給山體基巖，并有效防止上部建筑滑移。地壟是布達拉宮建筑結構支撐體系的關鍵部位，是布達拉宮建筑結構體系的基石。由于布達拉宮現(xiàn)存建筑系經(jīng)過不同時期多次改、擴建而成，部分地壟被后期建造活動所占壓、掩蓋、隱藏，因此結構更為錯綜復雜。

對于這樣的一座“非標”建筑群，目前獲取準確測繪數(shù)據(jù)的辦法就是建立建筑外輪廓、內(nèi)部空間及其載體

（紅山）真實準確的三維坐標體系。

而之前的測繪技術和方法很難達到這一要求，直至2015年，在無人機傾斜攝影、三維激光掃描等技術日漸成熟并已經(jīng)廣泛應用于測繪和文物保護領域的背景下，布達拉宮精細化測繪項目適時啟動。

（二）布達拉官精細化測繪

明確了要通過精細化測繪解決的關鍵性問題，布達拉宮的精細化測繪，從一開始就有了針對性。

歸納以上需要解決的四個關鍵問題：（1）建筑形態(tài)的整體認識;（2）建筑保存狀態(tài)的全面了解;（3）建筑結構穩(wěn)定性分析及評估的支撐數(shù)據(jù);（4）2號山洞是否存在對建筑的威脅，可以總結出以下應對措施：

1.發(fā)現(xiàn)隱藏地壟，獲取完整建筑形態(tài)，解決問題一和問題二。

2.發(fā)現(xiàn)和定位裂縫，獲取（以砌體結構體系為主體結構的）布達拉宮建筑結構分析的基礎支撐數(shù)據(jù)，解決問題二和三。

3.定位2號山洞，評估其對布達拉宮建筑的危害，解決問題二和四。

那么，如何發(fā)現(xiàn)隱藏的地壟呢？通過清晰了解紅山山體的輪廓，可以反推建筑的底部形態(tài)，從而獲得完整的建筑形態(tài)。因此，如何推擬出被建筑占壓的山體輪廓是獲得完整建筑形態(tài)的關鍵，也是發(fā)現(xiàn)隱藏地壟的契機。

2015年，北京帝測科技股份有限公司（以下簡稱

“帝測”）作為中國文化遺產(chǎn)研究院的合作單位承擔了布達拉宮精細測繪項目，負責通過專業(yè)的測繪技術，解決布達拉宮的測繪技術難題。

我們提出的測繪成果目標是：建立布達拉宮（包括雪城、宗角祿康）、紅山、藥王山航攝正射影像圖及外輪廓模型;獲取布達拉宮及雪城所有建筑的三維模型;以及由模型生成的八UTDCAD工程圖件。

除此之外，根據(jù)以上布達拉宮存在的一些需要在測繪中解決的問題，我們重點強調(diào)了需要在測繪過程中完成的任務：（1）標注所有建筑內(nèi)部的基巖;（2）標注所有墻體裂縫，并對裂縫進行更細化的目標測繪;

（3）獲取2號山洞的三維模型和坐標。

針對這些要求，帝測團隊提出“采用控制測量和聯(lián)系測量、無人機傾斜攝影、三維激光掃描、以及多視角高清影像紋理采集等技術”的測繪方案?，F(xiàn)場工作自2016年11月至2018年2月，轉(zhuǎn)站8000多個點位，帝測自主研發(fā)內(nèi)外空間導引設備，對建筑群及其周邊環(huán)境進行了高精度三維信息采集和高清紋理信息采集工作，獲得2016-2018年布達拉宮建筑真實而準確的原始數(shù)據(jù)。

同時帝測團隊也非常認真地完成了前述三項特別要求，由此解決了長期困擾布達拉宮保護的幾個關鍵性問題。

1.標注所有建筑內(nèi)部的基巖。

對地壟里露出的所有基巖部分進行標識（圖3），并根據(jù)三維坐標建立已知基巖的三維空間分布模型，根據(jù)這些標識的基巖碎片去推擬整個山體的輪廓。當所有測繪完成后，將推擬的山體輪廓模型與建筑模型進行套合（圖4），留白部分就可能是未被發(fā)現(xiàn)的地壟。

由此，通過精細化測繪過程中對片段基巖的分布情況，廓清紅山山體輪廓，進而摸清紅山山體和布達拉宮建筑之間的交接面，從而發(fā)現(xiàn)隱藏地壟，完整認識布達拉宮建筑形態(tài)。

通過以上方式，2019年底，在完成了布達拉宮整體三維模型建模工作后，又成功發(fā)現(xiàn)了6處疑似隱藏地壟（圖5），并將準確的位置提交給布達拉宮管理處。

2.標注所有墻體裂縫。

墻體是布達拉宮的主體結構，其保存狀態(tài)直接決定布達拉宮的結構穩(wěn)定性。因此在測繪過程中首先要標注墻體裂縫，并建立所有裂縫的三維分布模型;其次對裂縫進行毫米級的精細測繪，然后請專業(yè)的結構團隊去分析裂縫的類型，由此獲得為布達拉宮建筑結構穩(wěn)定性分析和監(jiān)測服務的可靠、有效支撐數(shù)據(jù)。

3.獲取2號山洞的三維模型和坐標。

經(jīng)過三維激光掃描及三維坐標定位，確定了2號山洞與紅山山體及布達拉宮建筑之間的空間關系：2號山洞與山脊相距45米、距布達拉宮最近的建筑本體95米，經(jīng)結構專家根據(jù)此組精確數(shù)據(jù)分析測算，推斷2號山洞不會對山體及建筑形成較大危害。由此解決了一直困擾布達拉宮保護的一個安全隱患。

除了常規(guī)的精細化測繪，通過上述三項工作（廓清紅山山體輪廓、摸清裂縫分布情況、明確山洞與建筑之間的關系），從而發(fā)現(xiàn)隱藏空間，獲得布達拉宮完整的建筑形態(tài)及其保存狀態(tài)資料;由結構專業(yè)團隊建立布達拉宮結構裂縫整體分布情況模型，為分析和測算建筑結構安全穩(wěn)定性以及結構監(jiān)測工作提供了有效數(shù)據(jù);排除了2號山洞危害布達拉宮建筑及載體（紅山山體）的可能性。

至此，基本完成布達拉宮精細化測繪的預期目標，為之后的布達拉宮文物保護、展示、管理、研究工作提供了基礎數(shù)據(jù)和條件。

需要說明的是，專業(yè)測繪技術進入文物保護領域是文物保護的客觀需要，但也需要文物保護專業(yè)指導，才能更好發(fā)揮其在文物保護工作中的作用。

二、布達拉宮精細化測繪與預防性保護的關系

從2006年對布達拉宮實施三維激光掃描進行精細化測繪開始，到2015年精細化測繪項目正式啟動，項目團隊并未明確測繪工作與預防性保護的關系。但在整個項目實施過程中，所有測繪要求和預期獲得的測繪成果，都圍繞保護這個大方向，不論是獲得建筑的整體形態(tài)，還是裂縫分布情況，都是希望通過線索發(fā)現(xiàn)問題和風險，防患于未然、最終達到保護文物安全的目的。所以回頭來看，布達拉宮精細化測繪及測繪目標，都與預防性保護的目標不謀而合。

說到底，不論是保護還是預防性保護，其目標是一致的，都是為更好地保護文物。在這個目標驅(qū)使下，我們主動去發(fā)現(xiàn)隱藏的地壟，否則未知地壟一旦出現(xiàn)問題，可能就需要進行搶救性保護;如果我們不主動去發(fā)現(xiàn)裂縫，并提早建立結構模型，分析裂縫形成原因，那么裂縫出現(xiàn)一點突變，后果都不堪設想。所有這些工作計劃，是基于對布達拉宮文物保護工作的了解而制定，基于對布達拉宮建筑的安全有準確、科學的認識?？陀^上，這些工作符合預防性保護的核心思想。

首先，獲得在某一個時間節(jié)點的原始數(shù)據(jù)，是預防性保護的一個重要方面。階段性的、以同樣的方式獲取的數(shù)據(jù)，就可以與歷史上某一時間節(jié)點的數(shù)據(jù)進行比對，發(fā)現(xiàn)變化，分析原因，防患于未然。

其次，建立數(shù)據(jù)管理和分析系統(tǒng)，不僅可以對原始數(shù)據(jù)進行管理，而且有了原始數(shù)據(jù)做基礎，后期獲取的數(shù)據(jù)可以累計和疊壓，從而積累各階段分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為保護工作源源不斷地提供有效的依據(jù)。

第三，通過精細化測繪建立起來的三維模型，可以作為布達拉宮綜合管理平臺的基礎模型，在此基礎上拓展、鏈接更多的專業(yè)系統(tǒng)平臺，比如結構監(jiān)測、世界遺產(chǎn)監(jiān)測、電力、安防、消防、票務、辦公等，還可以通過移動客戶端，實現(xiàn)移動巡查、移動監(jiān)測、移動辦公等等。

這些都是預防性保護所涉及的內(nèi)容，也是文物保護的最終目標。而精細化測繪及測繪成果是實現(xiàn)這些功能和目標的基礎。通過精細化測繪，獲取布達拉宮建筑的完整形態(tài)、全面了解危害布達拉宮建筑安全穩(wěn)定性的病害分布情況，可為制定有針對性的文物建筑保護策略和保護措施提供有效的科學依據(jù)，將潛在的危害消滅于萌芽階段。

三、結語

不可移動文物涵蓋極其復雜的類型和環(huán)境，因此，不同的文物對象所需要的測繪數(shù)據(jù)和關鍵節(jié)點都是不同的。

在做精細化測繪之前，對文物本身的認識越深刻，越能在測繪實施之前提出具有可操作性的具體目標和要求，不在測繪過程中丟掉可能忽視的細節(jié)數(shù)據(jù)，從而獲得更理想的成果，才能為預防性文物保護及提供真實有效的數(shù)據(jù)支撐。

“專業(yè)事情由專業(yè)人員去做”，只有不同的專業(yè)做好自己分內(nèi)的事情，跨學科的合作更能有針對性地解決問題。無論精細化測繪，還是預防性保護，在文物保護行業(yè)，這些手段和概念最終的目的都指向文物保護。因此，時刻記住“保護”兩個字，才不會偏離文物保護這個終極目標。