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作為歷史的見證物，古建筑含有很多能反映當時社會面貌的元素。目前古建筑、古文物不斷遭受到大自然和人為的破壞，在數量、質量、色彩、樣式上都有了很大幅度的降低，必須采取科學手法對古建筑進行復原與保護，通過應用高科技手段保護古建筑文化，通過“三維激光掃描、VR全景影像拍攝和BIM逆向建模”等技術方法，在對古建筑本體無損條件下，建立一套全新的數字資產，為古建筑的保護與傳承提供一個全新的信息平臺。

1古建筑數字化影像采集技術

1.1三維激光掃描（1）三維激光掃描具有非接觸性，用于古建筑測繪，既能節省人力物力，保證工作人員的安全，也能減小對文物的損害。對古建筑進行整體三維激光掃描，可最大限度地獲取建筑空間及結構數據，為出具建筑圖紙及修繕過程中提供翔實的三維數據，記錄建筑原貌及修繕后數據并留檔。通過掃描點云模型精確記錄每一處破損、裂縫和空鼓的具體尺寸信息。通過不同時期的信息比對，還原建筑病害的發生情況，實現過程跟蹤。通過長期監測可預測肉眼不易分辨的空鼓趨勢，提前制訂維修預案，最大限度地降低發生面層意外脫落等病害的可能性。形成的點云模型可在計算機上隨時查詢并測量建筑各項設施的位置、尺寸等信息，便于分析現場情況，模擬生成預案。（2）分析數據控制點，配準（拼接）去噪，數據疊加，關聯、比對、標記分析等，將分析后的數據結合BIM技術還原竣工后的建筑物，形成古建筑的修復數據字典。可將產生的三維影像模型與BIM模型擬合，形成具備實景條件的擬真數字化BIM模型，更直觀地了解建筑本體信息。隨時進行測量、計算、檢索相應信息，判斷建筑中磚的酥堿、破損程度并自動進行數據統計。1.2BIM數字化模型BIM技術是一種用于工程設計、建造、管理的數據化工具，通過整合建筑的數據化、信息化模型，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，以便技術人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，為設計團隊及包括建筑、運營單位在內的各主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。古建筑數據信息以往主要通過圖紙、文字、圖片、影像的形式存檔。但這些存檔方式數據處理工作量大，信息表達抽象不精確且信息不宜查找。BIM（建筑信息模型）技術，可利用三維數字模型，集成古建筑各種特殊構件的相關數據信息，建立古建筑構件族庫，形成在形態特征、構件、結構等方面與現實古建筑物逐一對應的“虛擬古建筑三維數字資產”，給古建筑物維護者和仿古建筑的建造者帶來了巨大的便利，更重要的是給后人留下了寶貴的數字資產。建立完整、準確的高精度可視化的三維數字古建筑資產模型，可給古建筑的構件（雀替、斗拱、石欄板、格柵、門窗、吻獸、走獸、滴水勾頭、彩畫、大木構件、石獸、家具、裝飾擺設）設施等各類實體資產建立數字檔案，實現對現狀的準確記錄。根據古建筑修繕的節奏、實際踏勘和設計單位的圖紙資料建立本建筑高精度BIM模型。模型生成后可方便在虛擬環境下對修繕工程的各分項施工措施及方案進行深化、模擬，分析風險、優化方案，找到最佳的施工辦法。應用BIM模型，可虛擬漫游建筑的不同位置，輔助建立網格化管理邊界。1.3全景影像技術全景影像通過VR全景采集器對古建筑的各允許觀測部位進行影像記錄，拼合成一張全部場景的影像信息相片，使用播放器進行本地或網絡播放，也可通過全景影像系統，在各影像采集點之間自由跳轉。觀看者可根據意愿隨意拖動鼠標觀看場景的任何角落，使人有身臨其境的感覺。也可通過影像采集生成基于影像的三維模型，并對其中的內容進行AI自動比對。用戶還可將錄音資料、圖紙資料、視頻資料和文字資料等信息集成錄入到相片內。傳統相機拍攝受拍攝角度限制，且無法準確描述拍攝的定位，不能承載更多的數據信息，不利于數字信息之間產生關聯，不能便捷查找。通過VR全景采集器對古建筑允許觀測部位進行影像記錄，可結合數字化信息平臺加載時間、文本資料等更多的數據信息，具體描述拍攝的問題或記錄，其影像為球形全景影像，臨場感和真實度也高于普通的相機拍攝。1.4延時攝影技術延時攝影是以較低幀率拍下畫面而用正常或較快的速率播放畫面的攝影技術。在一段延時攝影視頻中，物體或景物緩慢變化的過程被壓縮到較短時間內，呈現出平時用肉眼無法察覺的奇異精彩景象。延時攝影也可被認為是與高速攝影相反的過程。延時攝影通常用于拍攝城市風光、自然風景、天文現象、城市生活、建筑制造、生物演變等題材。目前除相機外，手機、行車記錄儀也有此功能。作為近年來施工過程記錄的常見手段，延時攝影設備簡單，安裝方便，無需外接供電，記錄文件本地存儲不會外泄。單機拍攝角度可達112°，覆蓋面積廣，視頻清晰，通過定時、間斷地進行記錄并以明顯變化再現景物緩慢變化過程的手段，可將單個靜止的相片串聯起來，得到動態的視頻。1.5常規影像記錄拍攝照片與視頻可對修繕工藝、工序、方法，效果形成的影像資料進行長期保存，直觀記錄修繕前、修繕中及修繕后的結果。對修繕重點部位的全程影像記錄可確保施工留痕，實現全過程信息可追溯。通過照相機、DV攝像機和手持云臺，可完整記錄修繕過程中人員、材料、機具、技術方案、工藝、會議記錄等信息，為修繕全過程信息追溯提供數據保證；照片視頻可長期保存修繕工藝、工序、方法及效果形成的影像資料。拍攝照片時，對修繕工藝通過不同角度獲取圖像信息，保證修繕工藝的“全”和“廣”；在拍攝視頻時，通過環繞的視角獲取修繕工藝視頻信息，保證修繕工藝的“全”“廣”“連續性”和“完整性”。

2數字資產數據標準規范

2.1三維點云命名標準（1）當日完成掃描命名：掃描古建筑名稱+掃描建筑位置+掃描時間，例如“古建筑東配房2020.04.10”。（2）階段性完成掃描命名：掃描古建筑名稱+掃描建筑位置+掃描開始時間-掃描結束時間，例如“古建筑東配房2020.04.10-2020.04.20”。2.2BIM數字化模型命名標準（1）BIM模型命名：模型項目+模型位置+模型名稱+模型時間，例如“古建筑東配房建筑模型2020.04.10”。（2）BIM族構件命名：模型項目+模型位置+模型構件+模型時間，例如“古建筑東配房斗拱模型2020.04.10”。2.3全景影像命名標準（1）原始數據命名：無需更改命名（禁止命名）。（2）合成后數據命名：修繕位置+施工方向+修繕工藝+采集時間，例如“古建筑東配房東側墻面抹灰2020.04.10”。當同一位置存在多段視頻時，可在統一命名的名稱后加上（1）（2）。2.4延時攝影命名標準延時攝影命名為：修繕位置+修繕工藝+施工開始時間—施工結束時間，例如“古建筑東配房東側墻面抹灰2020.04.10-2020.04.20”。2.5常規影像拍攝（1）照片命名：修繕位置+修繕工藝+拍攝日期，例如“古建筑東配房東側墻面抹灰2020.04.10”。（2）視頻命名：修繕位置+修繕工藝+拍攝日期，例如“古建筑東配房東側墻面抹灰2020.04.10”。

3數字資產儲存管理辦法

為保證計算機保存的數字資產數據和信息的安全，需加強和規范計算機硬盤等儲存介質的安全管理，保證任何時候數據均在2個以上的介質中保存（本地保存+硬盤備份）。每兩周將備份硬盤與本地數據進行校驗形成文件記錄。硬盤存儲數量達到80%即啟動新硬盤，備份硬盤存檔記錄，每月查看一次備份硬盤數據是否可正常打開，并應形成記錄。3.1三維點云儲存路徑移動硬盤—三維激光點云—三維激光掃描時間—三維激光點云模型。3.2BIM數字化模型儲存路徑移動硬盤—BIM數字化模型—BIM數字化模型建筑名稱—BIM數字化模型。3.3全景影像儲存路徑照片原始數據：移動硬盤—原始數據—全景照片—拍攝日期全景相機型號。視頻原始數據：移動硬盤—原始數據—全景視頻—拍攝日期全景相機型號。合成照片數據：移動硬盤—全景合成照片—拍攝日期全景相機型號。合成視頻數據：移動硬盤—全景合成視頻—拍攝日期全景相機型號。3.4延時攝影儲存路徑照片：移動硬盤—影像資料—延時攝影照片—延時攝影名稱+拍攝日期。視頻：移動硬盤—影像資料—延時攝影視頻—延時攝影名稱+拍攝日期。3.5常規影像拍攝儲存路徑照片：移動硬盤—影像資料—日常拍攝記錄—拍攝日期—相機照片/DV照片/手持云臺照片。視頻：移動硬盤—影像資料—日常拍攝記錄—拍攝日期—相機視頻/DV視頻/手持云臺視頻。

4數字資產可視化信息平臺

數字資產可視化信息平臺，可將分散、不規范與實體脫節的數據進行平臺管理，實現數據集中存儲、自動格式化并與實體建立聯系，可在空間和時間的維度上進行信息檢索。解決的主要問題包括數據集中儲存、自動數據格式化、數據與實體直接關聯、以時間和空間分類檢索。通過三維激光掃描、BIM數字化模型、VR全景影像拍攝、影像采集等技術方法，建立古建筑文化遺產完整、準確的高精度可視化三維數字資產模型，對各類實體資產建立數字檔案，實現準確記錄。記錄施工范圍內的作業面圖像、視頻等可視化數據，對施工現場可視化數據實現100%的檔案管理。目前三維激光掃描技術、多圖像三維建模技術和攝影測量技術，已全面用于以古建筑為代表的文化遺產數字化領域。上述技術的介入也使精準保真地記錄文物的“形”“色”信息成為可能。古建筑物三維BIM模型的建立解決了二維圖紙意圖表達抽象、信息表述不完整等問題，而利用可視化信息平臺，集成古建筑不同格式的模型、圖紙、表格、文字等信息，不但能極大地解決模型文件存儲歸檔、信息統一管理的問題，且能將古建筑的各類形態、構件種類和建造工藝以虛擬現實的形式呈現。在平臺中每個建筑的實體（斗拱、翼角等）均有對應的“構件對象”，每個“構件對象”可掛接相對應的構件殘損信息、修繕做法、材料材質、造價等數據信息。平臺打通了信息存儲孤島，使任何每個“構件對象”相關的信息均記錄下來，建立數據庫，方便查詢使用，為古建筑項目的修繕工作提供數據支撐。以BIM與三維點云技術為基礎，引入大數據、智能化、計算法則等高科技技術為輔助，融合領域經驗與技術，形成綜合能力，實現古建筑文化遺產數據標準化，設備自主參數化可調數字模擬建立工具與幾何屬性協調標準化；通過BIM模型與點云模型的疊加生成具備準確測量古建筑細部實體的資產檔案。全景影像系統可在每個影像采集點之間自由跳轉，通過規范格式數據將錄音資料、圖紙資料、視頻資料、文字資料等信息集成錄入系統。通過點擊具體部位的標示即可方便地查詢檢索該部位工藝做法及技術文檔。通過影像采集可生成基于影像的三維模型，并可以對其中的內容進行AI自動比對，根據需要對裝置構建進行標號及記錄。建立圍繞古建筑文化遺產的數字資產數據錄入、維護、查詢的系統。實現數據標準化采集、存儲、查詢。完整的記錄包括音頻、視頻、圖像、文字、圖紙等資料，為修繕過程提供數據保證，實現數據留存100%覆蓋，形成的多種形式的數據（視頻、圖片、模型、文檔等）信息數據龐大，數據的存儲和查詢、數據協議等問題突出。通過數據集中存儲、自動格式化并與實體建立聯系，從空間和時間的維度進行信息檢索等多種技術手段，解決了工程數據區域化信息共享、數據應用和數據查找等要求。將古建筑文化遺產產生的數字化數據全部集于數字資產平臺上，實現數據標準化采集、存儲、查詢，保證數字資產數據錄入、維護與查詢，形成古建筑最完整的數字資產平臺，最終形成一套古建修繕與保護的全周期、數字資產可視化的信息平臺。

參考文獻

[1]石力文,侯妙樂,胡云崗,等.基于點云數據與BIM的古建筑三維信息表達方法研究[J].遺產與保護研究,2018,3(7):46–52.

[2]李雪.基于古建筑保護修繕需求的三維激光掃描數據應用研究[D].北京:北京工業大學.

[3]許云鵬.全景圖的前期拍攝以及后期合成技巧[J].記者搖籃,2019,581(5):8–9.

作者：王英 盧瑞祥 趙亢 宋萍萍 單位：北京建工集團有限責任公司 北京六建集團有限責任公司