建筑文化遗产中木构架建筑的系统保护决策方法

张雨清 楚超超 周晓锋

摘要：本论文提供了一种建筑遗产中木构架古建筑的保护决策方法，针对木构架古建筑保存年限较短、刚度、硬度、稳定性较弱需要进行定期保养与修缮而提供的一种普适的建筑文化遗产中木構架古建筑的保护系统方法，为建筑文化遗产中木构架古建筑的修缮提供决策依据。

关键词：显性信息;隐性信息;数据库;决策评价

1 研究背景

我国是一个具有数千年历史的文明古国，在大江南北遗存有大量的古代木构架古建筑。对于木构架古建筑的保护，正是我国近几十年来大力开展并重视的领域。对于保护的技术，已经形成一套较为系统的古建测绘、复原设计、施工修复的工程链。在信息时代之前的一套系统不能做到自动化实时监测且人为干预过多等方面原因并不能正确保护修复这些木构历史建筑，造成了地域建筑文脉，历史风味的遗失。同时，过于单一而重复地修复修建技术手法，也使得各个施工项目的为拼工作量争相模仿与错误的效仿，不能有效地与当地的地理人文环境相结合，使得修复的历史建筑区域未能合理的使用，或发挥应有的积极作用。

2 问题分析

目前我国木构架古建筑保护所面临的问题有：

2.1 信息匮乏：对于建筑文化遗产中的木构架古建筑只存在“显性信息”的认识，信息搜集没有系统化。只是停留于认识木构架古建筑的平面、立面与剖面结构。对于单体木构架古建筑所包含的“隐形信息”没有进行深度挖掘。所谓的建筑“隐性信息”是指作人文信息，具有外延性，是构成建筑价值的重要内容。分为两大类别，至少包括历史社会信息、文化艺术信息。

2.2 没有完善的监测系统：木构架古建筑存在易腐蚀、刚度小、易损害等问题。且如果在问题出现初期不能及时采取维护修缮措施会导致建筑整体结构的损坏，更有可能到不可修复的程度。因此对建筑文化遗产中木构架古建筑的实时监测是有必要的。而现在的木构架古建筑保护大多秉持“加固缝补”的原则，没有起到治病治根的效果。

2.3 修复模式单一固化：传统木构架古建筑的修复方法认为古建筑的修缮“能支顶的就支顶，能加固的就加固，只要不塌不漏，能不动的就不动，能不修的就不修，能不换的就不换”。这种主张显然不符合我国木构架古建筑的具体情况和修缮规律。对于年久失修、损坏严重的木构架古建筑尽管眼下还没有倒塌，不等于数年之后不会倒塌。这些严重损坏的构件就像是一座随时爆发的火山坍塌只是时间问题。由此可见传统的修复模式没有有效的划分建筑破损等级，也没有“对症下药”采取行之有效的修缮措施。

2.4 修缮没有遵循一定的规律：木构架古建筑经常性的保护修缮，是适合中国木构架古建筑的修缮规律和修缮方法，是从古到今都在严格遵循的唯一正确的原则。进行木构架古建筑修缮的目的就是为了使木构架古建筑“延年益寿”，使它的艺术价值，历史价值与科学价值一代代传承下去。三年一小修，十年一大修木构架古建筑的修缮要有时间规律性。不能在建筑快要坍塌的临危之际才意识到修缮的重要性，那已经为时已晚了[1]。

因此在信息技术高速发展的今天，如何打破传统固化单一的木构架古建筑保护决策方法，将信息技术融入木构架古建筑保护中，形成高效率、系统化的木构架古建筑保护决策方法是我们亟待解决的问题。

3 信息处理的手段

为了解决技术问题，本论文采取的技术方案是：一种建筑文化遗产中的木构架古建筑的保护决策方法，至少包括如下步骤：

步骤一、基于视觉三维重建的古建筑模型生成方法以及建筑构造测绘方法获取木构架古建筑的显性信息，所述显性信息至少包括：木构架古建筑的平面信息、立体信息、剖面信息、构造信息和材质参数，根据显性信息构建木构文物建筑保护监测系统;

通过查阅文献资料与田野调查搜集木构架古建筑本身存在的隐性信息，所述隐形信息至少包括木构架古建筑的构建朝代信息、构建所在地环境信息、历史修缮信息及其蕴含的文化、科学与历史信息，将木构架古建筑的隐形信息进行系统整合，从地域、时间和主题特色三方面分析木构架古建筑的文化价值、科学价值和历史价值，运用层次分析法，建立木构架古建筑的保护等级决策机制，将木构架古建筑的显性信息、隐形信息和保护等级进行数字化保存和归档，构建木构架古建筑的信息数据库[2];

步骤二、依托数据库利用木构文物建筑保护监测系统对木构架古建筑进行显性信息的实时采集及录入，对显性信息进行信息管理分析，评估木构架古建筑的量变信息以及输出需要维护的结构与节点;

步骤三、根据木构架古建筑的量变信息对木构架古建筑的结构或节点进行破损程度的分类与分析，结合信息数据库中的木构架古建筑的保护等级，输出木构架古建筑的修复方式以及其所对应的信息数据库中的显性信息以及隐性信息，根据修复方式以及其所对应的信息数据库中的显性信息以及隐性信息对木构架古建筑进行修复保护[3]。

3.1 建筑文化遗产中木构架建筑

3.1.1 信息搜集

3.1.1.1 显性信息：平面、里面、剖面、节点详图;建筑装饰及构建样式;温度、湿度、沉降偏移;木构建筑结构类型;木构建筑构造方式;建筑的组成部分。

3.1.1.2 隐性信息：木构架建筑修建的朝代;历代的维缮维护信息;木构架建筑的礼制等级;地理人文环境;阴阳风水观念。

3.1.1.3 建筑文化遗产木构架建筑数据库。

3.1.2 木构件建筑实施监测系统：信息采集;信息管理;信息输出。

根据输出信息进行预警。

3.1.3 破损类别的分析与根类：轻度破损，中度破损，重度破损。

3.1.4 根据破损类别制定维缮方案：保养性修复;维修性修复;落架大修。

4 具体实施措施

建筑文化遗产中木构架古建筑的信息大体可以分为两大类：可以肉眼所见和测量所得的显性信息;通过文献搜集资料查阅以及历史推演所得的隐形信息。由此将木构架古建筑通过显性信息和隐形信息进行转译，这两类信息的叠加就是一个完整意义上的木构架古建筑[4]。

为了高效、系统地对建筑文化遗产中木构架古建筑进行保护，如图1所示，本发明提供一种建筑文化遗产中的木构架古建筑的保护决策方法，至少包括如下步骤：

步骤S1：基于视觉三维重建的古建筑模型生成方法以及建筑构造测绘方法获取木构架古建筑的显性信息，所述显性信息至少包括：木构架古建筑的平面信息、立体信息、剖面信息、构造信息和材质参数，根据显性信息构建木构文物建筑保护监测系统。

基于视觉三维重建的古建筑模型生成方法，1）获取不同视角的古建筑图像;2）对古建筑图像进行特征提取，并进行特征匹配;3）根据特征匹配的结果，计算图像拍摄时刻的摄像机相对位置姿态和古建筑稀疏三维点云;4）根据图像拍摄时刻的摄像机相对位置姿态和古建筑稀疏三维点云，利用图像面片匹配获取古建筑稠密三维点云;5）根据古建筑稠密三维点云，生成古建筑三角面片模型;6）利用古建筑三角面片模型，根据三维点与图像的匹配关系，计算纹理映射并生成古建筑三维模型，即可获取木构架古建筑的立体信息和部分构架信息，通过建筑构造测绘方法，获取木构架古建筑的平面信息、剖面信息、部分构架信息和材质参数。建筑的构架信息至少包括屋顶，斗拱，墙身，门窗，柱子，台基等各部分的样式以及尺寸、彩画纹饰;材质参数至少包括木材种类、腐蚀程度等等。在建立数据库时可在信息项中进行适当的增加。

通过查阅文献资料与田野调查搜集木构架古建筑本身存在的隐性信息，所述隐形信息至少包括木构架古建筑的构建朝代信息、构建所在地环境信息、历史修缮信息及其蕴含的文化、科学与历史信息，将木构架古建筑的隐形信息进行系统整合，从地域、时间和主题特色三方面分析木构架古建筑的文化价值、科学价值和历史价值，运用层次分析法，建立木构架古建筑的保护等级决策机制，将木构架古建筑的显性信息、隐形信息和保护等级进行数字化保存和归档，构建木构架古建筑的信息数据库。

所述层次分析法的标准分析步骤是：把决策问题按照总目标、子目标、评价标准直至具体措施的顺序分解为不同层次的结构，然后利用求判断矩阵特征向量的方法，求出每层次的各元素对上层次某元素的权重，然后利用加权和的方法递阶归并，求出各方案总目标的权重，越重要的因素权重越大，权重值最大者即为最优方案，反映了木构架古建筑的文化价值、科学价值和历史价值很重要，按照权重值排在前百分之四十的木构架古建筑界定为优先级，其余界定为一般级，层次分析法是现有技术，在此不具体叙述。

步骤S2的具体过程是：

（1）将信息采集频率分为一次性测定、周期性检测或者持续实时监测，其中，一次性测定和周期性检测的信息专业的检测机构独立检测，最终将这些信息按照规范的数据格式录入木构文物建筑保护监测系统;使用数字化传感器自动采集长期实时监测的信息，并通过数据接口录入木构文物建筑保护监测系统;

（2）信息管理分析首先根据采集到的不同类别的数据结合相关专业知识进行必要的预处理，预处理得出标准的、能准确反映监测信息的数据，将预处理后的数据以合适的数据类型放到相应数据库表中，之后进行数据的统计分析，结合相应古建筑专业保护知识及相关法律建立数字化的模型;数字化模型的建立与起初数据库中的模型进行比对，从而评估木构架古建筑的量变信息以及输出需要维护的结构与节点。

步骤S3：根据木构架古建筑的量变信息对木构架古建筑的结构或节点进行破损程度的分类与分析，结合信息数据库中的木构架古建筑的保护等级，输出木构架古建筑的修复方式以及其所对应的信息数据库中的显性信息以及隐性信息，根据修复方式以及其所对应的信息数据库中的显性信息以及隐性信息对木构架古建筑进行修复保护。

所述步骤S3的具体过程是：

（1）根据木构文物建筑保护监测系统输出的木构架古建筑的量变信息对木构架古建筑的结构或节点进行破损程度的分类与分析，破损程度分为三种状态：“轻度破损”状态、“中度破损”状态和“重度破损”状态;

（2）结合信息数据库中的木构架古建筑的保护等级，输出木构架古建筑的修复方式，保护等级分为：优先级和一般级;

对于保护等级为优先级的木构架古建筑，对应的修复方式如下：

“保养性”修复，对于被判定为“轻度破损”状态的木构架古建筑进行的是“保养性”修复，建筑修缮是经常性的，尤其是保养性的岁修工程几乎每三年一次;

“维修性”修复，对于被判定为“中度破损”状态的木构架古建筑对木构件残缺或者遗失部位进行原形制、原材料、原做法、原工艺进行认真修复，科学复原依然有科学、文化和历史价值;

“落架大修”，对于被判定为“重度破损”状态的木构架古建筑进行拆修大木重新盖造;木构架古建筑的模数化便于木构架古建筑进行解体修缮;同样进行原形制、原材料、原做法、原工艺进行认真修复，科学复原依然有科学、文化和历史价值;

对于保护等级为优先级的木构架古建筑，对应的修复方式如下：

对于被判定为“轻度破损”状态的木构架古建筑不进行“保養性”修复;

“维修性”修复，对于被判定为“中度破损”状态的木构架古建筑对木构件残缺或者遗失部位进行原形制、原材料、原做法、原工艺进行认真修复，科学复原依然有科学、文化和历史价值;

“落架大修”，对于被判定为“重度破损”状态的木构架古建筑进行拆修大木重新盖造;木构架古建筑的模数化便于木构架古建筑进行解体修缮;同样进行原形制、原材料、原做法、原工艺进行认真修复，科学复原依然有科学、文化和历史价值。

5 结语

综上所述，对于建筑文化遗产中木构架古建筑的保护需要进行：一、对建筑文化遗产中现存的木构架古建筑进行主体显性信息与隐性信息的采集，根据隐性信息评估期价值，并决策其保护等级，建立数据库。二、依托数据库利用木构文物保护监测系统对木构架古建筑进行实时信息采集、信息管理分析和信息输出。三、对木构架古建筑的破损程度进行分类分析。四、根据建筑破损程度及数据库中采集的信息进行修缮。本发明是针对木构架古建筑保存年限较短、刚度、硬度、稳定性较弱需要进行定期保养与修缮而提供的一种普适的建筑文化遗产中木构架古建筑的保护系统方法，为建筑文化遗产中木构架古建筑的修缮提供决策依据。

参考文献：

[1]陈明孝， 古建筑数字化保护关键技术探讨. 遗产与保护研究， 2018.

[2]路杨， 吕冰与王剑斐， 木构文物建筑保护监测系统的设计与实施. 河南大学学报（自然科学版）， 2009. 39（3）： 第327-330页.

[3]王树魁等， 基于现状三维GIS的南京城市设计综合管理平台研究及建设. 测绘通报， 2018（12）： 第138-143页.

[4]丁辉， 文物建筑历史信息的构成及保护， 2007， 太原理工大学. 第 87页.

作者简介：张雨清，1994.11.17，男，江苏盐城，学生（苏州科技大学，建筑系研究生）研究方向：建筑历史与遗产保护;

通讯作者1：楚超超，1978.11，女，汉，河南，副教授，研究方向：建筑历史与遗产保护;

通讯作者2：周晓锋，1978.10，男，汉，江苏盐城，河海大学 纳米功能材料研究 教师，副教授，研究方向： 纳米功能材料研究。

本文受江苏省住房和城乡建设厅科技项目“江苏省地域建筑特色传承研究”资助。