长城的整体性研究与数字化实践

李严，张玉坤，李哲

0 引言：长城整体性保护面临的问题

长城是世界上体量最大的建筑遗产，自1987 年被列入世界文化遗产以来，得到国际社会的广泛关注，国际社会对长城的认识多来自于UNESCO 网站，然而该网站上对长城的介绍仅限于一般概括性描述和八达岭、山海关、居庸关3 个关城1），3 个关城只是明长城复杂防御体系的组成部分之一，整体性尚未得见。完整性与真实性是世界文化遗产的两大衡量标准、遗产保护工作的准绳。近100 多年来，UNESCO（联合国教科文组织）、ICOMOS（国际古迹遗址理事会）、欧洲理事会等组织通过了一系列关于文化遗产保护的重要国际文件，逐渐形成了对文化遗产进行真实性、完整性保护的国际共识。长城文化遗产的真实性、完整性研究也成为重新解读长城、向世界宣告长城遗产价值的重要事件。

长期以来公众对长城的认识局限于墙体和关隘，甚至有“长城是封闭边界的象征”的误解，其实长城从来就不是封闭的[1]、烟火并非都在烽火台的台顶燃放、长城不能阻虏2）（城池才是防守的核心力量）、长城遗产的1/3 濒临消失，完整性如何体现？文章从理论与实践两方面探讨长城的真实性解读和完整性再现。

1 长城的整体性认识

中国长城，墙体只是防御体系的构成要素之一，也并非最外层防线，南北向防线纵深几百千米，明长城军事防御体系是由边墙子系统、屯兵城子系统、驿传子系统、烽传子系统、预警子系统、边贸子系统和屯田子系统所构成的具备整体性与系统性的巨系统。长城本体是由长城墙体及其附属设施、自然天险、壕沟、品窖等防御工事共同构成防御体系的最外侧防线。墙体之外有预警系统（明哨、暗哨、架炮、烽燧），墙体之上有关城、关口、暗门、水关4 种形式设施沟通内外，之内有城池系统，屯兵城子系统承担边防前线的预警、戍守和作战任务，屯兵城子系统中的各镇城、路城、卫城、所城、堡城、关城并非孤立，各级城池的协同作战是保证对军情点及时应援、防御作用得以实施的关键，协同的前提是军情和政令的高效往来传递，而预警、烽传和驿传系统就是线状分布的长城墙体和点状分布的军事聚落之间的连接体和生命线。驿传系统（驿、递、铺和道路组成）负责运输物资，烽传系统（烽、燧、附燧、坞组成）负责传递军情，市口（墙体外侧、墙体内侧、墙体之上）进行贸易交换，从东至西广泛分布在长城沿线上，规范了长城内外两侧的经济秩序。各系统之间分工合作，协调配合，对于边防地区的土地开发、军民的生活安定、边防重镇的防御等起到至关重要的作用（图1）。

1.1 边墙系统

明长城全长8851.8km，其中人工墙体6200km，边墙子系统由墙体及其上的敌台、墙台，关城、关口、暗门等设施共同构成，承担了日常瞭望、组织小规模入侵、将预警传回的信息向两侧和内部烽燧传递的功能。

长城从来就不是一个封闭的墙体，长城墙体上的暗门称为“孔窍”，崇祯十年闰四月初十日《明大司马卢公奏议》卷七四十一写道：“夫祖制边墙之下多留暗门，正如人身之有孔窍，人身不因风邪易入而闭塞其五官，且风邪亦不从五官入也”。古人留下很多沟通内外的通道，如同人的五官，控制与外部世界的沟通方式，规范交换物品、传递信息的秩序，因为有孔窍，重要关口才会安然无恙。

图2 示意了从外至内，前哨—“外长城/大边”—长城线上墩台、关口—“大边”和“内边”之间的军堡—“内边”—“内长城”内侧军堡—路城—镇城的纵深关系。

1.2 屯兵城系统

边镇城池系统按照军事级别自由高到低划分为5 个层级：镇城、路城、卫城、所城、堡城。明长城共有1091 个屯兵城，其中13 个镇城、54 个路城、87 个卫城、64 个所城、1048 个堡城[2]。各级屯兵城并非孤立，城池间守望互助、协同作战是保证军情及时应援、防御作用得以实施的关键（图3）。

1 明长城防御体系空间分布

2 防御设施示意

3 镇城、路城、卫城、所城、堡城现状示例

镇城：一镇之最高级别城池，修建在地势平坦的交通要道上，平面呈方形或长方形，周长在12 里以上，宣化城由于是防御北元势力的重镇，更是达到了周长24 里的规模。镇城的城门数量最少为4 门，多者如榆林城开7 门，主要门有瓮城或关城。道路可分为干道、一般街道、巷三级，干道系统呈十字形，中央有楼，城中重要的衙署、军事指挥建筑分布在主干道两侧，在干道、街道的交汇处形成店铺林立的商业区，街巷两侧还分布城内的主要庙宇寺院。

路城：路城位于平坦之地，规模小于镇城，平面大致呈方形，周长在2000～4000m。道路结构分两级，十字形主路和巷，主道路呈十字形，分别对应各城门，城多开4 门，也有的开2 门，主要门设瓮城。中央有楼，街巷庙宇众多。

卫城：卫城是拱卫镇城的兵力驻扎城池，屯兵屯粮，规模比镇城小，比所城和堡城大，每卫全额兵力5600 人，城内驻扎参将，统领下辖各所。周长4～7 里，少数因险设防的卫城规模稍小。道路结构多为十字街，也有的呈一字形，道路分为街及巷二级，街巷整齐平直，通往门的主街宽阔畅达，并且多依古制在城墙内侧设环城马道，开2～4 门不等。

其次，财务公司在构建外汇资金池时存在难以集中管理的问题。集团公司下属成员企业的发展情况不一，遍布在国内的各个地区。区域政策不同，企业改革呈现出较大的差异性。集团公司很难采用统一集中方式，对外汇资金池进行一刀切管理。不同企业之间的信息系统、技术系统不同，阻碍了集团公司职能的有效发挥。

所城：所城是拱卫卫城的兵力驻扎城池，是千户所的驻地，由千总负责，驻兵1120 人，规模小于卫城，大于堡城。平面以方形为主，大多周长2000m 左右，主要道路十字形或一字形，分设巷道，沿城墙的内侧有“环涂”，多开3 门。公署、仓库、军机库等多设立在主干道的二侧。

堡城：最基础的防御单位，规模最小，百户所的驻地，由百总（把总）统辖，驻兵112 人。周长1～4 里，开一门、二门或三门不等，主要门也设瓮城。大则十字街，小则一字街，选址地形复杂，有的位于高山之上，有的位于谷地，还有随山势呈斜坡状，形状规则的堡城呈方形或长方形，不规则的形状各异。

1.3 驿传系统

驿站、递运所和急递铺，以及驿、递、铺之间的道路，是支撑起整个长城防御体系的“交通网络”。

水马驿。驿传系统中第一大层次机构，主要负责重要军情和紧急文书的传递、政令的上传下达、公差人员往来、以及接待使客和官员并提供休憩的场所。驿站速度快，陆路传递采用马、骡等作为交通工具，水路用船。明朝相邻驿站的间距一般为60 里或80 里。陆驿设有马夫等，水驿则设有水夫等。

递运所。明朝专门运送军需物资和贡品等物资的机构。递运所分为陆递、水递、水陆递（水陆兼办）3 种。递运所设有大使、副使各一人，另设有百夫长。陆路由军卒负责，水路由各地船户负责。采取定点、定线，兼以接力的方法。明代递运所将陆路和水路运输实现了很好的结合，但由于明代中后期其运输物资的职能被驿站取代、国库支出过多等原因，递运所遭遇大量裁革。

急递铺。驿传系统中第3 个层次机构，十里一铺，既负责传递军情，也负责日常的公文传递。传递信息的方式为步递，由铺兵负责公文的传递，可深入驿站难以到达的城池，或者坡度较大的山地城池，长城沿线分布广泛[3]。

1.4 烽传系统

烽传系统主要由烽火台逐台连接，遥望相视，连绵穿越崇山峻岭和沟谷盆地。烽传系统中的建筑类型包括：烽火台（又称墩台或烟墩）、墩院、坞、壕堑、附燧及积薪堆。墩院、坞墙、壕堑是烽火台的外围防御工事；附燧是燃放烟火的火池，少者3 个，多者7 个不等，与传递方向垂直布置便于分辨烟火的股数（图4）。

烽火台按“均匀置立”的原则分布，按与边墙的位置关系可分为沿边墩台、腹外接火台和腹里接火台。还有一种特殊的沿边墩台，负责向将沿边墩台传来的信息传给腹里烟墩，暂命名为“节点烟墩”3）。当遇敌情时，烽火台逐台接力传递，情报便由长城，根据警情级别传至堡城、路城、镇城等各级城池。

4 宁夏贺兰山附近烽火台及附燧

1.5 预警系统

除传烽系统外，预警另有侦哨系统。侦哨系统负责边外的军事情报侦察，在古今中外战争中都起着举足轻重的作用。以蓟镇为例，侦哨系统自北而南的层级关系为：明哨—暗哨—架炮—墩堠。明哨是明朝边军派往游牧部落内部的间谍，位于敌人腹地，用以探听敌人动向。明哨将情报传递给外部潜伏的暗哨，暗哨在明哨南侧，通过长城墙体上设置的隐蔽暗门进入长城内侧。暗哨同时通过架炮回传军情。架炮一般设置于山谷两侧的山峰上，接收情报的同时可以监视山谷中敌军的人数和行军方向，“守边口外传炮，沿边举号挨传”，使情报到达沿边墩台，进入传烽系统。墩堠为长城线外侧预警系统的最后一环，也是烽传系统的第一环，主要负责横向将敌情传递给长城沿线各敌台关堡[5]。

1.6 互市

具有边境贸易性质的互市始于汉初，此后互市通贡与军事活动共同构成了长城内外最常见的两种沟通状态。明代中前期，沿长城一线的商贸，主要为明朝与蒙古、女真各部的马市、木市、布市等，贸易形式有官市、民市等，自永乐起开始发展，至嘉靖、万历前期到达顶峰。长城沿线尚存明代互市遗迹数十处，是长城贸易场所遗存的主体。马市格局、规模多样，按规模大小分为3种：堡群式、墩院式、关城式。为保障交易秩序，市场堡一般均设有独立的出、入口，建有高大的马市楼用于监视交易活动并防备袭扰；都有多道闸口检验防止夹带、走私等各种非法行为[6]（图5）。

1.7 屯田

明代在地方实行卫所制度，卫所士兵开垦府、州、县管辖以外的荒地，实行屯垦，称为军屯。明初，九边各地屯军常年保持在42 万～56 万人之间，军屯面积在21 万顷以上，约占全国军屯土地数额的35%[7]。九边军屯管理自成体系，专门设立屯田卫所，修建屯田寨堡，大量分拨屯田军进行耕种。明中期，军屯逐渐衰败，民屯作为军屯的辅助形式逐渐在长城沿线广大地区发展起来，另新兴商屯，作为军屯的辅助形式。长城区域屯田作为长城军事防御体系的一个重要组成部分，强兵固边，加强了边防建设；同时也部分解决了当地庞大驻军的粮饷问题，并在客观上促进了长城地区经济文化的发展。

2 数字化实践

明长城庞大的体系为整体性保护、明长城的整体性数字再现带来挑战，相较于英德古罗马长城的考古挖掘、保护展示，我国起步较晚。英国段哈德良长城和德国段日耳曼长城已完成考古发掘和全线公园体系建设。经过200 多年的持续考古，所有遗迹已全部完成考古挖掘和考古报告的出版。2002-2009 年，哈德良长城开展了全线及其缓冲区的测绘，核对、整理并制作了3000 多份遗迹记录。2009 年，英格兰遗产委员会实施了年度航空调查项目，对遗迹进行搜寻、记录和监测。激光扫描、“运动结构数字摄影测量”“田野数字化采集系统”等新技术也越来越多地参与到遗产保护、管理与研究中。同时，国家步道沿线和完善的交通体系建设，与周边地区发展紧密相关的遗产展示项目等，也极大促进了哈德良长城的公众参与程度[8]。

5 明代长城沿线互市市口分布

6 明长城防御体系时空数据库、明长城全线图像与三维数据库

7 “云游长城”与长城文化资源库后台界面（即将上线）

8 山海关中国长城博物馆主展厅内容

我国的长城保护始于建国后，在“爱我中华、修我长城”倡议下实施了山海关、嘉峪关等维修工程，3 次文物普查和长城资源调查为长城遗产的真实面貌留下了珍贵的实测资料，《文物地图集》陆续出版、《明蓟镇长城1981-1987 年考古报告》十卷本于2012 年出版，2005 年底制定了《长城保护工程（2005-2014 年）总体工作方案》，2006-2011 年完成长城资源调查，2009年后资源调查报告陆续出版。2019 年7 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《长城、大运河、长征国家文化公园建设方案》，2023 年底基本完成建设任务。明确了6 项重点任务和5 类重点工程（保护传承工程、研究发掘工程、环境配套工程、文旅融合工程和数字再现工程）。

课题组在史料挖掘、信息采集、数据库建设、数字云平台搭建以及博物馆展示等方面有所进展，遗存现状的三维数据和全貌数字在线，为线上与线下相结合的统一标示、资源分布导览，建立国家掌控的核心数据资源平台、统筹管理、发布、分享资源调查数据和散落地方和民间的长城数据资源提供数据基础和技术支撑。

2.1 明长城全域全线数据库搭建

明长城体系复杂，课题组搭建了“明长城防御体系时空数据库”，实现明长城全域防御体系的可视化，包含1000 余座城池（镇—路—卫—所—堡5 类）、1000 余座关隘、2000 余座驿传（驿—递—铺—军站—站城—塘站6 类）和 2000 余座烽燧的空间分布和属性信息（地理位置、历史沿革、聚落形制、街巷空间等），支持博物馆中汉明长城墙体、城池关隘、驿传系统、烽传系统、预警系统和贸易市口各子系统的历史信息、现状照片、全景漫游和家族化复原模型的全貌展示，破解“长城是线性墙体”的认识误区。

明长城的墙体是世界体量最大的建筑遗产，为摸清长城选址、构造做法、建筑材料、遗存和损毁情况，课题组通过两年多时间外业航测，拍摄照片200 万张，搭建“明长城全线图像与三维数据库”及其建筑目标智能识别模型，完成明长城5500km 贴近摄影测量（人工墙体总长6200km），图像分辨率平均厘米级，并可生成墙体连续三维数据。支持明长城全线自由在线浏览、长城之最展示（尺度与规格之最、构造与数量之最、分布与保存之最），支持明长城全线墙体病害监测平台建设，展示10 年前后同一地段的损毁情况（图像和量化分析），并提供后期数据更新和物联服务（图6）。

2.2 线上云平台开发

长城尺度巨大，数字再现/孪生是最佳展示手段，也是国家文化公园的第五大工程之一。课题组提出建设全线遗存数字化管理系统（云平台），将长城国家文化公园建设五大工程合而为一，线上与线下文旅融合工程紧密相连，实现大尺度线路遗产在线虚拟游览和公园体系同步、实时、互补。面向国内外不同需求受众，有条件开放数字资源和专业数据库，实现文化价值的全球性广泛传播。长城数字云平台针对研究机构、管理机构和公众群体分别搭建3 个层次内容：（1）长城基础资料数据层，（2）长城文化知识应用层，（3）公众展示游览服务层（表1）。

课题组与互联网企业联合搭建的“云游长城”平台和微信小程序即将上线，“云游长城”的后台“长城文化资源库”，通过明长城防御体系、知识专题、研究文献、高清实拍4 个模块涵盖以下内容：明长城连续墙体分布、墙体现状图片、墙体三维影像和全景漫游、长城防御体系的构成、九边重镇的分布、长城知识、以明大同镇和山西镇为例介绍镇、路、卫、所、堡各级城池建筑特征、长城防御体系的名词解释、长城建筑类型介绍、长城专栏等。首次向公众展示明长城防御体系全貌（图7）。

2.3 大数据支持的博物馆建设

博物馆建设是长城国家文化公园建设的重要内容，课题组在山海关中国长城文化博物馆（暂定名）的展陈大纲编制和内容设计中，可视化长城防御体系的系统关系，常设展厅分为5 个部分：长城发生与发展、长城军事与防御、长城营造与建筑、长城戍守生活、长城边贸与文化。利用课题组的数据储备，实现：（1）第一部分，长城发生与发展，利用汉、唐、金、明等时期长城体系的数据，展示长城分布、无盲区展示明长城连续空中影像和三维数字化形象，首次做到自由“飞越”明长城全线，历代长城墙体分布时空动态演示；（2）第二部分，长城营造与建筑，利用汉明军事制度与防御体系的空间关系数据，改变“长城就是一道墙”的传统认知，建立各关城、城池、烽燧之间的空中游览路线，完整展示汉明防御体系；（3）第三部分长城营造与建筑与第四部分长城戍守生活，利用三维点云模型从全线视角提炼出诸多“长城之最”，包括尺度与规格、构造与数量、分布与保存；“匠心营造”单元展示施工与管理、材料与工具、运输与搭建、工艺技术；“龙鳞凤羽”单元展示长城的构造——百变长城和防御设施——家园保障；（4）第五部分，长城边贸与文化，利用明代现存贸易市场的空间分布、航照和史料挖掘贸易交换的过程，展示长城内外的南北、长城与丝路的东西向交流与融合是历史常态，阐释“长城并非对抗”。保持后续数据与博物馆数据同步物联更新（图8）。

表1 长城数字云平台搭建思路

3 结语

通过基础数据库建设、公众共享的数字云平台的搭建、博物馆数字化展示及其物联建设，向国际国内社会展示长城的真实性和完整性，是长城整体性保护和可持续发展的有效途径。长城资源调查显示：明长城全长6259.6km（未计2500km 左右的壕堑和自然险长度）的人工墙体中，只有8.2%保存状况尚好，而74.1%保存较差或仅余基底部分。墙体尚且如此，城池烽燧等更甚。课题组在整体性研究基础上，全面采集遗存现状信息，以完成全面数字再现建设，或将通过驿传和烽传系统传递路线的空间关系，借鉴英德古罗马长城遗址展示方法[8]，虚拟再现已消失和濒临消失地段，及各遗产点之间的应援关系，推动长城大型遗产的整体性保护与可持续发展。

注释

1） 联合国教科文组织网站http://www.unesco.org/

2） 实录记载：兵部言：“宣、大、山西、辽东四镇，修墙设险，仅能御零贼。若大虏溃墙深入，地广备多，非墙军可支。宜令边臣严为守御。计在沿边，则谨烽燧，以明耳目；在近边，则筑墩堡，以便收保。”诏：“督抚官从实行之”《明世宗实录卷542》，8763页，转引自何宝善.明实录长城史料[M].北京:北京燕山出版社,2014:246.

3） 山西镇沿边墩台包括“墩”和“台”，“沿边每十里或七八里为一大墩，五里四里为一小台，大墩守军十人，小台五人。”腹外接火台和腹里接火台则每十里或八里“止用大墩，筑墙围之，环以壕堑，留一小门，拨夜不收五人戍守，遇警接递传报。”另见参考文献[5]。