荀歡歡，姬慧 （太原學(xué)院建筑工程系，山西 太原 030001）

1 山西省傳統(tǒng)村落特點(diǎn)

1.1 數(shù)量多，地域特色明顯

山西省傳統(tǒng)村落數(shù)量龐大，類型豐富。中國傳統(tǒng)村落名錄自2012年到2018年先后公布的五批中，山西省共550處，占比全國傳統(tǒng)村落近八分之一。在地質(zhì)地貌、氣候水文、傳統(tǒng)文化、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等因素的共同作用下，呈現(xiàn)出獨(dú)特的地域特色。

1.2 建筑形制豐富，空間布局多樣

晉中地區(qū)大型宅院建筑以磚木結(jié)構(gòu)瓦房為主，樓房和窯洞也較為常見，窯洞有靠崖窯和錮窯兩種。晉北地區(qū)民居建筑質(zhì)樸實(shí)用、造價(jià)較低，單層房屋以普通平頂房、單層瓦房、石頭房為主，墻體較厚，以利保溫御寒，窯洞主要有靠崖窯和窯上房，樓房在晉北一帶較為罕見。晉東南地區(qū)民居建筑的主要形式為磚木結(jié)構(gòu)的樓房，窯洞建筑在這一地區(qū)主要表現(xiàn)為靠崖窯和黑磚石錮窯，此外還有石頭房和以鵝卵石、陶坯等為主要材料的建筑。晉南地區(qū)的傳統(tǒng)建筑有窯洞和瓦房。

1.3 非遺數(shù)量巨大，歷史文化厚重

數(shù)千年積淀的黃河文化孕育了地域特色濃厚的黃土地民族文化。截止到2017年，山西省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄公布五批，共計(jì)754項(xiàng)，包含民間文學(xué)、傳統(tǒng)手工技藝、民間美術(shù)、傳統(tǒng)戲劇、曲藝等項(xiàng)目。

2 山西省傳統(tǒng)村落的保護(hù)現(xiàn)狀和問題

傳統(tǒng)村落是物質(zhì)遺產(chǎn)和非物質(zhì)遺產(chǎn)相互依存的復(fù)雜綜合體，建筑遺產(chǎn)是村落中最重要的物質(zhì)遺產(chǎn)。結(jié)合山西傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)的現(xiàn)狀，本文以傳統(tǒng)村落中歷史建筑的數(shù)字化保護(hù)為重點(diǎn)研究對象。

2.1 村落空間衰敗

2.1.1 村落主體建筑衰敗

山西傳統(tǒng)村落的建筑以磚木結(jié)構(gòu)為主，多數(shù)建筑的形制、采光、通風(fēng)、排水等功能已衰退，大多居民離開舊宅，遷居新村；或?qū)险S意改造，拆舊建新，都在一定程度上加劇了主體建筑的衰敗。

2.1.2 村落公共空間衰落

村落的公共空間是傳統(tǒng)村落的“社區(qū)活動(dòng)中心”，承載著婚喪嫁娶、交易、聚會(huì)等公共活動(dòng)的功能。這類公共空間衰落的主要原因是城鎮(zhèn)化進(jìn)程下居民外遷，村落和建筑使用率下降，村落“空心化”所導(dǎo)致。

2.1.3 村落生態(tài)環(huán)境遭到破壞

作者對部分傳統(tǒng)村落實(shí)地調(diào)研顯示，多數(shù)傳統(tǒng)村落存在住宅、工業(yè)、商業(yè)等功能分區(qū)不合理的現(xiàn)狀，用地混雜、污染源較多、居民環(huán)境意識(shí)淡薄等因素，給傳統(tǒng)村落的保護(hù)和發(fā)展造成較大的威脅。

2.2 村落保護(hù)手段落后

2.2.1 村落保護(hù)，規(guī)劃模式單一

目前，對于我省傳統(tǒng)村落的保護(hù)規(guī)劃，存在借用和照搬歷史文化名城和歷史文化街區(qū)的傳統(tǒng)保護(hù)措施，村落地域特色沒有被充分挖掘，造成了古村落“千村一面”的錯(cuò)覺。

2.2.2 村落保護(hù)，專業(yè)人才短缺

村落建筑保護(hù)需要建筑學(xué)、規(guī)劃學(xué)、考古學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科協(xié)同合作，目前專業(yè)人才缺失，跨學(xué)科融合和系統(tǒng)化研究運(yùn)用到傳統(tǒng)村落保護(hù)中迫在眉睫。

2.2.3 村落保護(hù)，技術(shù)亟待提高

基于數(shù)字技術(shù)的傳統(tǒng)村落保護(hù)方式，能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)工程、數(shù)據(jù)科學(xué)、信息管理等專業(yè)的協(xié)調(diào)作用，具有重要的實(shí)踐意義。

3 山西省傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀分析

3.1 我國傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀

3.1.1 數(shù)據(jù)采集

利用平面掃描、遙感技術(shù)、三維激光掃描記錄村落空間、民居建筑、文物遺產(chǎn)；運(yùn)用攝錄技術(shù)采集村落中的非物質(zhì)遺產(chǎn)。

3.1.2 信息加工

借助地理信息技術(shù)的空間分析功能，為傳統(tǒng)村落保護(hù)中的規(guī)劃理念、空間設(shè)計(jì)提供決策支撐；運(yùn)用3D建模工具對村落建筑進(jìn)行模型構(gòu)建，對于受損建筑的修繕和預(yù)防性保護(hù)有非常重要的意義。

3.1.3 展示傳播

經(jīng)過信息加工后的古建筑模型導(dǎo)入虛擬軟件，對模型進(jìn)行優(yōu)化處理，生成與傳統(tǒng)村落現(xiàn)實(shí)空間相匹配的虛擬場景。

3.1.4 集成應(yīng)用

結(jié)合數(shù)據(jù)采集、激光掃描、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D打印等技術(shù)，形成了傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)鏈條。

3.2 山西省傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀

2017年，中國傳統(tǒng)村落數(shù)字博物館建設(shè)正式啟動(dòng)，村落數(shù)量共計(jì)376個(gè)，分布在31個(gè)省份。2018年4月，第一批中國傳統(tǒng)村落上線，山西16個(gè)村落入選；2019年，山西38個(gè)村落入館；截止到2020年，山西入館村落共50個(gè)。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山西大多數(shù)傳統(tǒng)村落的保護(hù)由于缺乏對于新的信息技術(shù)的開發(fā)及利用，導(dǎo)致規(guī)劃成果和保護(hù)內(nèi)容多局限于平面，保護(hù)過程的信息斷層，使用維護(hù)階段的信息流失，使得傳統(tǒng)村落保存的信息不夠完整，保護(hù)體系不夠完善。因此，探索傳統(tǒng)村落保護(hù)發(fā)展中數(shù)字化技術(shù)保護(hù)模式架構(gòu)是一個(gè)具有理論和實(shí)踐意義的緊迫課題。

4 山西省傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)的對策

4.1 注重傳承創(chuàng)新，重建鄉(xiāng)土文化

傳統(tǒng)村落中蘊(yùn)含著豐富的傳統(tǒng)習(xí)俗、建筑技藝、生活方式，需要通過一代代人薪火相傳，將這些優(yōu)秀的傳統(tǒng)價(jià)值觀傳承下去。在城鎮(zhèn)建設(shè)對村落文明強(qiáng)勢沖擊的今天，需要我們根據(jù)社會(huì)和時(shí)代的要求，在繼承鄉(xiāng)土文化的過程中不斷創(chuàng)新，利用新的保護(hù)理念、規(guī)劃策略、科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)等手段重建與當(dāng)代社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的現(xiàn)代傳統(tǒng)村落文化。

4.2 重視理論研究，科學(xué)編制規(guī)劃

結(jié)合實(shí)地調(diào)查研究和山西省傳統(tǒng)村落的保護(hù)現(xiàn)狀，建議構(gòu)建“政產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同聯(lián)動(dòng)模式。由政府主導(dǎo)、多學(xué)科（建筑學(xué)、社會(huì)學(xué)、歷史學(xué)、考古學(xué)、測繪學(xué)、計(jì)算機(jī)信息科學(xué)等）專家合力，利用信息技術(shù)，助力我省傳統(tǒng)村落保護(hù)學(xué)理研究，加強(qiáng)對傳統(tǒng)村落的戰(zhàn)略規(guī)劃、制度機(jī)制、政策舉措的研究。

4.3 利用信息技術(shù)，探索村落歷史建筑保護(hù)數(shù)字化模式

我國傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀資料數(shù)據(jù)顯示：近年來，相關(guān)領(lǐng)域針對數(shù)字化保護(hù)紛紛展開了理論研究，有的省份在信息采集、存儲(chǔ)、加工、展示等技術(shù)層面已經(jīng)取得了較為豐碩的成果。

我國擁有七千年農(nóng)耕文明史，疆域遼闊、民族眾多，文化各異。探索基于山西省地域文化、建筑特色的傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)模式迫在眉睫。

5 山西省傳統(tǒng)村落的數(shù)字化保護(hù)模式探究

5.1 傳統(tǒng)村落歷史建筑數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)

傳統(tǒng)村落歷史建筑數(shù)字化保護(hù)體系，將空間掃描、數(shù)字建模、虛擬技術(shù)應(yīng)用于歷史建筑保護(hù)中，有助于促進(jìn)我省傳統(tǒng)村落歷史建筑數(shù)據(jù)庫的建設(shè)、多維數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)分析、科學(xué)保護(hù)規(guī)劃、建筑虛擬呈現(xiàn)以及智能修繕管理的協(xié)調(diào)發(fā)展；有助于促進(jìn)基于建筑信息模型（BIM）的計(jì)算機(jī)科學(xué)、建筑學(xué)、測繪學(xué)等多門學(xué)科的融合，給傳統(tǒng)村落保護(hù)帶來新的技術(shù)手段。

5.2 傳統(tǒng)村落歷史建筑云平臺(tái)

傳統(tǒng)村落信息大數(shù)據(jù)來源于物理空間，主要包括村落選址布局、空間格局、歷史建筑、遺跡遺存、古樹名木等相關(guān)數(shù)據(jù)。需要通過“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)場勘測”進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，將所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，并與云服務(wù)平臺(tái)對接，通過平臺(tái)的查詢系統(tǒng)，可以快速有效地搜索和提取各個(gè)數(shù)據(jù)對象。

構(gòu)建云平臺(tái)的目的是搭建一個(gè)開放的大數(shù)據(jù)云服務(wù)系統(tǒng)。利用平臺(tái)動(dòng)態(tài)收集的海量文字、圖片、音像資料以及相關(guān)文獻(xiàn)、手繪、人工測繪等基本資料，開發(fā)對村落相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效搜集、整理、保存、分類、標(biāo)引、整合以及檢索、分析、挖掘的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和信息檢索系統(tǒng)，形成村落信息資源庫。然后采用數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，對資源信息進(jìn)行深度分析，提取有價(jià)值的信息，為當(dāng)?shù)鼐用?、社?huì)大眾提供信息服務(wù)；為構(gòu)建歷史建筑空間數(shù)據(jù)庫和專業(yè)技術(shù)人員、專家學(xué)者深入研究提供專業(yè)知識(shí)服務(wù)。

5.3 傳統(tǒng)村落空間數(shù)據(jù)庫

傳統(tǒng)村落空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括村落地理信息數(shù)據(jù)庫、建筑模型信息數(shù)據(jù)庫、維修歷史檔案庫三大部分。

地理信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，通過ArcGIS、RS、GPS 等空間分析工具，結(jié)合地理學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)地塊的輸入、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示功能。GIS系統(tǒng)還可以結(jié)合測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行地形模擬分析，分析目標(biāo)地塊的坡度、坡向、高程、山影以及地塊剖切面的高程與坐標(biāo)變化情況。

建筑信息模型庫的建設(shè)依托BIM平臺(tái)關(guān)聯(lián)相關(guān)的模型信息數(shù)據(jù)，主要分為三個(gè)部分：第一部分是建筑的三維模型制作，包括數(shù)字化模型建筑群、建筑單體和建筑構(gòu)件，建立準(zhǔn)確的基于地形和空間環(huán)境的建筑空間定位、建筑結(jié)構(gòu)；第二部分是建筑模型的渲染工作；第三部分是虛擬場景呈現(xiàn)。

基于BIM技術(shù)的維修歷史檔案庫，可以實(shí)現(xiàn)歷史建筑的日常運(yùn)維和修繕管理。利用BIM技術(shù)記錄建筑物的歷史檔案資料，將建筑和構(gòu)件的日常維護(hù)綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯關(guān)聯(lián)，為建筑物綜合信息協(xié)同處理提供服務(wù)。

空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為村落場地模型的建立、工程管線改造、合理規(guī)劃、建筑物保護(hù)以及后期虛擬場景的模擬，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為山西省傳統(tǒng)村落的合理開發(fā)、利用和保護(hù)提供參考。

5.4 傳統(tǒng)村落歷史建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展為建筑信息模型的構(gòu)建和歷史建筑保護(hù)，提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。技術(shù)路徑為：掃描位置的選定—獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)—Scanwbrks軟件識(shí)別掃描定標(biāo)求—選定視景范圍—精度掃描—Parser拼接點(diǎn)云數(shù)據(jù)—PolyWorks融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)—完成模型初步構(gòu)建。所獲得的數(shù)字模型可對接 CAD、SketchUp、Revit、Rhino 建模軟件進(jìn)行模型的二次處理，最后可導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)村落的全面數(shù)字化。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以導(dǎo)入測繪數(shù)據(jù)、三維激光掃描數(shù)據(jù)、建筑信息模型數(shù)據(jù)。本文以MARS虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)為例，研究傳統(tǒng)村落歷史建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)路徑。MARS程序支持SketchUp、Revitt和Rhino文件直讀，可直接導(dǎo)入skp、3dm和fbx等格式的模型，插件中提供了豐富的模型資源，可對場景模型進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。支持高程圖導(dǎo)入，結(jié)合測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行地形雕刻功能，在虛擬程序中生成基礎(chǔ)地形，并可以對地形和材質(zhì)進(jìn)行修改，配合VR設(shè)備實(shí)現(xiàn)沉浸式歷史建筑虛擬體驗(yàn)，支持多人異地共享，測量、標(biāo)記，利用Venus生成全景二維碼，給村落的展示和傳播帶來了極大的便利。

5.5 傳統(tǒng)村落歷史建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

BIM技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)村落歷史建筑的修繕中，對建筑進(jìn)行參數(shù)化建模，記錄、儲(chǔ)存建筑構(gòu)件的連接方式、材料特征、工藝做法等數(shù)據(jù)，還可以對數(shù)字監(jiān)測中殘損的構(gòu)建進(jìn)行修補(bǔ)或更換，對殘損嚴(yán)重的建筑進(jìn)行大規(guī)模修繕或復(fù)原。

BIM技術(shù)還可運(yùn)用到歷史建筑修復(fù)施工和監(jiān)理方面中，可對材料分類管理、施工人員調(diào)配、技術(shù)交底等問題，提出更加優(yōu)化地解決方案。

運(yùn)用BIM技術(shù)，構(gòu)建歷史建筑自動(dòng)檢測與預(yù)警體系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守精確監(jiān)控。根據(jù)歷史建筑和構(gòu)件的評估類型，設(shè)置關(guān)鍵監(jiān)控節(jié)點(diǎn)—部署傳感器—鏈接BIM模型—設(shè)置屬性預(yù)警值，進(jìn)行有效的安防和消防管理。

5.6 傳統(tǒng)村落規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)

基于地理信息技術(shù)、BIM建筑技術(shù)和歷史建筑監(jiān)測技術(shù)的歷史建筑大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)，為傳統(tǒng)村落規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供支持；為政府及相關(guān)管理部門及時(shí)掌握歷史建筑現(xiàn)狀，提供動(dòng)態(tài)資料。有利于提高傳統(tǒng)村落保護(hù)規(guī)劃制度的科學(xué)性、綜合性和合理性，促進(jìn)我省傳統(tǒng)村落歷史建筑保護(hù)的信息化。

6 結(jié)語

構(gòu)建基于BIM技術(shù)的山西省傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)模式，不僅是科技和文化的融合、變革，更能有效地喚醒民眾的文化自覺和文化自信，保留傳統(tǒng)文化的獨(dú)特性，保持村落文化延續(xù)性，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)村落保護(hù)的創(chuàng)新性和可持續(xù)性。