數字技術助力古建築“逢春”

青磚、飛檐、瓦當、椽梁……仲夏之夜，約上三五好友，漫步在古城西安不經意間就會走進一條老街，或是遇上一座古建築，倣若穿越了時光。然而，經過漫長的歲月沉澱，古建築不可避免地會漸生斑痕、遭遇腐朽、染上黴菌、産生銹跡……西安有這樣一群人，在儘量不損傷古建築的同時，運用各種科學、先進的“診療”設備對古建築精準 “把脈問診”，助力古建築“逢春”，煥發新的時代光彩。

新技術手段 為古建築“強筋健骨”

6月28日晚，西安鐘樓附近擠滿了拍照的遊客，他們用與鐘樓同框的方式，表達對這座城市的喜愛。“太美了！”歷經600多年風雨的鐘樓，在暖黃色燈光勾勒下，呈現出璀璨綺麗的模樣，來自重慶的遊客石喬忍不住驚呼。

西安鐘樓，如何讓它持續性地散發著獨特魅力，西安“古建人”下足了功夫。

查看榫卯結構殘損情況，探究主要構件的殘余承載力，如果説大木作是中國古建築的“筋骨”，那西安建築科技大學土木工程學院院長薛建陽和他的團隊就是通過新技術手段為古建築“強筋健骨”的人。

傳統的“落架大修”需要將老舊構件、部件依次卸下，瓦、椽、桁條……卸下後分類碼放，檢測維修完成之後再一一復位。薛建陽的團隊卻是將人工智慧和數字技術引入到古建築保護領域，“對古建築進行檢測或監測，好比給病人看病，通過‘心電圖’等現代診療設備先把病症找出來，然後對症下藥，實現對古建築的預防性保護。之前，我們曾測試過西安鐘樓在遭遇不同強度地震時的動力響應，還對鐘樓重要構件的殘損現狀通過感測器進行了系統的檢測與動態監測，建立三維數據庫和殘損資訊庫，對鐘樓的健康與安全狀況進行科學評估。使用感測器可以有效避免因接觸對文物造成的二次傷害，同時還能大幅提高工作效率。”薛建陽説。

前不久，為全面提升西安鐘鼓樓文物建築預防性保護水準，薛建陽被聘為西安市鐘鼓樓博物館古建築保護專家，並與博物館簽約了館校共建“古建築保護與傳承實踐基地”戰略合作協議。他説，“古建築是活著的歷史，是不可再生的。在遵循歷史性、藝術性、科學性的基礎上，我們有責任將這些中國傳統文化的瑰寶保護好。”

採訪中，薛建陽告訴記者，他們團隊還將研發基於智慧演算法的古建築材料、構件、節點和子結構的無損檢測技術，搭建古建築木結構的數字化監測與運維平臺。“我們希望引入先進材料對古建築傳統修繕工藝更新升級，基於性能提升的高效自復位增強技術與加固設計方法，比如用科技手段在古建築上取出針頭大小的木質材料就能進行分析；或者給鬥拱裏面放入具有彈簧性能的新材料，防止地震時鬥拱發生傾斜等，以此推動古建築的傳承與發展。”薛建陽表示。

數字虛擬

為古建築“修補”歷史記憶

今年5月，西安建築科技大學資訊與控制工程學院副院長王慧琴和她的團隊操控著無人機，按照預先劃分好的區塊，為西安城墻進行了一次“體檢”。這項工作前後持續數月，數以千計的影像資料數據庫，將為後期城墻病害的預防與處置提供重要依據。“通過無人機挂載的多光譜成像技術，我們可以全面掌握城墻表面的病害情況，比如鹽析、剝落、附著的生物病害等。這種檢測技術精度很高，不僅是肉眼難以發現的，對於體量較大的古建築也能更高效，節約時間成本。”王慧琴説。

王慧琴的團隊主要研究文化遺産的數字化保護，該團隊聯合陜西省文物保護研究院的專家，運用數字技術助力文化遺産保護，將光學成像、電腦人工智慧等多學科方法融合應用於文物科技保護，比如説壁畫數字虛擬修復。壁畫歷經千年風霜，已褪色，細節日漸模糊，復原難度增加，團隊利用多光譜成像技術，成功“解讀”這些壁畫的深層資訊，精準識別顏料種類和病害情況，為壁畫的保護和修復提供科學依據。

2023年，該團隊在陜西省文物保護研究院承擔的天津薊州獨樂寺泥塑壁畫前期研究項目中取得了顯著成果，之前他們還嘗試過給陜西歷史博物館的《馬球圖》進行虛擬還原。“我們利用多光譜成像技術，實現對壁畫顏料種類、病害情況以及隱藏曆史資訊的精確識別，通過上千個分鏡頭，完成壁畫的全景多光譜圖像拼接，同時獲取壁畫顏料在不同波段下的光譜資訊，為壁畫的保護和修復提供了科學依據。我們希望儘量還原出壁畫的原貌，探索背後的歷史與科學價值。”團隊成員王可副教授表示。

“未來，我們將在文物智慧探測與無人巡檢方向開展研究。希望通過數字科技的應用，逐步實現文物的多維多元資訊組織、知識發現與認知驅動，最終完成數字化保護從同平臺到多平臺技術的跨越，滿足文物保護、展示、利用等多樣需求。”王慧琴説。

新型材料

讓古建築煥發新光彩

一件件或大或小的金屬文物是中華文明璀璨歷史的證明與結晶，但這些金屬文物的材質化學性質活潑，在自然環境中容易腐蝕劣化。監測腐蝕狀態、抑制腐蝕發生、清理文物銹蝕部分等工作一直是金屬文物保護的重點和難點。

“2022年6月，我們曾對位於西鹹新區空港新城的北杜鐵塔進行過腐蝕問題的檢測，花了一年多的時間。由於鐵的化學性質相對於金、銀、銅等金屬要活潑，加之鐵器在成分、結構和製作工藝上的特點，使得這類文物極易腐蝕。歷經歲月侵蝕，北杜鐵塔在自然環境中就面臨著嚴重的腐蝕問題，影響建築主體的外觀、穩定性和安全性。”西安建築科技大學冶金工程學院綠色智慧再製造團隊負責人王強教授説。

如何在不破壞文物的情況下得到和其腐蝕相關的精確數據？對於戶外的大型鐵塔建築，怎樣進行腐蝕情況檢測？王強表示，“如何對古建築影響最小，最大程度保留原有建築的形貌和功能，基於這兩個基礎，我們通過三維鐳射掃描，構建出北杜鐵塔原有的結構，並虛擬出鐵塔的形象，通過3D建模進行病害分析。同時利用X射線、CT掃描等無損探傷的技術手段，穿透材料厚度，對鐵塔材料本身進行成分分析，有無裂紋、缺損等，然後提供病理分析和解決辦法。”

檢測是第一步，修復方案是第二步。“通過分析鐵塔的材料成分和環境影響因素，我們開展了系統的實驗研究，分析鐵塔的銹蝕機理，提出鐳射清洗文物表面的技術方法。同時利用專有的涂層技術，製備了不同成分的腐蝕防護性涂層，並系統評價了涂層的耐腐蝕性能。我們希望通過新型材料讓古建築恢復原有的光澤和神態，保存的時間也能更長久。”王強説。

留存到今天的古建築，每一座都有獨一無二的形象特徵，它們是歷史文脈的承載者，也是鄉土記憶的見證者。如今，觀念的更新與新技術的加持為古建築注入新的活力。王強坦言，“希望通過新技術手段，讓古建築以健康的狀態重新融入現代生活，煥發新的時代光彩。也讓生活在現代的人們更了解歷史，讓傳統文化得到更廣泛的傳承。”（記者 王嬌莉）