从数字化到信息化：信息技术在建筑遗产领域的应用刍议

吴葱　李珂　李舒静　张龙　白成军

摘要：记录建档工作贯穿于遗产保护循环全过程，不仅是一切保护工作赖以开展的重要基础，而且关乎遗产的真实性，直指保护目的，是保护工作的“灵魂”。在数字化革命、信息化社会的语境下，传统的记录建档概念升级为以数字化为基础的遗产信息采集、传递、处理和利用等活动。随着保护理念的深化和技术的进步，遗产对象的复杂性和保护实践不同需求，使得信息记录工作面临挑战。从信息管理的角度看，遗产信息的记录至少具有逆向、多时态、多样化、复杂性的特点。而既有手段虽初步实现数字化，但并未改变原有的信息组织和表达方式，从而无法应对挑战。而从发展建筑遗产领域的信息化测绘开始，从数字化走向信息化，才是遗产记录的发展进步之道。本文在介绍的一些案例和初步研究探索基础上，提出可以建立以HBM为核心技术的、跨平台的信息化测绘、记录体系，为遗产的研究、保护、管理、展示、利用各环节提供系统、实用、便捷的信息服务。

关键词：遗产保护；数字化；信息化测绘；HBIM

一、建筑遗产记录的意义被低估

我国建筑遗产保护实践中，本应与遗产本体保护同等重要的遗产历史信息的保存与传递常被轻视或忽略。建筑遗产记录的意义不应被低估，不仅因为保存“历史信息”是《中国文物古迹保护准则》阐明的保护目的之一，还因为“信息来源”的确凿可靠更关乎遗产的真实性。这些相应的历史信息及其相关来源，均应系统、真实、全面记录和分析，与遗产本体即“真品”一起，构成遗产真实性的另一面——“真传”。

另一方面，在建筑遗产修缮实践中，既不可能做到绝对“保存现状”（停住时钟），更不可能“恢复原状”（回拨时钟），其实质是在各种历史“层位”之上，最小程度地增加必要的当代“层位”，尽可能延长遗产本体的生命周期。这就不仅涉及“过去时态”的历史信息，还包括“现在时态”的实时信息以及两者之间的相互关联；随着时间推移，“将来时态”的使用、管理、监测、保护维护等信息更不断增加。因此，所谓保护，不应单纯重视未改变的所谓“原状”，也应关注已发生、正在发生和可能将要发生的“改变”。只有真实、客观、系统记录和分析这些相互关联的新旧信息，做到“信以传信，疑以传疑”，才是对真实性的悉心守护。

应当看到，记录建档工作贯穿于遗产研究、保护、管理、展示、利用等保护循环全过程（图1），不仅是一切保护工作赖以开展的重要基础，而且，如前所述，它关乎遗产的真实性，直指保护目的，因而是保护工作的“灵魂”。

在数字化革命、信息化社会的语境下，传统的记录建档工作，则升级为以数字化为基础的遗产信息采集、传递、处理和利用等活动。随着遗产保护需求的深化和细化，以及各种数字化、信息化、智能化技术迅速发展，需要从更高的高度认识遗产信息的记录和管理，促使建筑遗产的保护跟上时代发展步伐，从传统保护方式发展到数字化，进而走向信息化和智能化。

二、遗产信息记录的特点与挑战

当前，随着保护理念的深化和技术的进步，遗产对象的复杂性和保护实践不同需求，使得信息记录工作面临挑战。从信息采集、处理和管理利用的角度看，至少具有以下特点。

1.“逆向工程”：从无序到有序

遗产信息记录是从现存实物出发，借助既有知识体系，结合具体文献史料、口述证据及科技手段对遗产本体进行分析性描述，从微观到宏观上解读遗产本体的本质特征和价值，揭示相关规律，从而从纷繁无序的表象和海量数据中筛选出的适用、可靠、有序的信息。小到单一构件的形态、材料、特征、类型、制作工艺，节点构造方式，建筑整体结构、建造技术，建筑空间、场所精神、文化特征，大到在广袤区域中文化特征的时空分布规律等，均包括在内。

2.多时态

任何一处遗产都是时间积累的结果。遗产信息记录正是从认识现存实物切入，通过考古和历史研究，认识遗产本身的营造、使用和改变的历程，并由表及里地认识相关历史人物和人类行为、技术、思想、审美、意识形态，总结遗产的内在价值；通过勘察、测绘、调查、检测，了解本体的现存状态；通过研究评估、规划设计，为遗产的未来发展勾画蓝图，这就产生了遗产的“过去时”、“现在时”和“将来时”等多种“时态”。

3.多样化

随着时间流逝，一处遗产往往积累了或者将来会积累非常复杂多样的信息和信息源。例如，来自不同作者、不同观点的历史档案文献，来自不同时期、不同团队的测绘图纸和数据，来自不同专业和学科的检测数据，来自不同研究者的不同结论等。又如，随着技术手段的发展带来多样的数据形式，如图表、二维图纸、三维模型、点云、影像、实时动态数据等。这些庞杂信息，需要统一的信息平台，系统、高效地管理起来。

4.复杂性

建筑本身是由三维实体形成的三维空间，即使从相对静止的视角去看，任何一个局部也都涉及其空间位置、尺寸大小、材料、构造、工艺、表面装饰等各种信息。三维空间再叠加上述时间和信息来源等更多的维度，使得需要记录的信息异常复杂。

三、既有信息记录、表达手段的局限性

面临上述特点和挑战，既有的手段能否胜任？由于记录建档问题涉及面宽，为求简化，下文试以保护工作的重要环节、文物保护工程中的古建筑修缮所涉主要问题加以讨论，管中窥豹，分析数字化、信息化相关的问题。

本世纪以前，我国古建筑修缮的勘察设计文件和施工记录过程是以图纸为核心的，所形成的勘察设计文件，由于受到技术和成本的限制，以数量有限的手绘实测图、设计图为主体，辅以文字说明和图表，附少量现状照片。其中实测图、设计图是在测绘图纸的基础上用文字标注相关的残损信息和技术措施、要求等。

进入1990年代后期，特别是本世纪初以来，由于计算机制图、数字摄影技术的进步和迅速普及，在文物保护工程领域也初步形成了勘察设计制图的数字化。在数据采集方面，三维激光扫描、数字摄影测量、无人机技术以及勘察检测新技术的应用，也初步实现了数据的快速采集，形成了信息数据的多样性和复杂化。

对照传统手段，CAD制图和数码相机提供了文件复制、修改和传递的便利，信息载体的灵活性以及照片数量的增加。然而冷静分析，这些数字化手段并未改变原有的信息组织和表达方式，形象地说，只是更换了更好的“纸”和“笔”。例如，《文物保护工程设计文件编制深度要求》（201 3年）所规定的体例，即主要脱胎于上述“手绘”年代所形成的惯例。从多数勘察设计单位设计文件看，也是基本沿袭旧例。而事实上，这种文字报告、统计图表、照片和图纸相互分离，自成单元，缺乏方便的参照关联的问题，是典型的“信息孤岛”现象，给读者阅读带来了困扰：图纸表达虽整体形象明晰，空间位置具体，但将相关信息用文字标注在图面上时，信息传递往往显得主次不分，条理混乱，而且残损问题的文字描述，在缺少照片配合的情况下有失直观生动，且不利于表达残损的程度；而当阅读文字说明或报告时，虽然逻辑清晰、条理清楚，但又缺少所述对象的形象和具体位置信息，容易产生理解障碍。作为读者，审阅者以及建设、施工、监理各方，须花费相当精力，将分离的信息织补在一起方能充分理解，效率低下且极易出错；另一方面，勘察设计者本身，为求图、像、数、文在信息表达上的统一，也必须付出巨大的工作量，同样效率低下且极易出错。现在虽然实现了文物保护工程项目的“网评网审”，但只是提供设计文件的pdf格式文件下载，虽然传递便利，但阅读起来实际上比纸质媒介更为困难。

这种作者、读者之间“两头不讨好”的问题，固然可通过体例格式上的创新加以改进，但本质上，是原有信息组织、表达方式自成一体，互相隔绝造成的，无法适应和应对遗产信息记录“多时态”、“多样化”和“复杂性”的特点和挑战。惟有从信息化的角度认识问题，采用适用的信息技术，才是问题的解决之道。事实上，随着计算机图像技术、CAD技术以及地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）等适用于建筑遗产领域的信息技术发展和成熟，深入的建筑遗产的数字化和信息化发展也具备了一定的技术经济条件，成为一种必然的发展趋势。

四、从数字化到信息化的解决之道

1.从信息化测绘开始

“信息化测绘”（informatization surveying and mapping）是测绘学科提出来的术语，是继利用传统手段的“模拟测绘”阶段和数字化技术的“数字化测绘”阶段之后出现的新型测绘技术形态和阶段，指“在完全网络化运行环境下，利用数字化测绘技术为社会经济实时有效地提供地理空间信息综合服务的一种新的测绘方式和功能形态。其基本特征是地理空间信息的快速获取和实时更新、智能化处理和一体化管理、规模化生产和网络化分发服务，实现地理空间信息资源的融合，为社会经济提供多尺度、多时相、多形式的综合服务。”人们日常能够接触的电子地图、手机地图和GPS导航服务，甚至延伸到生活消费中的价格优惠、“大众点评”等信息服务，就是信息化测绘技术成果的具体体现。它与传统测绘的主要区别是后者提供的是传统“地图”，而信息化测绘提供的是地理信息服务。纸质地图逐渐被基于网络的、能实时更新的、提供可视化表达、具有一定智能化分析功能的地理信息系统（GIS）所代替。在城乡规划、考古、历史地理研究、遗产保护中已得到应用的GIS技术，实际是得益于信息化测绘的技术变革。

同样的概念和适用技术当然也可移植在建筑遗产保护领域，从而走向建筑遗产领域的“信息化测绘”。它的成果不再简单向研究或勘察设计工作提供“测绘图纸”或“技术底图”，不再是从属于局部保护工作（如修缮工程）的基础工作，而是通过技术创新，开发遗产的信息管理平台，提供统领全局、贯穿保护工作全过程的信息管理服务。它应当具有技术体系数字化，信息交互网络化，信息服务专业化、社会化，信息共享法制化等特点。在信息化测绘体系下，技术底图是测绘成果，为遗产展示开发的实时解说导览系统，也是测绘成果。

又如，遗产监测是联合国教科文组织对世界遗产的硬性要求，我国很多世界遗产地陆续开展了监测工作。然而，反应性监测或智能化监测是对信息化水平要求很高的活动，这与我国遗产信息体系不完备形成了反差，信息化建设的欠账，造成监测体系建设中缺乏衔接，需要补充大量基础数据，实际上需要通过信息化测绘搭建“楼梯”，才能收水到渠成之效。而逾越信息化发展的智能化监测只能是空中楼阁。

从目前的技术发展来看，建筑遗产领域的信息化的核心技术是地理信息系统（GIS）和建筑信息模型技术（BIM），结合其他学科的需求和贡献，又衍生出适用于遗产的“历史地理信息系统”（HGIS）和“历史建筑信息模型”（HBIM）。鉴于GlS适用于更大尺度和规模的遗产，且相关研究较多，本文暂不再赘述。

2.历史建筑信息模型（HBIM）

（1）对HBIM的不同理解

简单说，BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目中各种相关信息的工程数据模型。BIM在建筑领域已不再陌生。从用户体验的角度，可对BIM做如下较为通俗的描述：（a）形神兼备：图元不再是传统CAD中点、线、面等简单的几何对象和“没心没肺”的“空壳”，而是用信息化的建筑组件表示真实世界中的建筑构件。（b）参数化，有逻辑：建筑内部各个单元、部分、系统及相互间约束和参照关系都能体现出来。（c）信息统一管理，有条不紊：中央数据库能方便检索、提取、管理和利用各类信息。（d）多方参与，协同工作：各专业协同工作，避免“错漏碰缺”和重复劳动。（e）从生到死，全部包办：可用来展示和管理整个建筑生命周期，包括建造及使用过程，实现“建筑生命周期管理”（Building Lifecycle Management，简称BLM）。

从2000年代末开始，国内外都开始了BIM在建筑遗产保护领域应用的探索（图2）。根据Logothetis的研究，M.Murphy和E.McGovern第一次提出了历史建筑信息模型（Historic Building Information Modelling，简称为HBIM）的概念。他们将HBIM定义为一套把点云和摄影测量数据映射到参数化构件上的跨平台程序，并基于历史建筑数据建立的标准参数化构件库。然而，这种定义实际有一定局限性，Murphy过于强调其与点云数据的关联，这没有必要而且仅仅将BIM模型视作对照片和文字报告的补充，则放弃了HBIM应用的信息统领地位。

本文认为，在建筑遗产中应用的BIM技术，即HBIM，应将BIM模型定位为一种信息的“索引框架模型”，即整体反映建筑中的特定形式、材料、构造、形制风格，而不拘泥于某处细节微小变形或缺陷，是作为一套根据“典型测绘”。和“样本尺寸”。的理论基础上建立的“理想化”模型。其他信息属性及相关分析、计算，皆可在BIM模型中进行标引、附加或整理、修改、链接，并生成相应的专题视图、专题图纸、统计报表、外部链接等。

HBIM模型是构成建筑遗产生命周期的管理的主要骨架。建筑遗产信息记录不仅要涉及历史的回溯，也要求随着时间的流逝而永续不断。生命周期中阶段化的记录使BIM模型成为了一种4D模型。另外，建筑遗产的信息在同一时间节点可能出现不同的版本变体（即前文所述“多样化”特征），于是HBIM模型升级为5D模型（图3）。加之其他变量因素，如成本等，HBIM模型可呈现为nD模型，以承载更多的信息。

这样的HBIM定义或设想，不仅具有BIM本身的技术可行性和优势，而且能够针对性地应对和解决本文提出的建筑遗产信息记录的特点和问题：逆向、多时态、多样化和复杂性。

（2）HBIM应用探索

基于这种HBIM理念，近年来我们也就其在建筑遗产中应用进行了若干研究和探索，证明基于建筑内在逻辑和规律的而开发出来的BIM技术，应用在建筑遗产上具有很好的适用性。相关经验得失并可初步总结如下：

a）BIM的参数化构件库的开发思想与考古中的类型学相契合，因此可借助类型学方法，研究建筑构件及其组合的形态和关系。为此，我们提出了为BIM平台进行信息采集的“结构类型法”

（图4、图5）。BIM建模，要求首先建立一套参数化构件库，在AutodeskRevit中称为族库，形成了一套“类别”“族”“类型”的三级分类体系。与其笼统地对每个单体建筑的构件进行粗糙分类，不如就某个建筑组群、某个地区，甚至某个区域内建立一套完善的类型学分类方法。参数化构件库的积累和扩展，也意味着对该地区建筑构件特征时空分布的总结和谱系的建立，从而完成从无序到有序的部分“逆向”工作，用于建筑年代鉴定、技术工艺研究，乃至审美观念和文化涵义的深入挖掘（图6）。

b）BIM技术提供的“阶段化”功能，“设计变体”、“图层”，就像在系统里安装了一个“时钟”，并且在同一“时间节点”上，可提供并列的不同版本的信息，正好针对遗产记录中多时态、多样性的特征，完成对建筑测绘、勘察、检测、设计、施工过程、竣工、展示利用、监测管理、日常维护的全程记录（图7、图8）。

c）以Revit软件为例，BIM的成果形式基本分为4种：图纸、报表、屏显视图和构件库。其中构件库前文已经提及，而图纸、报表则是传统形式，方便与传统惯例衔接。而屏显视图则是应用范围和前景更为广阔的方式，可用于个人电脑、公共大屏幕和手机等移动终端屏幕，包括各种传统平立剖面视图、三维视图，交互式或非交互式的动画、漫游，利用颜色、图案表达的静态专题视图，以及动态的阶段化视图等（图9、图10）。因此可在文物保护工程的勘察设计图纸中，探索新的表达方式。由于构件属性录入在统一的数据库中，可保证其在视图、图纸和报表中严格一致，修改其中任何一个，其他成果中也一并修改。另外，可按照一定的逻辑关系，制作病害损伤的“专题图纸”，如台基地面、瓦顶屋面等有关部位的病害损伤专题图，积极利用可视化的三维视图、平立剖面、照片、文字标注（来自属性信息）、明细表等手段综合表达相关信息（图11）。或者按照基础下沉引发木构歪闪、墙体开裂、屋面拉开等因果关系组织视图，克服在单独的平立剖面视图，不分主次、不分类别地机械标注所造成的信息表达不清晰、容易错漏的弊端。

五、趋势和展望

初步的探索标明，循此思路，可以建立以HBIM为核心技术的、跨平台的信息化测绘、记录体系，编制或开发：系统规范的测绘记录工作流程和建模表达标准，历史研究、价值评估支持系统，建筑遗产知识库，文物保护工程勘察设计辅助系统，文物保护工程方案在线评审系统，文物保护工程施工档案记录系统；与GIS技术集成，形成多媒体展示系统和平台、遗产监测平台、信息化的日常管理平台，等等。

由于数字化、信息化发展迅速，某些方面技术不够成熟，探索的深度广度有待拓展，尚需解决参数化构件库规范化建设和管理、应用平台，跨平台的可交付成果的转化，以及与GlS技术融合的问题等技术难点。另外，从BIM/BLM发展来看，需要更多专业的人员、各个环节的工作都需要掌握利用HBIM（难易有所不同），才能充分发挥其信息管理和协同工作方面的优势。相比于城建领域中BIM/BLM普及和应用需要更大的社会协作，在建筑遗产领域专业保护这个较小的人群中，HBIM的普及和推广似乎更为乐观。

在可预见的未来，结合知识库建设、物联网、大数据、三维打印、数字建造、虚拟现实、增强现实、人工智能的发展，建筑遗产数字化、信息化发展将走向智能化方向，建筑遗产将成为有知觉、能回应、受众友好型的智能化建筑。

（责任编辑：孙秀丽）