資產(chǎn)檔案數(shù)字化對(duì)古建筑保護(hù)的作用和意義

作為歷史的見(jiàn)證物，古建筑含有很多能反映當(dāng)時(shí)社會(huì)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(shù)量、質(zhì)量、色彩、樣式上都有了很大幅度的降低，必須采取科學(xué)手法對(duì)古建筑進(jìn)行復(fù)原與保護(hù)，通過(guò)應(yīng)用高科技手段保護(hù)古建筑文化，通過(guò)“三維激光掃描、VR全景影像拍攝和BIM逆向建?！钡燃夹g(shù)方法，在對(duì)古建筑本體無(wú)損條件下，建立一套全新的數(shù)字資產(chǎn)，為古建筑的保護(hù)與傳承提供一個(gè)全新的信息平臺(tái)。1、古建筑數(shù)字化影像采集技術(shù)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(cè)繪，既能節(jié)省人力物力，保證工作人員的安全，也能減小對(duì)文物的損害。對(duì)古建筑進(jìn)行整體三維激光掃描，可最大限度地獲取建筑空間及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，為出具建筑圖紙及修繕過(guò)程中提供翔實(shí)的三維數(shù)據(jù)，記錄建筑原貌及修繕后數(shù)據(jù)并留檔。通過(guò)掃描點(diǎn)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(guò)不同時(shí)期的信息比對(duì)，還原建筑病害的發(fā)生情況，實(shí)現(xiàn)過(guò)程跟蹤。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可預(yù)測(cè)肉眼不易分辨的空鼓趨勢(shì)，提前制訂維修預(yù)案，最大限度地降低發(fā)生面層意外脫落等病害的可能性。形成的點(diǎn)云模型可在計(jì)算機(jī)上隨時(shí)查詢并測(cè)量建筑各項(xiàng)設(shè)施的位置、尺寸等信息，便于分析現(xiàn)場(chǎng)情況，模擬生成預(yù)案。（2）分析數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，配準(zhǔn)（拼接）去噪，數(shù)據(jù)疊加，關(guān)聯(lián)、比對(duì)、標(biāo)記分析等，將分析后的數(shù)據(jù)結(jié)合BIM技術(shù)還原竣工后的建筑物，形成古建筑的修復(fù)數(shù)據(jù)字典?？蓪a(chǎn)生的三維影像模型與BIM模型擬合，形成具備實(shí)景條件的擬真數(shù)字化BIM模型，更直觀地了解建筑本體信息。隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算、檢索相應(yīng)信息，判斷建筑中磚的酥堿、破損程度并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。1.2BIM數(shù)字化模型BIM技術(shù)是一種用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)整合建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，以便技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及包括建筑、運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。古建筑數(shù)據(jù)信息以往主要通過(guò)圖紙、文字、圖片、影像的形式存檔。但這些存檔方式數(shù)據(jù)處理工作量大，信息表達(dá)抽象不精確且信息不宜查找。BIM（建筑信息模型）技術(shù)，可利用三維數(shù)字模型，集成古建筑各種特殊構(gòu)件的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，建立古建筑構(gòu)件族庫(kù)，形成在形態(tài)特征、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)等方面與現(xiàn)實(shí)古建筑物逐一對(duì)應(yīng)的“虛擬古建筑三維數(shù)字資產(chǎn)”，給古建筑物維護(hù)者和仿古建筑的建造者帶來(lái)了巨大的便利，更重要的是給后人留下了寶貴的數(shù)字資產(chǎn)。建立完整、準(zhǔn)確的高精度可視化的三維數(shù)字古建筑資產(chǎn)模型，可給古建筑的構(gòu)件（雀替、斗拱、石欄板、格柵、門(mén)窗、吻獸、走獸、滴水勾頭、彩畫(huà)、大木構(gòu)件、石獸、家具、裝飾擺設(shè)）設(shè)施等各類實(shí)體資產(chǎn)建立數(shù)字檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)狀的準(zhǔn)確記錄。根據(jù)古建筑修繕的節(jié)奏、實(shí)際踏勘和設(shè)計(jì)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(huán)境下對(duì)修繕工程的各分項(xiàng)施工措施及方案進(jìn)行深化、模擬，分析風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化方案，找到最佳的施工辦法。應(yīng)用BIM模型，可虛擬漫游建筑的不同位置，輔助建立網(wǎng)格化管理邊界。1.3全景影像技術(shù)全景影像通過(guò)VR全景采集器對(duì)古建筑的各允許觀測(cè)部位進(jìn)行影像記錄，拼合成一張全部場(chǎng)景的影像信息相片，使用播放器進(jìn)行本地或網(wǎng)絡(luò)播放，也可通過(guò)全景影像系統(tǒng)，在各影像采集點(diǎn)之間自由跳轉(zhuǎn)。觀看者可根據(jù)意愿隨意拖動(dòng)鼠標(biāo)觀看場(chǎng)景的任何角落，使人有身臨其境的感覺(jué)。也可通過(guò)影像采集生成基于影像的三維模型，并對(duì)其中的內(nèi)容進(jìn)行AI自動(dòng)比對(duì)。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(nèi)。傳統(tǒng)相機(jī)拍攝受拍攝角度限制，且無(wú)法準(zhǔn)確描述拍攝的定位，不能承載更多的數(shù)據(jù)信息，不利于數(shù)字信息之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，不能便捷查找。通過(guò)VR全景采集器對(duì)古建筑允許觀測(cè)部位進(jìn)行影像記錄，可結(jié)合數(shù)字化信息平臺(tái)加載時(shí)間、文本資料等更多的數(shù)據(jù)信息，具體描述拍攝的問(wèn)題或記錄，其影像為球形全景影像，臨場(chǎng)感和真實(shí)度也高于普通的相機(jī)拍攝。1.4延時(shí)攝影技術(shù)延時(shí)攝影是以較低幀率拍下畫(huà)面而用正?；蜉^快的速率播放畫(huà)面的攝影技術(shù)。在一段延時(shí)攝影視頻中，物體或景物緩慢變化的過(guò)程被壓縮到較短時(shí)間內(nèi)，呈現(xiàn)出平時(shí)用肉眼無(wú)法察覺(jué)的奇異精彩景象。延時(shí)攝影也可被認(rèn)為是與高速攝影相反的過(guò)程。延時(shí)攝影通常用于拍攝城市風(fēng)光、自然風(fēng)景、天文現(xiàn)象、城市生活、建筑制造、生物演變等題材。目前除相機(jī)外，手機(jī)、行車記錄儀也有此功能。作為近年來(lái)施工過(guò)程記錄的常見(jiàn)手段，延時(shí)攝影設(shè)備簡(jiǎn)單，安裝方便，無(wú)需外接供電，記錄文件本地存儲(chǔ)不會(huì)外泄。單機(jī)拍攝角度可達(dá)112°，覆蓋面積廣，視頻清晰，通過(guò)定時(shí)、間斷地進(jìn)行記錄并以明顯變化再現(xiàn)景物緩慢變化過(guò)程的手段，可將單個(gè)靜止的相片串聯(lián)起來(lái)，得到動(dòng)態(tài)的視頻。1.5常規(guī)影像記錄拍攝照片與視頻可對(duì)修繕工藝、工序、方法，效果形成的影像資料進(jìn)行長(zhǎng)期保存，直觀記錄修繕前、修繕中及修繕后的結(jié)果。對(duì)修繕重點(diǎn)部位的全程影像記錄可確保施工留痕，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程信息可追溯。通過(guò)照相機(jī)、DV攝像機(jī)和手持云臺(tái)，可完整記錄修繕過(guò)程中人員、材料、機(jī)具、技術(shù)方案、工藝、會(huì)議記錄等信息，為修繕全過(guò)程信息追溯提供數(shù)據(jù)保證；照片視頻可長(zhǎng)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(shí)，對(duì)修繕工藝通過(guò)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(shí)，通過(guò)環(huán)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(xù)性”和“完整性”。2、數(shù)字資產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2.1三維點(diǎn)云命名標(biāo)準(zhǔn)（1）當(dāng)日完成掃描命名：掃描古建筑名稱+掃描建筑位置+掃描時(shí)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(kāi)始時(shí)間-掃描結(jié)束時(shí)間，例如“古建筑東配房2020.04.10-2020.04.20”。2.2BIM數(shù)字化模型命名標(biāo)準(zhǔn)（1）BIM模型命名：模型項(xiàng)目+模型位置+模型名稱+模型時(shí)間，例如“古建筑東配房建筑模型2020.04.10”。（2）BIM族構(gòu)件命名：模型項(xiàng)目+模型位置+模型構(gòu)件+模型時(shí)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(biāo)準(zhǔn)（1）原始數(shù)據(jù)命名：無(wú)需更改命名（禁止命名）。（2）合成后數(shù)據(jù)命名：修繕位置+施工方向+修繕工藝+采集時(shí)間，例如“古建筑東配房東側(cè)墻面抹灰2020.04.10”。當(dāng)同一位置存在多段視頻時(shí)，可在統(tǒng)一命名的名稱后加上（1）（2）。2.4延時(shí)攝影命名標(biāo)準(zhǔn)延時(shí)攝影命名為：修繕位置+修繕工藝+施工開(kāi)始時(shí)間—施工結(jié)束時(shí)間，例如“古建筑東配房東側(cè)墻面抹灰2020.04.10-2020.04.20”。2.5常規(guī)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(cè)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(cè)墻面抹灰2020.04.10”。3、數(shù)字資產(chǎn)儲(chǔ)存管理辦法為保證計(jì)算機(jī)保存的數(shù)字資產(chǎn)數(shù)據(jù)和信息的安全，需加強(qiáng)和規(guī)范計(jì)算機(jī)硬盤(pán)等儲(chǔ)存介質(zhì)的安全管理，保證任何時(shí)候數(shù)據(jù)均在2個(gè)以上的介質(zhì)中保存（本地保存+硬盤(pán)備份）。每?jī)芍軐浞萦脖P(pán)與本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)形成文件記錄。硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)量達(dá)到80%即啟動(dòng)新硬盤(pán)，備份硬盤(pán)存檔記錄，每月查看一次備份硬盤(pán)數(shù)據(jù)是否可正常打開(kāi)，并應(yīng)形成記錄。3.1三維點(diǎn)云儲(chǔ)存路徑移動(dòng)硬盤(pán)—三維激光點(diǎn)云—三維激光掃描時(shí)間—三維激光點(diǎn)云模型。3.2BIM數(shù)字化模型儲(chǔ)存路徑移動(dòng)硬盤(pán)—BIM數(shù)字化模型—BIM數(shù)字化模型建筑名稱—BIM數(shù)字化模型。3.3全景影像儲(chǔ)存路徑照片原始數(shù)據(jù)：移動(dòng)硬盤(pán)—原始數(shù)據(jù)—全景照片—拍攝日期全景相機(jī)型號(hào)。視頻原始數(shù)據(jù)：移動(dòng)硬盤(pán)—原始數(shù)據(jù)—全景視頻—拍攝日期全景相機(jī)型號(hào)。合成照片數(shù)據(jù)：移動(dòng)硬盤(pán)—全景合成照片—拍攝日期全景相機(jī)型號(hào)。合成視頻數(shù)據(jù)：移動(dòng)硬盤(pán)—全景合成視頻—拍攝日期全景相機(jī)型號(hào)。3.4延時(shí)攝影儲(chǔ)存路徑照片：移動(dòng)硬盤(pán)—影像資料—延時(shí)攝影照片—延時(shí)攝影名稱+拍攝日期。視頻：移動(dòng)硬盤(pán)—影像資料—延時(shí)攝影視頻—延時(shí)攝影名稱+拍攝日期。3.5常規(guī)影像拍攝儲(chǔ)存路徑照片：移動(dòng)硬盤(pán)—影像資料—日常拍攝記錄—拍攝日期—相機(jī)照片/DV照片/手持云臺(tái)照片。視頻：移動(dòng)硬盤(pán)—影像資料—日常拍攝記錄—拍攝日期—相機(jī)視頻/DV視頻/手持云臺(tái)視頻。4、數(shù)字資產(chǎn)可視化信息平臺(tái)

數(shù)字資產(chǎn)可視化信息平臺(tái)，可將分散、不規(guī)范與實(shí)體脫節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平臺(tái)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、自動(dòng)格式化并與實(shí)體建立聯(lián)系，可在空間和時(shí)間的維度上進(jìn)行信息檢索。解決的主要問(wèn)題包括數(shù)據(jù)集中儲(chǔ)存、自動(dòng)數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)與實(shí)體直接關(guān)聯(lián)、以時(shí)間和空間分類檢索。通過(guò)三維激光掃描、BIM數(shù)字化模型、VR全景影像拍攝、影像采集等技術(shù)方法，建立古建筑文化遺產(chǎn)完整、準(zhǔn)確的高精度可視化三維數(shù)字資產(chǎn)模型，對(duì)各類實(shí)體資產(chǎn)建立數(shù)字檔案，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確記錄。記錄施工范圍內(nèi)的作業(yè)面圖像、視頻等可視化數(shù)據(jù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)100%的檔案管理。目前三維激光掃描技術(shù)、多圖像三維建模技術(shù)和攝影測(cè)量技術(shù)，已全面用于以古建筑為代表的文化遺產(chǎn)數(shù)字化領(lǐng)域。上述技術(shù)的介入也使精準(zhǔn)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(dá)抽象、信息表述不完整等問(wèn)題，而利用可視化信息平臺(tái)，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(chǔ)歸檔、信息統(tǒng)一管理的問(wèn)題，且能將古建筑的各類形態(tài)、構(gòu)件種類和建造工藝以虛擬現(xiàn)實(shí)的形式呈現(xiàn)。在平臺(tái)中每個(gè)建筑的實(shí)體（斗拱、翼角等）均有對(duì)應(yīng)的“構(gòu)件對(duì)象”，每個(gè)“構(gòu)件對(duì)象”可掛接相對(duì)應(yīng)的構(gòu)件殘損信息、修繕做法、材料材質(zhì)、造價(jià)等數(shù)據(jù)信息。平臺(tái)打通了信息存儲(chǔ)孤島，使任何每個(gè)“構(gòu)件對(duì)象”相關(guān)的信息均記錄下來(lái)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，方便查詢使用，為古建筑項(xiàng)目的修繕工作提供數(shù)據(jù)支撐。以BIM與三維點(diǎn)云技術(shù)為基礎(chǔ)，引入大數(shù)據(jù)、智能化、計(jì)算法則等高科技技術(shù)為輔助，融合領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，形成綜合能力，實(shí)現(xiàn)古建筑文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備自主參數(shù)化可調(diào)數(shù)字模擬建立工具與幾何屬性協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化；通過(guò)BIM模型與點(diǎn)云模型的疊加生成具備準(zhǔn)確測(cè)量古建筑細(xì)部實(shí)體的資產(chǎn)檔案。全景影像系統(tǒng)可在每個(gè)影像采集點(diǎn)之間自由跳轉(zhuǎn)，通過(guò)規(guī)范格式數(shù)據(jù)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(tǒng)。通過(guò)點(diǎn)擊具體部位的標(biāo)示即可方便地查詢檢索該部位工藝做法及技術(shù)文檔。通過(guò)影像采集可生成基于影像的三維模型，并可以對(duì)其中的內(nèi)容進(jìn)行AI自動(dòng)比對(duì)，根據(jù)需要對(duì)裝置構(gòu)建進(jìn)行標(biāo)號(hào)及記錄。建立圍繞古建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字資產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入、維護(hù)、查詢的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集、存儲(chǔ)、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(guò)程提供數(shù)據(jù)保證，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)留存100%覆蓋，形