近日，遺產(chǎn)數(shù)字化與虛擬修復課題組成功舉辦中國文化遺產(chǎn)保護與修復通識課講座，本次講座由清華大學建筑學院教授、博士生導師黨安榮以“數(shù)字孿生賦能文化遺產(chǎn)保護與傳承”為題進行分享。
題目：數(shù)字孿生賦能文化遺產(chǎn)保護與傳承
黨安榮
教授，清華大學建筑學院
黨安榮教授提及，欲解決文化遺產(chǎn)保護與傳承的問題，首要在于明確文化遺產(chǎn)保護、利用以及傳承之需求，繼而探尋契合需求之技術方法。緊接著，黨教授詳細闡述了整合多種前沿技術方法的有效策略，并深入講解了采用 “數(shù)字孿生” 這一技術路線來為文化遺產(chǎn)的保護與傳承工作提供有力輔助的具體方式，同時結(jié)合一系列實際案例，生動且具體地展現(xiàn)了其在不同場景中的應用實踐。最后，黨教授高瞻遠矚，對該領域未來值得重點關注的發(fā)展方向進行了深入探討與前瞻性的研判。
01文化遺產(chǎn)保護傳承需求
1.國內(nèi)國際文化遺產(chǎn)類型與數(shù)量
“沒有規(guī)矩不成方圓”，黨教授通過《中華人民共和國文物保護法》入手，介紹了國內(nèi)體系下的文化遺產(chǎn)類型。首先提到我們需要關注的文物：具有歷史、藝術、科學價值的文物；與重大歷史事件、革命運動或者著名人物有關的以及具有重要紀念意義、教育意義或者史料價值的近代現(xiàn)代重要史跡、實物、代表性建筑；等。在《文保法》的細致分類中，文物被清晰地劃分為 “可移動文物” 與 “不可移動文物” 這兩大類別，而每一類文物又根據(jù)其自身的價值、稀缺性、保存狀況等因素進一步細分，各自包含了多個等級，形成了一套嚴謹而科學的分類體系。隨著文化遺產(chǎn)概念的不斷拓展與深化，黨教授緊接著著重闡釋了 “文化遺產(chǎn)” 與 “文物” 之間既相互關聯(lián)又有所區(qū)別的微妙關系：在《國務院關于加強文化遺產(chǎn)保護的通知》中講明，文化遺產(chǎn)包括物質(zhì)文化遺產(chǎn)和非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。
在全球化的視野下，國際層面對于文化遺產(chǎn)的保護也給予了高度重視。早在20世紀60年代，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）便察覺到文化遺產(chǎn)保護的緊迫性和重要性，積極投身于全球文化遺產(chǎn)保護的偉大事業(yè)中。UNESCO將世界遺產(chǎn)劃分為5種類型：文化遺產(chǎn)、自然遺產(chǎn)、混合遺產(chǎn)、文化景觀、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，將文化遺產(chǎn)分為文物（例如敦煌莫高窟）、建筑群（例如北京紫禁城）和遺址（例如圓明園）三種類型，且舉例介紹了文化景觀的三種類型。
我國作為擁有悠久歷史和燦爛文化的文明古國，自新中國成立的那一刻起，便毅然決然地踏上了文化遺產(chǎn)保護的漫長征程。經(jīng)過多年堅持不懈的努力，截至當下，中國在世界遺產(chǎn)的保護領域取得了舉世矚目的成就，共有59處世界遺產(chǎn)，其數(shù)量在全球范圍內(nèi)位居第二。
為了更全面、深入地了解我國文物的實際情況，國家秉持著嚴謹、科學的態(tài)度，積極組織開展了多次全國文物普查工作。隨著時間的推移，科技的飛速發(fā)展為考古和挖掘工作帶來了前所未有的機遇。先進的考古技術和挖掘手段不斷涌現(xiàn)，如高精度的探測儀器、先進的文物修復技術等，使得我們能夠更加深入地探索歷史的奧秘。與此同時，人類對歷史文化的認知能力也在不斷提升，從不同的角度、運用新的理論和方法去解讀和理解文物的價值和意義。在這些因素的共同作用下，我國文物的數(shù)量呈現(xiàn)出持續(xù)增長的良好態(tài)勢。
圖 1 第三次文物普查成果
黨教授還詳盡介紹了中國歷史文化名城、中國歷史文化名鎮(zhèn)名村和中國傳統(tǒng)村落。
2.文化遺產(chǎn)保護傳承的目的意義
我國文化遺產(chǎn)蘊含著中華民族特有的精神價值、思維方式、想象力，體現(xiàn)著中華民族的生命力和創(chuàng)造力，是各民族智慧的結(jié)晶，也是全人類文明的瑰寶。為了在全社會范圍內(nèi)喚起民眾對傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的保護意識，提升文化遺產(chǎn)保護的全民參與度，我國專門設立了文化遺產(chǎn)日。最初，文化遺產(chǎn)日定在每年6月的第二個星期六，這一特殊的日子成為了人們聚焦文化遺產(chǎn)、傳承文化精神的重要時刻。黨教授還鼓勵我們積極參與到節(jié)日中去，為保護和傳承文化遺產(chǎn)貢獻自己的一份力量。習近平總書記深刻認識到文化遺產(chǎn)保護對于國家發(fā)展、民族復興的深遠意義，他在眾多重要場合發(fā)表了一系列有關文化遺產(chǎn)保護的激情洋溢的演講，這些演講猶如明燈，為文化遺產(chǎn)保護工作指明了方向。
3.文化遺產(chǎn)保護傳承的多維需求
在文化遺產(chǎn)保護傳承的宏大工程中，調(diào)查與認知無疑是奠定堅實基礎的首要環(huán)節(jié)，文化遺產(chǎn)作為歷史的沉淀，其蘊含的信息豐富而復雜，通過全面、細致的實地調(diào)查，我們能夠收集到大量與文化遺產(chǎn)相關的一手資料，這些資料涵蓋了文化遺產(chǎn)的地理位置、物理形態(tài)、保存狀況、周邊環(huán)境等諸多方面。然而，這些原始資料往往是零散而無序的，需要我們進一步深入挖掘其內(nèi)在價值。我們必須借助查閱豐富的歷史文獻、考古報告、學術研究等相關資料，對收集到的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的梳理和分析，從而實現(xiàn)對文化遺產(chǎn)價值的精準識別與科學評判。在這一過程中，我們可以借助先進的數(shù)據(jù)分析模型，如基于大數(shù)據(jù)技術的文化遺產(chǎn)價值評估模型、空間分析模型等，對海量的數(shù)據(jù)進行深度挖掘和整合，以清晰地揭示文化遺產(chǎn)之間的分布規(guī)律、空間關系以及內(nèi)在聯(lián)系。最終，基于嚴謹?shù)膬r值認定，我們能夠?qū)ξ幕z產(chǎn)進行全面而深入的分析評定，為后續(xù)的保護傳承工作提供科學依據(jù)。
在完成調(diào)查與認知的基礎上，保護與管理工作成為文化遺產(chǎn)保護傳承的核心任務。由于文化遺產(chǎn)的種類繁多、形態(tài)各異、價值各異，因此對其進行科學合理的分類、分級和分區(qū)管理顯得尤為重要。我們需要根據(jù)文化遺產(chǎn)的歷史年代、文化屬性、藝術價值、保存狀況等多方面因素，制定詳細的分類標準，將文化遺產(chǎn)劃分為不同的類別；同時，依據(jù)其價值的高低、稀缺性程度等，對文化遺產(chǎn)進行等級劃分，如國家級、省級、市級等不同級別；此外，還需結(jié)合文化遺產(chǎn)的地理位置、分布特點等，進行合理的分區(qū)規(guī)劃，以便于實施針對性的保護措施。
文化遺產(chǎn)的保護與傳承是一個有機整體，保護是前提，活化利用是關鍵，傳承是目的。在保護的基礎上，如何實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的活化利用并在利用過程中實現(xiàn)有效的傳承，是我們面臨的重要課題。首先，我們需要通過深入的研究，全面了解文化遺產(chǎn)保護傳承的主體（即誰來保護傳承）、時間節(jié)點（何時進行保護傳承最為適宜）、空間范圍（何地開展保護傳承工作）以及具體方式（采用何種方式實現(xiàn)保護傳承）等關鍵要素。同時，我們還必須深入探究影響文化遺產(chǎn)保護傳承的各種因素。只有全面把握這些要素和影響因素，我們才能制定出科學合理、切實可行的文化遺產(chǎn)保護傳承策略，實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。
02數(shù)字孿生賦能應用場景
在這個數(shù)字空間中，我們可以借助各種先進的分析工具和模擬算法，對文化遺產(chǎn)進行深入的研究，預測其在不同環(huán)境條件下的變化趨勢，推演各種保護和修復方案的可行性與效果。然后，通過實時交互等技術，將數(shù)字空間中經(jīng)過優(yōu)化和驗證的方案反作用到物質(zhì)空間，為現(xiàn)實中的文化遺產(chǎn)保護與傳承工作提供精準、科學的決策支持和技術指導，實現(xiàn)數(shù)字與現(xiàn)實的深度融合與協(xié)同發(fā)展。
為了實現(xiàn)數(shù)字孿生在文化遺產(chǎn)保護與傳承中的有效應用，我們首先需要對物質(zhì)文化遺產(chǎn)建立起全面而深入的認知體系。這一認知過程不僅涉及對文化遺產(chǎn)在空間尺度上的精確測量與定位，如通過高精度的測繪技術獲取其地理位置、占地面積、建筑布局等空間信息，還包括在時間尺度上對其歷史沿革、演變過程的追溯與梳理，通過考古研究、歷史文獻分析等手段，還原文化遺產(chǎn)在不同歷史時期的面貌與功能。同時，我們需要運用各種專業(yè)類型的技術手段進行數(shù)據(jù)采集工作，涵蓋了光學成像技術、激光掃描技術、傳感器技術等多領域技術手段。光學成像技術能夠以高分辨率捕捉文化遺產(chǎn)的外觀圖像，為后續(xù)的三維建模提供豐富的紋理信息；激光掃描技術則可以快速、精確地獲取文化遺產(chǎn)的三維空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建出精細的幾何模型；
信息技術方法在文化遺產(chǎn)保護領域發(fā)揮著不可或缺的支撐作用，其涵蓋了一系列前沿技術，如動態(tài)數(shù)據(jù)獲取技術、數(shù)據(jù)實時傳輸與云端處理技術、數(shù)據(jù)可視化表達技術以及定量決策支持技術等。動態(tài)數(shù)據(jù)獲取技術能夠借助物聯(lián)網(wǎng)技術、傳感器網(wǎng)絡等手段，實時采集文化遺產(chǎn)的各種動態(tài)信息。
圖 2 數(shù)字孿生信息技術支撐
這些技術方法在眾多方面得到了廣泛的應用，其中時空大數(shù)據(jù)便是一個典型的例子。在測繪領域，時空大數(shù)據(jù)整合了豐富多樣的導航定位數(shù)據(jù)、對地觀測數(shù)據(jù)以及物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)，為文化遺產(chǎn)的保護與研究提供了強大的數(shù)據(jù)基礎。導航定位數(shù)據(jù)，如我國自主研發(fā)的北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（BDS）提供的高精度定位信息，能夠精確確定文化遺產(chǎn)的地理位置坐標，為實地調(diào)查、監(jiān)測和保護工作提供精準的空間參考。
圖 3 國家地理信息公共服務平臺—天地圖
圖 4 中國北斗全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)
黨教授還分享了其團隊在文化遺產(chǎn)調(diào)研工作中的寶貴經(jīng)驗與成果，例如在長城文化遺產(chǎn)保護與利用方面開展的空間信息方法研究。團隊運用先進的空間信息技術，對長城進行了全方位、多尺度的測繪與建模，構(gòu)建了長城的數(shù)字化檔案，為長城的保護、修復、展示與利用提供了科學依據(jù)和技術支撐。
在數(shù)字孿生賦能文化遺產(chǎn)保護傳承的過程中，價值認知與狀態(tài)評估是兩個關鍵環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)精準的價值認知，我們基于精心構(gòu)建的孿生體模型，來做系統(tǒng)、要素、因果等的分析挖掘其科學價值、歷史價值和藝術價值；同時，通過狀態(tài)評估工作，我們能夠?qū)崟r監(jiān)測文化遺產(chǎn)的變化情況，運用動態(tài)分析方法跟蹤文化遺產(chǎn)在不同時間節(jié)點的狀態(tài)演變過程，預測其未來發(fā)展趨勢；通過評價分析建立科學合理的評價指標體系，對文化遺產(chǎn)的保存狀態(tài)、保護效果等進行量化評估?；谶@些全面而深入的價值認知和狀態(tài)評估結(jié)果，我們能夠制定出針對性強、切實可行的保護和傳承策略，確保文化遺產(chǎn)得到妥善的保護與永續(xù)傳承。
例如，在蟠龍山長城的保護工作中，通過構(gòu)建精細化的數(shù)字孿生模型，我們能夠精確測量每一塊長城磚的損毀程度，進而根據(jù)建筑材料的特性和修復工藝要求，準確計算出修復所需的黏土量以及各種配料的精確數(shù)量，為長城的修復工作提供了科學依據(jù)。
圖 5 長城磚塊數(shù)據(jù)采集
對榆林古城的調(diào)研工作則從更宏觀的角度出發(fā)，通過擴大調(diào)研范圍，深入研究古城的成員形態(tài)（包括建筑風格、街道布局等）及其與周邊山水環(huán)境的有機融合關系，揭示了人與自然共同創(chuàng)造的歷史文化景觀特征。
圖 6 人與自然的共同創(chuàng)造—榆林古城
03面向未來發(fā)展趨勢研判
在文化遺產(chǎn)保護與傳承的未來進程中，技術與需求將深度交織，共同推動智慧賦能邁向新高度。通過技術與需求的緊密結(jié)合，確保文化遺產(chǎn)保護傳承的真實性、完整性和科學性，讓文化遺產(chǎn)在新時代煥發(fā)出新的生機與活力，為文化強國建設貢獻重要力量，實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的永續(xù)傳承與創(chuàng)新發(fā)展。
黨安榮 教授 清華大學建筑學院
黨安榮，1964年生，清華大學建筑學院教授，博士研究生導師，清華大學人居環(huán)境信息實驗室主任，清華大學國家文物局重點科研基地主任，主要從事城鄉(xiāng)規(guī)劃與文化遺產(chǎn)保護新技術教學與科研工作。
主持與參加完成多項國家級科研項目，如國家自然科學基金面上項目“面向數(shù)字城市規(guī)劃的空間信息技術集成應用模式研究”和重點項目“宜居城鄉(xiāng)地方性景觀生態(tài)規(guī)劃理論及方法”、國家863項目“國家空間信息處理平臺基礎技術研究”、國家科技支撐項目“基于3S和4D的城市規(guī)劃設計集成技術研究”、國家科技研發(fā)計劃“數(shù)字城市規(guī)劃新技術研發(fā)”、“城市空間規(guī)劃理論體系與智能管控技術框架”、“CIM的理論框架與分布式架構(gòu)體系”等，近年來致力于數(shù)字中國、智慧城市與智慧景區(qū)規(guī)劃及文化遺產(chǎn)保護研究。
在國內(nèi)外發(fā)表學術論文180多篇，出版專著與教材8部。曾獲得“中國城市規(guī)劃新技術應用推廣先進工作者、國家優(yōu)秀教學成果二等獎、省級優(yōu)秀教學成果特等獎、住建部華夏科技一等獎、北京市優(yōu)秀村鎮(zhèn)規(guī)劃設計一等獎、中國風景園林學會規(guī)劃設計一等獎、中國地理信息科技進步一等獎、高校GIS十大創(chuàng)新人物獎、智慧城市先鋒榜領軍人物獎、地球觀察科學家獎、清華大學教學成果獎、清華大學良師益友稱號”等。
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