数字孪生技术在古村落保护中的应用研究

文｜中央美术学院城市设计学院 唐箐檐

一、古村落保护刻不容缓

中国古村落是农耕文明村落民居的“活化石”，兼具物质与非物质文化遗产特性，具有极其珍贵的研究价值和丰富的文化多样性。从国家层面来看，近些年来，全国城镇化进程加速推进、撤村并镇行动全面启动，城市群的快速扩展和地区现代化水平的不断提升一方面加速了我国社会主义现代化进程，但另一方面也造成了自然村中空心型古村落等一列问题；从政府层面来看，基层村委会缺乏良好的商业运营模式吸引外部投资，而自身村落保护相关经费严重不足，无法有力支撑古村落的全面振兴；从居民层面来看，由于缺乏足够的对外学习交流途径，当地居民在人文审美理念、文化传承保护意识等方面与现代认知存在较大差距，无法成为古村落振兴发展的有力支持者。总体来看，无论是对于古村洛物质文化遗产的修复与建设亦或是对于古村落精神遗产的传承与保护目前都处于中国古村落保护进程中的初级阶段，有着极大的发展空间。

当前我们面临经济全球化力量导致的本土文化的快速同化，甚至消逝，乡村与都市风格逐渐同一化。一方面，城市经济的快速发展与人口集聚吸纳力的不断增强，与古村落村民迫切改善居住条件、获得城镇化发展红利的愿望并行一致，但与村落文物古迹保护之间构成了天然冲突。村民们对世代居住过的村落关注、保护与开发构成了结构性矛盾。偏僻村落与现代化村落，是一对孪生兄弟的不同境遇。大山深处、幽闭村落，人们抱有与世无争的生活态度，村落显得更质朴、更平实。目前绝大部分古村落居民构成中老年人口占比较高，由于深受传统观念影响、缺乏一定的基础经济能力等原因，他们离开古村落的意愿较小，同时古村落也很难吸引适应城镇化生活的年轻人重返。老年人出不去、年轻人不愿回共同导致了偏僻古村落“人口老龄化”现象的进一步加剧。根据全国人口普查统计结果显示：1964年，我国乡村人口中65 岁及以上人口占比为3.89%，2021年这一比例增加至17.72%。乡村人口老龄化水平的急剧提升与城乡经济社会的发展、人口大规模迁徙流动等因素有着密切的联系，在给城镇发展注入活力的同时也对乡村振兴提出了全新挑战。而现代化进程加速发展背景下的古村落，人与景趋向于城市化、模式化。往往在被挂牌列入国家级保护村落后，面临着过度商业开发导致的古风、古貌加速蜕变等一系列问题。部分地区对于新农村建设、古村落振兴的理解片面停留在基础建筑设施领域的大规模更新升级，既缺乏前期合理的设计规划，也缺乏对于后期日常化运营的深入思考。盲目“拆古”、疯狂“造古”，不仅破坏了古村落深厚的文化底蕴，也带来了“千城一面”等一系列发展难题。

另一方面，我国高度重视非物质文化遗产保护，尤其是在乡村振兴领域，保护古村落文化资源已成为政府、学术界、产业界共同关注的热点。然而，如何激发当地政府、居民的内在保护意愿与动力，亟待引入新思路、结合新技术，探索新模式、达到新高度。否则将会南辕北辙、适得其反，投入大量的人力、物力和财力却无法达到既定的要求和目标。一方面，一些古镇坐落于生态环境不佳、道路交通不便的山坡，面临着住户大规模外迁，“人口老龄化”严重，水、电、气基本生活保障缺乏等一系列发展难题。在全域旅游的开发下、在所谓消费迭代升级的口号下，为了满足大量游客的居住需求，往往需要拆后再建，破坏严重。另一方面，修复施工和基础设施改造过程中缺乏多部门联合响应的建设模式和管理机制。许多地区由于当地政府部门之间缺乏有效的沟通交流机制，类似于刨地埋管的工程项目无法统一部署实施，重复性施工问题严重。

目前，许多古村落由于地理位置偏僻、道路交通不便、宣传力度不足等问题难以吸引投资开发商和观光游客，无法为古村落的未来发展提供有力支撑，深厚悠久的历史文化遗产可能会在自然因素和人为力量的双重影响下逐渐消失。截止目前，国家公布了共计五批近6800 个中国传统村落，但是许多类似于河北蔚县水东堡村、南留庄村，海南澄迈大美村、杨坤村等村落在漫长的历史发展中由于缺乏足够的人为保护，其原始村落样貌和历史文化底蕴已经不复存在。

二、数字技术成为古村落保护重要途径

我国古村落保护可粗略分为三个时期：一是初步关注期。随着2011年《中华人民共和国非物质文化遗产法》的实施和城乡经济的快速发展，传统村落文化与景观保护逐步得到地方政府关注。2013年以前，古村落保护视角多从文化地理学、村落聚落文化景观等角度切入，探索研究古村落文化资源传承方式。二是研究热潮期。从2013年到2017年，伴随乡村文化的振兴和乡村文旅的发展，学术界掀起了古村落保护的研究热潮，年度研究文献从200 多篇上升至近1500 篇。涵盖古村落保护理论框架、城乡一体发展、乡村文旅资源开发等方面，文献数量和研究质量均有大幅度提升。三是多元保护期。近年来国家提出乡村振兴战略，也将古村落的保护与文化传承置于重要位置。围绕古村落公共空间发展、多元视角下传统文化融合、乡土景观特色、数字技术赋能乡村保护等，研究方向和手段更加多元。

借助数字技术实现古村落文化的传承与保护，是解决文化实体保存困难的重要途径，也是实现古村落文化源远流长发展的有力手段。当前，以大数据、云计算、物联网、人工智能、虚拟现实、数字孪生为代表的新一代信息技术不断创新、落地场景不断丰富，直接推动了数字经济的蓬勃发展。数字产业化、产业数字化进程持续加快，数字技术与实体经济深度融合，日益成为推动国家经济快速增长和可持续发展的强大驱动力，也是古村落保护的重要支撑。

目前，全球诸多发达国家和地区已经建立了一系列利用数字技术保护非物质文化遗产的项目，例如欧盟的文化遗产数字化项目、美国的古村落演化研究等。2019年我国中办、国办联合印发的《数字乡村发展战略纲要》明确指出：分类推进数字乡村建设。引导集聚提升类村庄全面深化网络信息技术应用，培育乡村新业态。引导城郊融合类村庄发展数字经济，不断满足城乡居民消费需求。引导特色保护类村庄发掘独特资源，建设互联网特色乡村。引导搬迁撤并类村庄完善网络设施和信息服务，避免形成新的“数字鸿沟”。《数字乡村发展战略纲要》的发布为借助数字技术保护古村落提供了基本遵循与发展方向。

三、利用数字孪生技术保护古村落

古村落保护数字孪生技术体系主要由三大部分构成，一是以古村落街景图像采集、数据存储为核心的信息留存技术；二是以村落三维立体模型构建、历史文化数据创意为核心的信息处理技术；三是以VR和“互联网+”为核心的信息展示技术。古村落保护数字孪生技术是多领域技术的融合创新，也是未来古村落保护的重要技术手段。当前，基于数字孪生技术的城市规划、建设、管理引发学术科研界普遍关注，纷纷开展系统研究。去年以来，中科院自动化所、北京大学、清华大学、北京航空航天大学等学术机构及高等院校学者纷纷针对“数字孪生城市”及其相关行业应用展开研究。根据中国知网学术期刊发表数量统计，数字孪生城市主题文献发表数量从2017年的个位数到2020年的60 余篇，呈快速增长态势，涵盖信息科技、宏观经济与可持续发展、计算机软件及应用、建筑科学与工程、自然地理及测绘学等诸多学科，数字孪生城市引起学术界广泛关注。

从技术角度看，数字孪生技术是新型测绘技术、标识感知技术、全要素数字表达技术、模拟仿真技术、深度学习技术的多领域技术融合体，具有全局视野、精准映射、模拟仿真、虚实交互、智能干预等典型特性。其中，新型测绘技术快速采集地理信息建立古村落三维立体模型，标识感知技术实现真实物理古村落的实时“读写”，全要素数字表达技术精准“描绘”古村落前世今生，模拟仿真技术助力古村落运行态势在数字空间的刻画和推演，深度学习技术使得古村落孪生体具备自我学习、智慧生长能力。

从价值上看，基于数字孪生技术体系也具有独特的优势。

一是形成虚实互动的孪生体，有利于扩大传播受众面，提高民众保护意识和参与意识。古村落属于非物质文化遗产，早期档案不健全,大量数据分散在城建部门、文物保护单位等。此外，由于其分散坐落、体积庞大难以陈列,不能在档案馆保存展示，需要人们到现场参观欣赏，因此祖国各地大量的古村落无法被大众知晓，缺乏关注和资源支持，容易导致消亡。通过在网络空间建立与原始村落对应的全息、精准的映像，构建古村落精准映射的数字化孪生体，一方面有利于在网络空间提升古村落影响力，用户可以在任何时间、地点在线了解古村落的形态、进展和动向，拓展宣传覆盖面。另一方面，当地居民也可以通过古村落孪生体，实现时空穿梭、虚实互动，通过沉浸式的体验培育线下旅游新增长点。

二是建立古村落动态模型，复现村落历史与演进过程，成为文化实体孪生活化石。古村落不是静态的建筑群遗址，还承载了过去村民们的动态活动，如每年的祭祀活动、供奉祖先牌位、欢度重大民族节日等。通过构建时空信息基础上的村落数字孪生体，可以将丰富的石作、木作、瓦作等古村落建筑数据、过去村落的历史活动动态数据加载进模型，成为文化传承的关键载体。例如，巴黎圣母院不幸因为一场大火而毁于一旦，但通过数字化建模、仿真，可以完整还原巴黎古城圣母院的原貌和几百年前的建造过程，甚至对于过去圣母院的点滴历史，可以通过历史档案与时空数据的结合，连续地在数字世界呈现出来，重现巴黎城市和文明的历史。

四、多措并举强化古村落保护的建议

1.加强典型古村落数字孪生复现，沉淀历史文化形成标杆效应

要优选保护对象，聚焦地域重点，在普遍保护的基础上，在数字化改造投入经费有限的情况下，要在每个地域找出有代表性、有价值的村落，强化对古村落的精确测绘、数据采集，为古村落建立详细的档案信息和数字孪生体，数字化记录古村落全貌，分析村落保护薄弱环节，展现推广村落历史痕迹，讲述过去故事，推演村落未来走向，形成村落保护的典型样板。

2.丰富线上线下融合互动旅游体验，构建古村落保护造血机制

古村落的保护，不是简单的财政投资，画地为圈的严格保护。还要将古村落放在历史时空背景下，纳入村镇规划和发展的体系中，深度挖掘其地域文化艺术、种植作物等全方位特点。积极利用虚拟现实、数字孪生等技术，开发互动性强、线上线下融合、寓教于乐的古村落数字体验，通过全息三维可视化、虚实融合互动方式，唤起更多民众的保护意识和参与意识，带领游客领略村落背后的故事，尽览看不见的角度，为古村落带来可持续现金流。同时，也要注意不能完全以旅游作为古镇保护的动力，避免单一化手段造成不可逆转的商业化开发过度问题。

3.多措并举以多种方式建立长效机制支持古村落保护

要考虑实际，建立可落地实施的长效共赢机制。一是要因地制宜设计古镇、古寨的资金来源、保护与发展方案，不可千篇一律。采用政府拨款、集资、众筹、贷款、村落门票养房等综合模式，多元化筹款支持保护。二是建立当地党委统筹负责和多利益相关方参与的监督机制。要建立由党委责任人牵头，村民、专家、施工方等多方参与的格局。三是通过数字孪生等技术手段赋能古村落保护，让古村落数据“看得见、用得到”，通过可视化指挥决策、精细化仿真推演，改善和恢复古村落生态环境。四是注重提高村民的主体意识，发挥原住民保护村落的内生积极性，加强群体审美与文化保护。