章泉豐

東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇 南京 210000

建筑遺產(chǎn)是人類文化遺產(chǎn)中最重要的組成部分之一，它承載著人類社會(huì)的歷史、文化和藝術(shù)價(jià)值，是人類文明的重要遺產(chǎn)。保護(hù)和傳承建筑遺產(chǎn)不僅涉及到歷史文化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市規(guī)劃等多方面問(wèn)題，而且還直接關(guān)系到人類文化遺產(chǎn)的傳承和發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文首先分析建筑遺產(chǎn)保護(hù)的現(xiàn)狀和問(wèn)題，然后闡述數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)、建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)保護(hù)修復(fù)技術(shù)和建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。接著，本文選取三個(gè)具有代表性的案例，分別從建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)、建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和建筑遺產(chǎn)損傷診斷技術(shù)方面闡述人工智能在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用。最后，本文展望人工智能在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展，包括數(shù)字化保護(hù)可持續(xù)性、深度學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)以及智能感知和決策等方面。

1 建筑遺產(chǎn)保護(hù)現(xiàn)狀分析

1920年國(guó)際聯(lián)盟LON組織將文化遺產(chǎn)的定位從“國(guó)家層面”提升到了“國(guó)際層面”。從而發(fā)布了《雅典憲章》（1933年8月）、《馬丘比丘憲章》（1977年12月）、《北京憲章》（1999年6月），并提出了“家園城市”“生態(tài)城市”“可持續(xù)城市”的理念[1]。

現(xiàn)代技術(shù)手段的應(yīng)用對(duì)于建筑遺產(chǎn)保護(hù)至關(guān)重要。許多國(guó)家都采用了高科技手段來(lái)保護(hù)和修繕歷史建筑遺產(chǎn)。例如，意大利的比薩斜塔在修復(fù)時(shí)使用了3D打印技術(shù)，還利用了振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器來(lái)檢測(cè)地震對(duì)建筑的影響。日本的松本城也使用了3D打印技術(shù)來(lái)復(fù)原歷史建筑的雕塑和裝飾。此外，一些國(guó)家還利用了數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史建筑的數(shù)字化保護(hù)，如美國(guó)的史密森尼學(xué)會(huì)和法國(guó)的盧浮宮博物館等。然而，技術(shù)手段的應(yīng)用仍然存在一些問(wèn)題。一些國(guó)家缺乏先進(jìn)的技術(shù)手段，無(wú)法對(duì)歷史建筑遺產(chǎn)進(jìn)行高效的保護(hù)和修繕。同時(shí)，一些技術(shù)手段的應(yīng)用也存在著不足和局限性。

建筑遺產(chǎn)保護(hù)的管理體系和市場(chǎng)化問(wèn)題是各國(guó)共同面臨的問(wèn)題。缺乏有效的管理體系和監(jiān)督機(jī)制，使得歷史建筑遺產(chǎn)的保護(hù)難以落到實(shí)處。此外，一些地區(qū)也存在著將歷史建筑遺產(chǎn)市場(chǎng)化的問(wèn)題。有些歷史建筑被改建成商業(yè)化的場(chǎng)所，導(dǎo)致其文化價(jià)值被忽視，甚至受到損害。

2 數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)

建筑文化遺產(chǎn)（以下簡(jiǎn)稱“建筑遺產(chǎn)”）的數(shù)字化, 體驗(yàn)設(shè)計(jì)依托于其文化基因進(jìn)行開(kāi)發(fā)，研究遺產(chǎn)本體的歷史文化，從中提取圖像文本、信息符號(hào)、語(yǔ)境內(nèi)涵等內(nèi)容，并結(jié)合用戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，在遺產(chǎn)價(jià)值、保護(hù)、傳播層面發(fā)揮其力量[2]。

建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)是一種將現(xiàn)有的物理建筑遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的過(guò)程，這種數(shù)字模型可以被用于保存和傳承建筑遺產(chǎn)的文化價(jià)值，并且可以方便地進(jìn)行保護(hù)、修復(fù)和研究。在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中，激光掃描技術(shù)、建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)和建筑遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

激光掃描技術(shù)是一種高精度的三維掃描技術(shù)，可以通過(guò)激光測(cè)量設(shè)備對(duì)建筑物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量和記錄。該技術(shù)可以生成高精度的數(shù)字模型，為建筑遺產(chǎn)的修復(fù)和保護(hù)提供重要的數(shù)據(jù)支持。例如，在北京故宮的修繕中，激光掃描技術(shù)被用于對(duì)建筑物進(jìn)行掃描和記錄，生成了高精度的數(shù)字模型，為修繕工作提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)是一種將建筑遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的技術(shù)，通過(guò)對(duì)建筑遺產(chǎn)進(jìn)行掃描、測(cè)量和模擬，可以生成高精度的三維數(shù)字模型。該技術(shù)可以為建筑遺產(chǎn)保護(hù)和修復(fù)提供重要的數(shù)據(jù)支持，并且可以方便地進(jìn)行文物數(shù)字化、展覽和研究。例如，在上海豫園的保護(hù)和修繕中，建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)被廣泛應(yīng)用，對(duì)豫園的建筑和景觀進(jìn)行了數(shù)字化重建，為保護(hù)和傳承豫園的文化價(jià)值提供了重要的支持。

建筑遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將數(shù)字模型呈現(xiàn)為虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，可以為建筑遺產(chǎn)保護(hù)和傳承提供新的方式和手段。例如，在西安大雁塔的文物保護(hù)和展示中，建筑遺產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，通過(guò)將大雁塔的數(shù)字模型呈現(xiàn)為虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，為觀眾提供了更加直觀、沉浸式的文化體驗(yàn)[3]。

2.2 建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)是建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)的重要組成部分，它可以幫助管理和組織建筑遺產(chǎn)信息，提高信息共享和保護(hù)。建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)包括建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和建筑遺產(chǎn)知識(shí)圖譜系統(tǒng)。

建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)是一種用于管理建筑遺產(chǎn)相關(guān)文檔的軟件系統(tǒng)，包括文獻(xiàn)、圖片、音頻和視頻等多種類型的文檔。該系統(tǒng)可以對(duì)文檔進(jìn)行分類、索引、檢索和管理，方便用戶查找和獲取相關(guān)信息。此外，該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)文檔的數(shù)字化、在線存儲(chǔ)和共享，避免了傳統(tǒng)的紙質(zhì)文獻(xiàn)管理方式存在的信息孤島問(wèn)題。例如，英國(guó)牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的建筑遺產(chǎn)文檔管理系統(tǒng)“Building Archive”就提供了一個(gè)完整的建筑遺產(chǎn)文檔數(shù)字化和管理的解決方案，為保護(hù)建筑遺產(chǎn)提供了有力的支持。

建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一種利用人工智能技術(shù)對(duì)建筑遺產(chǎn)信息進(jìn)行分類、索引、歸納和分析的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以自動(dòng)化地處理和分析建筑遺產(chǎn)信息，提高信息處理的效率和準(zhǔn)確性，幫助管理者更好地了解和保護(hù)建筑遺產(chǎn)。例如，北京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院的專家們開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于人工智能的建筑遺產(chǎn)智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別、分類和整理建筑遺產(chǎn)信息，并提供相關(guān)的建筑歷史、文化背景等信息，方便用戶更好地了解建筑遺產(chǎn)[4]。

2.3 建筑遺產(chǎn)保護(hù)修復(fù)技術(shù)

建筑遺產(chǎn)保護(hù)修復(fù)技術(shù)是保護(hù)建筑遺產(chǎn)的重要手段之一。在數(shù)字化技術(shù)的幫助下，建筑遺產(chǎn)的損傷診斷、修復(fù)方案生成以及修復(fù)質(zhì)量評(píng)估等方面得到了顯著的提升。

建筑遺產(chǎn)作為具有歷史、文化價(jià)值的文物，其保護(hù)工作需要先對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行損傷診斷。傳統(tǒng)的損傷診斷方式主要是基于人工的方式進(jìn)行，需要專業(yè)人員通過(guò)目視、觸摸等方式進(jìn)行觀察，并手工繪制草圖和照片。這種方式耗費(fèi)時(shí)間、成本高，同時(shí)也存在主觀性和誤差性。而基于數(shù)字化技術(shù)的損傷診斷技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和智能化的損傷診斷，提高損傷診斷的準(zhǔn)確性和效率。針對(duì)建筑遺產(chǎn)損傷機(jī)理研究分散和不深入的問(wèn)題，從領(lǐng)域?qū)用鎸?duì)遺產(chǎn)損傷機(jī)理研究進(jìn)行系統(tǒng)整合，建立全面系統(tǒng)的遺產(chǎn)損傷機(jī)理數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋不同遺產(chǎn)類型和不同損傷類型的機(jī)理信息。同時(shí)還要結(jié)合建筑遺產(chǎn)性能提升的需求和現(xiàn)有研究空白，完善損傷機(jī)理研究的類型。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境模擬、測(cè)試分析、監(jiān)測(cè)等對(duì)遺產(chǎn)損害進(jìn)行微觀、局部和整體分析，調(diào)查損害因素和損傷漸變?nèi)^(guò)程[5]。

以北京頤和園為例，該建筑遺產(chǎn)采用了激光掃描技術(shù)進(jìn)行損傷診斷。頤和園面積廣、建筑眾多，傳統(tǒng)的人工損傷診斷方式難以全面、高效地完成損傷診斷工作。而采用激光掃描技術(shù)，可以快速獲取頤和園內(nèi)所有建筑物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并進(jìn)行三維重建和損傷診斷。這樣，可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成頤和園的損傷診斷工作，提高保護(hù)工作的效率和準(zhǔn)確性。

2.4 建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)

建筑遺產(chǎn)的保護(hù)不僅僅是修復(fù)工作，還需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，以確保其長(zhǎng)期的保護(hù)。人工智能技術(shù)在建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)和管理方面也有著廣泛的應(yīng)用。本部分將介紹建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)中的三種典型技術(shù)：建筑遺產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)使用管理系統(tǒng)和建筑遺產(chǎn)維護(hù)管理系統(tǒng)。

建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)原則本體模式的來(lái)源可以分為三方面內(nèi)容：一是建筑遺產(chǎn)保護(hù)的理念和原則；二是監(jiān)測(cè)方法所涉及的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)范圍等監(jiān)測(cè)要求；三是監(jiān)測(cè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。完備和精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)是建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)的理想狀態(tài)，也是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一，目前研究尚不夠充分[6]。

建筑遺產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用傳感器、攝像頭等設(shè)備對(duì)建筑遺產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以檢測(cè)建筑物的傾斜、裂縫、震動(dòng)、溫度、濕度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至云端進(jìn)行分析和處理，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。該系統(tǒng)在維護(hù)建筑遺產(chǎn)安全方面具有重要作用。

建筑遺產(chǎn)的使用管理是保護(hù)建筑遺產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，不僅可以延長(zhǎng)其壽命，更可以充分發(fā)揮其文化和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。建筑遺產(chǎn)使用管理系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)建筑遺產(chǎn)進(jìn)行全面的管理和監(jiān)督，保障建筑遺產(chǎn)的合理使用和開(kāi)發(fā)。

3 數(shù)字技術(shù)建筑遺產(chǎn)保護(hù)案例分析

在建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)方面，法國(guó)的圣彼得教堂是一個(gè)很好的例子。該教堂建于13世紀(jì)，是世界文化遺產(chǎn)，也是法國(guó)重要的宗教建筑之一。隨著時(shí)間的推移，圣彼得教堂出現(xiàn)了許多問(wèn)題，例如建筑物的腐蝕、墻體的開(kāi)裂和頂部的脆弱性等等。為了保護(hù)這一重要的文化遺產(chǎn)，圣彼得教堂管理委員會(huì)采用了激光掃描技術(shù)和建筑遺產(chǎn)三維重建技術(shù)來(lái)數(shù)字化保護(hù)教堂。

在智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，故宮博物院是一個(gè)典型的例子。作為中國(guó)最著名的古建筑群之一，故宮博物院是一座擁有數(shù)百年歷史的宮殿建筑群，保存了豐富的文化和歷史遺產(chǎn)。然而，由于其規(guī)模和歷史的悠久性，故宮博物院的建筑和文物管理面臨著許多挑戰(zhàn)，如對(duì)文物、建筑結(jié)構(gòu)和環(huán)境的保護(hù)、管理和維護(hù)等。為了解決這些問(wèn)題，故宮博物院利用人工智能技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

故宮博物院智能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心是建筑物信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括建筑物模型、文物模型和空氣質(zhì)量模型等。這些模型可以幫助故宮博物院管理人員更好地了解建筑物和文物的狀態(tài)，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。此外，該系統(tǒng)還可以分析和管理博物館的各種數(shù)據(jù)，如博物館的訪客信息、文物的屬性、建筑物的歷史和狀態(tài)等信息。

福建土樓是中國(guó)閩南地區(qū)特有的一種民居建筑，被譽(yù)為中國(guó)南方傳統(tǒng)建筑文化的瑰寶。這種建筑在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中充分考慮到了防御和防災(zāi)的需要，因此具有很強(qiáng)的抗震、防火、防盜等能力。但隨著時(shí)間的推移和人為因素的影響，福建土樓的一些損傷問(wèn)題也日益凸顯，例如龍門土樓、南靖土樓等。

針對(duì)福建土樓的損傷問(wèn)題，目前已經(jīng)應(yīng)用了許多建筑遺產(chǎn)損傷診斷技術(shù)，以期對(duì)土樓的保護(hù)和修復(fù)提供有效的科學(xué)依據(jù)。其中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是比較常用的一種方法，可以對(duì)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，而不會(huì)對(duì)建筑物本身造成任何破壞。

在福建土樓的保護(hù)和修復(fù)工作中采用了多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，包括X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、電磁波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等。這些技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出福建土樓中的潛在問(wèn)題，為修復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

4 數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的未來(lái)展望

建筑遺產(chǎn)保護(hù)是一個(gè)重要的文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展不斷提高了建筑遺產(chǎn)保護(hù)的效率和精度，同時(shí)也為未來(lái)的建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供了更多的可能性。下面將從三個(gè)方面展望數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展[7]。

4.1 建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)可持續(xù)性

建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以讓建筑遺產(chǎn)的傳承與保護(hù)工作更加高效、便捷、可持續(xù)。建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)是將建筑遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式并儲(chǔ)存于云端，能夠?qū)崿F(xiàn)遺產(chǎn)信息的長(zhǎng)期保存、快速檢索以及傳播。同時(shí)，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還能夠提高文物保護(hù)工作的效率，加快遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的現(xiàn)代化進(jìn)程，確保建筑遺產(chǎn)的長(zhǎng)期保存。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用將更加普及和完善，為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供更加可持續(xù)的解決方案。

4.2 人工智能在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的深度學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)

人工智能技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，深度學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步提升建筑遺產(chǎn)保護(hù)的效率和準(zhǔn)確性。通過(guò)大數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，建立建筑遺產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)建筑遺產(chǎn)進(jìn)行多層面的分析和探究，從而更好地理解建筑遺產(chǎn)的歷史和文化背景。深度學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)還可以用于建筑遺產(chǎn)的自主識(shí)別和分類，大大提高了建筑遺產(chǎn)保護(hù)的效率。未來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑遺產(chǎn)保護(hù)工作將更加便捷和高效。

4.3 人工智能在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的智能感知和決策

人工智能在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中還有一個(gè)重要應(yīng)用方向，就是通過(guò)智能感知和決策來(lái)提高保護(hù)的效率和精度。智能感知是指利用傳感器和智能化設(shè)備對(duì)建筑遺產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，以便更好地了解建筑遺產(chǎn)的狀態(tài)和情況。而智能決策則是指基于采集到的數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的知識(shí)，利用人工智能技術(shù)做出最優(yōu)化的保護(hù)決策。

5 總結(jié)

本文通過(guò)介紹數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括建筑遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)、建筑遺產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、建筑遺產(chǎn)保護(hù)修復(fù)技術(shù)、建筑遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)和人工智能在建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用案例，探討了數(shù)字技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的重要作用。