数字化技术在历史文化街区保护中的应用——以黄山市屯溪老街为例

刘仁义，张馨月，张笑笑

引言

历史文化街区作为地域文化的集聚地和载体，其风貌环境、历史建筑和生活信息的历史真实性是历史文化街区保护传承的重点与难点。我国的历史文化街区保护工作鲜有标准统一、范围全覆盖与可持续更新的实例，海量的信息无法有效整合与应用。因此利用数字技术对街区的历史文化资源进行动态化、精细化、系统化的管理工作具有显著的实践意义。

安徽省黄山市屯溪老街是首批中国历史文化名街，其实施保护工作较早，但仍存在复杂的产权关系与多方博弈的格局，使得传统保护方式难以为继。不同损坏程度的古建筑保护修缮需要极高的精度与相当高的专业技术和知识储备，传统保护方式已无法满足历史文化街区保护管理与日俱增的技术性需求与历史文化资源的展示需求。

近年来，将数字技术应用于历史文化遗产保护传承已逐步成为业内关注的重点。数字技术能够精准、详实地记录古建筑的信息，为历史文化街区保护提供数据支撑。

1 数字技术与数字化保护

1.1 数字技术

数字技术，是一项伴随着电子计算机产生的科学技术。它是指通过特定的设备将图、文、声、像等不同种类的信息转化为计算机可识别的二进制数字后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的一类技术。

数字技术较早应用于文物保护，近年来数字技术在文物保护方面的介入提升了对文物空间形态记录的精准度，为预防性保护的应急预案提供了信息支撑。历史文化街区保护领域的数字技术探索与实践，主要包括广泛应用于测绘的三维激光扫描及数字建模技术、有效支撑安全评估与预防性保护的信息监测技术、推动街区文化展示传播的虚拟漫游及交互等技术。

测绘技术的革新促使信息采集工作更高效地进行。无人机倾斜摄影技术和运动图像三维场景重建技术的迅猛发展，推动了古建筑测绘从建筑单体逐渐拓展到建筑群、村落甚至城镇，解决了大型线路遗产跨度大、成果需求复杂、测绘难度高等传统测绘手段难以解决的问题。同时，数字技术提高了建模的精度和完整度，支持三维浏览及数据测量，构建保护对象的空间数据库是信息处理的基础。将采集的海量信息系统地分析、归纳与整合并录入空间数据库，为后期的直观展示、安全评估与预防性保护提供数据支撑。

1.2 数字化保护

数字化保护是我国近年来在馆藏文物预防性保护过程中提出的新概念，即对可移动文物信息进行全方位采集、存储与保护，使其以实体和数字两种方式并存，并为文物本体的长期保存及保护方案的制定提供科学的数据支撑。数字博物馆作为数字化保护可移动文物的主要应用形式，现阶段的建设以馆藏为主要展示资源，数字技术的多样性特点在藏品管理与展示形式上得到了充分的展现。

不可移动文物的数字化保护采用基于三维数字化扫描技术的VR、720云和360°全景技术。国内最早利用数字化技术保护不可移动文物的实践见于各大石窟，其中敦煌石窟和云冈石窟数字化保护成果最为显著。山西省在建立古建筑彩塑壁画数字化保护标准案例时，使用了全面的数字化建模方法。

数字化保护技术当下广泛应用于文物保护单位和博物馆的资源管理中。我国在探索数字博物馆领域已有先驱。“数字故宫” “数字敦煌” “圆明园虚拟游园系统”等综合性数字化拓展应用的出现，旨在通过VR(虚拟现实技术)及AR扫描识别技术布设一系列数字展示场景实现对文物的保护管理。

1.3 研究现状

我国数字化发展经历了从追随到引领的过程。美国副总统戈尔于1998年提出“数字地球”的概念，国内学者认识到“数字化”战略对我国信息化建设及各领域可持续发展的必要性。1999年首届国际“数字地球”大会提出若干数字化建设的新概念。2000年，国家测绘局提出未来测绘系统应以构建“数字中国”框架为主线开展工作，海南、湖南、山西、福建已各自立项启动“数字城市”工程。同年，“21世纪数字城市论坛”提倡政府联合数字领域人才推动中国“数字城市”进程。2012年，全国已有270多个地级市推进数字城市建设，其中125个已建成并应用，并且其资源于60多个领域协同应用。

基于我国数字革命的时代背景，历史文化街区的数字化保护与应用进入探索阶段。2015年上海工程技术大学铁钟发布学术论文，试图通过移动式交互展示平台展现出历史街区的文化特质，对处于建筑情境中的个体进行交互式体验设计，发掘石库门的文化特质并将其融入具有地方性特色的文化创意产业。2016年，合肥芜湖路宋文化历史街区的数字化导览系统为游客提供了新颖的参观体验。同年，李碧红对武汉市昙华林历史街区进行“动漫”趣味导游系统设计，并利用三维数字技术对街区进行数字化分析。2018年，广州市规划部门将南华西街历史文化街区内的41条传统街巷搬运至数字平台，探索历史文化街区精细化、动态化的管理。

在历史文化街区遗产保护领域，数字博物馆作为我国可移动文物保护、管理及展陈的主要形式，现阶段的建设以馆藏为主要展示资源，数字技术的多样性特点在藏品管理与展示形式上得到了充分的展现。相关案例还有应用VR技术展示的广州陈家祠精美砖雕；应用VR模式开展线上360°数字导览的宁波天一阁、浙江舜王庙等；应用AR扫描识别技术构建的鲁迅博物馆数字化展示系统等。

然而，我国历史文化街区保护的数字化实践仍存在些许不足。由于数字化技术在国内历史文化街区保护领域尚处于探索阶段，鲜有参考价值较高的数字化保护及信息管理应用案例，可依据的理论及实践基础较为薄弱。同时，由于古建筑测绘存在覆盖范围广、调研测绘难度大、房屋产权关系混杂等现实因素，信息采集及实地测绘等基础工作任务繁重，信息采集的全面性与精确性得不到完全的保障，未能实现历史文化街区信息的全覆盖。

2 历史文化街区保护数字化体系的建立

2.1 信息管理平台的建立

历史文化街区保护数字化体系的建立基础是信息管理平台。结合数字技术进行信息采集与数据处理，最后建立基于数据库的历史文化街区信息管理平台。平台经过功能模块的拓展与融合，形成一套系统性和动态性的历史文化街区数字化保护体系，以此对历史文化街区进行保护、监管和展示。

2.1.1 基础信息采集

建立健全的历史文化街区保护数字化体系，首先需对历史文化街区的大量资料进行分类收集与分析解读，形成对其历史背景、空间特色和文化内涵系统的理解。在此基础上开展基础信息采集工作（图1），通过无人机倾斜摄影、三维激光扫描、点云数据三维建模、大规模入户普查、传统建筑测绘及虚拟现实技术等方式来记录历史文化街区的整体格局、历史风貌、历史沿革与保护规划、建筑现状与产权归属（图2）、历史文化遗产等。

图1 信息采集工作

图2 屯溪老街房屋产权统计归类

2.1.2 多源数据处理

“多源数据处理”旨在对采集的信息进行统一分析、归纳与存储。多源信息经数字化转换成为可存储和传输的数据，依据建筑功能、形式、空间等特征对其进行分级、分类式的分析归纳，再存储入数据库的类型库中。

处理后的信息能够直观且多样地展示历史文化街区的传统历史风貌与人文特色。平台支持历史文化街区的360°实景漫游，宏观收录了历史文化街区的历史沿革、保护规划及相关学术文献；微观储存了街区内的古建筑名录，根据相应的门牌号检索古建筑单体的三维模型、二维测绘图及影像信息。在屯溪老街古建筑细部构件库（表1）中获取建筑墙头、匾额、雀替、挂落、门窗、栏杆、栏板及立面模式等细部信息。

表1 屯溪老街古建筑细部构件库

2.1.3 空间数据库构建

历史文化街区信息管理平台的构建总体上分为数字建模、数据库搭建与计算机系统运行维护三部分。通过无人机倾斜摄影等现代测绘技术对历史文化街区进行数字建模，并同步构建由基础资源数据库与管理应用数据库共同构成的历史建筑信息化管理体系（图3），其中包含历史文化街区基础信息库、建筑细部构件库、建筑模型库等不同层级的空间数据库。最后将数字模型与详细信息“融合”处理后，系统化录入相应的空间数据库中。

图3 历史建筑信息化管理体系

历史文化街区信息管理平台不仅是历史文化遗产的信息库，而且是一种交互体验式的数字化创新展示平台，旨在依托其数字化基础，以“数字云”方式展示、传播文化，发挥其宣传优势。其动态化、多元化与可持续性等特点是单一储存功能的传统数据库不可比拟的。该信息管理平台的建构（图4）是对历史文化街区保护新途径的一种尝试，是探索数字时代遗产保护的新视角。

图4 平台构建流程及设计框架

3 屯溪老街保护更新的数字化实践

屯溪老街作为中国保存最完整、最具南宋和明清建筑风格的古代街市之一，极具保护价值。作为中国首批历史文化街区，其保护工作自1984年开始，具有启动早、规划编制早、法治建设早、保护荣誉多等特点（图5）。屯溪老街数字化保护全面建立“一房一产”的数据库，记录建筑的位置、面积、年代及现状，应用数字技术对屯溪老街建筑信息进行分析处理。

图5 屯溪老街保护现状分析

3.1 平台构成设计

根据不同的应用特性，屯溪老街信息管理平台分别从功能和结构进行设计。基于功能设计，平台由输入数据、输出数据、删除建筑、查询建筑、信息浏览五部分构成；基于结构设计，平台由屯溪老街基础信息、文献资料、三维测绘成果、二维测绘成果、建筑影像信息、细部构件信息组成（图6）。

图6 数据库构成

屯溪老街信息管理平台的设计框架根据使用权限分为公共展示、内部管理两大板块。一方面向公众提供查询、展示动态数据等服务，一方面便于管理者上传数据与更新。

3.2 平台展示模块

屯溪老街古建筑信息管理平台的街区实景漫游界面能通过多源信息的获取与解读，让需求者综合感知街区传统风貌，查阅历史建筑的二维、三维信息。提升公众认知传统文化的参与感，推动全社会“自下而上”参与屯溪老街的保护。

3.3 平台管理模式

屯溪老街信息管理平台支持建筑信息的即时上传与动态更新，优于传统的静态存储式数据库，具有快捷的建筑信息查询、删改、上传及下载等管理功能。通过高亮框选三维场景中任意建筑并命名，再上传图文影像等“多维”且“多源”的信息（图7）。录入信息后可通过门牌检索功能或实景选择建筑来查询相应的古建筑，后期维护时可以随时进行删改与下载等操作。历史文化街区信息管理平台能够及时为区域内损毁古建筑的修补与复原提供详细完整的数据与数字模型，为古建筑的资源动态管理、质量监控评价提供高效便捷的技术支撑。

图7 屯溪老街“多源”信息展示

4 历史文化街区信息管理平台应用拓展

4.1 街道风貌控制

城市和历史文化街区是保护与发展的辩证统一，是整体保护和整体性设计的有机结合。在开展历史文化街区古建筑保护修缮时，需要考虑其带给街道风貌乃至整个城市的影响。

空间数据库作为历史文化街区信息管理平台的核心，其建立了兼顾保护和发展的建筑立面标准模式和导则成果形式（图8），利用其可开展更便捷的街道风貌控制工作。数据库内收录了沿街店铺的建筑构件模式库，平面、立面和剖面类型库以及部分文保单位和历史建筑的模型库。建立在形态学和类型学基础上的城市设计方法，体现了屯溪老街基于数据库保护和规划的基础调研工作的细致和深化程度。在对老街古建筑进行保护性修缮时，依据不同的保护等级、建筑性质、修缮标准以及不同历史地段和空间节点等特点,制定出若干种包含标准立面形式、材料、色彩及做法的保护更新方案，在不破坏历史风貌及环境协调性的基础上供业主选择。

图8 屯溪老街建筑“立面模式”库

4.2 街区更新再现

基于三维模型，遵循城市内在秩序及街区原有肌理，灵活整改街道“坏死组织”，模拟街巷空间微更新设计以提升整体环境。通过在原场景中以新模型“置换”旧模型的方式（图9），上传手工模型并使其与三维场景相融合，该平台支持模型再编辑，以辅助古建筑的更新。

图9 屯溪老街街道空间及建筑管理界面

通过选择性的保护性修缮处理好新旧关系，维持历史文化街区处于“平衡代谢”的状态。数据库提供的真实数据作为实现历史文化街区“更新再现”的有效支持，进一步应用于街道风貌综合整治工作。

4.3 预防性保护

历史文化街区的预防性保护是基于信息管理平台的动态数据库对历史文化街区及其古建筑进行有效的管理、监测与评估工作，最大程度上减少可能对历史文化街区造成损坏的因素，并形成一套有效的历史文化街区监控预警机制。根据特异性设定不同应急机制的“触发点”并转化为特定的“数字语言”，必要时统一对历史文化街区内的濒危历史建筑及文物进行保护性修缮，实行“预防性保护”先行，以实现历史文化街区保护的防微杜渐，并达到长久保护历史文化街区及其古建筑、历史文物和档案的目的。

4.4 虚拟现实展示

在文化资源传播层面，虚拟现实可以实现沉浸式体验和全视角观察，同时具备交互功能，甚至能够走进历史文化街区的深巷，推开历史建筑的门。虚拟现实表现等数字化手段促进了历史文化遗产展陈形式创新与交互设计发展，有利于平台内公共资源实现跨学科、多领域的开放与共享，激发了街区创意产业的兴起和街道活力的可持续再生。文化遗产通过虚拟展示，其鲜活的表现提升了大众的社会参与感，逆向推动了历史文化街区的“数字重生”，这些都将成为我国历史文化街区保护、监管与展示工作强有力的支撑。

5 结语

历史文化街区被赋予深刻的历史、文化内涵，记载了巨量的历代社会、文化、科技等信息。在移动数字文化冲击传统文化的社会背景下，唯有提升文化遗产传承方式的社会性与全民性，才能可持续地传承其“正脉”。

数字化的普及使文化遗产保护的责任从政府和专业技术部门延伸至社会各领域。建设历史文化街区信息管理平台旨在形成“自上而下”与“自下而上”持续性均衡互动的机制，通过信息化手段对历史文化街区进行建筑资源管理及古建筑的保护利用，提升相关部门的整体管理水平。数字化手段最大程度适应了国家对保护历史文化街区复杂且多样化的政策环境与需求。在文化遗产监管与保护层面，数字化手段为历史文化街区信息管理平台的功能构建与拓展提供了丰富的可能性；为历史文化街区传统风貌维护及环境整治提供新思路，推动了历史文化街区预防性保护系统的发展。

在未来大数据、云管理与可视化技术日益成熟的背景下，数字技术可有效应用于历史文化街区遗产价值评估、保护管理规划、建筑修缮方案拟定、文化遗产展陈交互设计、数字展馆及智慧导览系统建设等方面，数字化技术的普及将促使历史文化街区在信息时代与网络经济中实现“数字重生”。