浅谈数字可园的构建及其对古建筑文物的保护性意义

国家重点文物保护单位 云山屯古建筑群

张燕玲

【摘 要】数字可园是可园博物馆数字化系统工程建设的重要组成部分，其核心内容是可园古建筑三维测量与建模。本文论述了“数字可园”构建的全过程和对可园古建筑的真实还原、保护传承、合理利用与科学管理，以及对于建立古建筑文物科学保护长效机制具有的积极意义。

【关键词】构建 数字可园 古建筑文物保护

一、东莞可园

东莞可园，全国重点文物保护单位，始建于清道光三十年（公元1850年），与番禺余荫山房、佛山梁园、顺德清晖园合称广东清代四大名园。可园占地约2204平方米，临湖、近路、傍江，自然风光幽雅。建筑设计精巧、布局紧凑、虚实得体。厅堂室舍、廊榭房轩、亭台悬阁糅合天成，极尽园趣。可园主人张敬修以武将之姿起家、以文人之风行世，“将骨文心”的特质在可园建筑风格中亦可窥探一斑。一是由他自撰的《可楼记》云：“居不幽者，志不广；览不远者，怀不畅。吾营可园，自喜颇得幽致……”[1]可见其以“幽”与“览”为造园匠意。二是在建造手法上，运用传统民居、庄寨、园林，把雅集会客、瞭望防卫、休憩游览等功能统筹兼顾，营造了可园别出心裁的独特个性。

可园博物馆是可园古建筑的保护与管理机构，集文物保护与收藏、研究与展示、学术与交流、文化与休闲等功能于一体，是展示可园古建筑本体、可园主人张敬修生平、岭南传统园林与建筑特色、“岭南画派”创始人居巢、居廉与可园的关系及脉络传承等的专题性博物馆。

二、数字可园的构建初衷

《国家文物事业发展“十三五”规划》中的“互联网+中华文明三年行动计划”提出：“推动互联网的创新成果与中华优秀传统文化的传承、创新与发展深度融合，充分发挥市场作用，通过观念创新、技术创新和模式创新，推动文物信息资源开放共享……进一步发挥文物资源在培育社会主义核心价值观、构建中华优秀传统文化传承体系和公共文化服务体系中的独特作用。推进文物信息资源开放共享，调动文物博物馆单位用活文物资源的积极性……”[2]可园博物馆从上一个“五年计划”起已启动可园博物馆数字化系统工程建设，分步实施，逐步完善。本文所论及的“数字可园”的构建，是可园博物馆数字化系统工程建设的重要组成部分。

三、数字可园的核心内容

数字可园的核心内容是“可园古建筑三维测量与建模”。运用三维激光扫描技术，完成古建筑的测绘和精细模型建模，包含四类数据：古建筑测绘图、古建筑精细三维模型、古建筑高精度点云数据、多媒体数据。构建内容包含两大部分：

（一）数据采集制作部分

（1）全方位三维激光扫描和高清影像采集

（2）测制平、立、剖面古建筑测绘图

（3）制作古建筑精细三维模型、非重点建筑、园林小品三维模型与高清影像纹理

（二）系统构建部分

（1）专家科研系统

（2）公众互动系统

（3）互联网漫游系统

四、项目具体实施

经公开招标，数字可园中“可园古建筑三维测量与建模”项目的承办单位为广州市城市规划勘测设计研究院。经过勘查、调研和数据采集，双方项目组进行了设计交底，明确项目任务，确定实施方案，理清系统结构、软件与硬件配置等方面的需求。

（一）划定区域范围

包括可园古建筑群（面积2204平方米）、博物馆外围和三个湖面，总面积约18000平方米。建筑测绘图范围包括可园古建筑总平面图中有名称的建筑。点云数据范围覆盖整个可园古建筑区。

（二）可行性试验

为验证双方制定的技术实施方案是否可行，选择可园“东南角楼”为试验对象，从三维激光扫描、生成点云数据、三维模型构筑及至测绘图制作等全过程先行试验。验证了技术设计流程、数据检查流程的可行性，制定了测绘图和三维模型的数据标准。

（三）三维激光扫描与测量

采用GDCORS-RTK与全站仪控制测量、站心点、特征点测量。采用RieGL VZ_400细部扫描测量，分三期进行。第一期：古建筑区全面扫描，含植被、家具；第二期：移除盆栽、家具，采用自制云台补扫遮挡、屋顶，扫描非古建筑部分；第三期：配准结束，根据点云查漏补缺。

通过在围墙、天花吊顶内、楼梯隔间等可园全部空间设站，并设计平台采集死角，使原始点云数据量达到1.2T，点云覆盖率优于90%。

（四）点云处理与入库

原始点云配准和精确匹配后，经过去燥、抽稀、滤波分类，重新进行排列、分块并写入点云存储文件。在数据库中记录点云分块在文件中的偏移量和测量时间。

（五）测绘图制作

建筑测绘图是反映建筑现状的正投影线划图，包括总图、平面图、立面图、剖面图、门窗详图等。遵循“从整体到局部，先控制后细部”的测绘图制作原则，先确定建筑的控制点和控制线的精确位置，再细部测量各部位、各构件细节尺寸。按照“平面—剖面—立面”顺序绘制，合理安排各视图间的关联组合。绘制完成可园古建筑测绘图纸，分八个区绘制测绘图纸66页。测绘图制作要求如下：（1）如实反映材质信息；（2）实测结构尺寸，检测精度优于5厘米（尺寸较差中的误差）；（3）图线、字体、比例、符号、定位轴线、材料、尺寸标注等参照《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2001执行；（4）根据门窗型号绘制门窗详图，制作门窗图录表。

（六）三维模型制作

（1）技术路线（见图1）

（2）三维模型分级

三维模型按照精细程度分为四级：一级模型为点云模型，采集精度为5毫米，实现量测功能，满足专家科研系统调用；二级模型为细节建模表现，辅以高清影像表达，用于视点15米以内的近距离显示，满足古建筑查看及對比；三级模型为主体建模表现，辅以高清影像表达，用于视点15米时的显示；四级模型主要为消防器材、垃圾筒、路灯、虚拟游客等。二至四级模型用于构建漫游系统场景。

（3）生成模型

构筑而成的模型主要有：古建筑模型、外围建筑模型、家具与植被模型、雕塑与假山模型、地形模型。

（七）系统集成

为适应数字可园档案的总体规划部署和有效实施，项目集成了“古建筑园林专家科研与互动漫游系统”，由三个子系统构成：

（1）专家科研系统：采用单机模式，实现可园古建模型、点云的管理和分析应用，实现测绘图的调用、授权修改与更新、安全存储等功能。

（2）公众互动系统：采用C/S模式，实现用户端的浏览、漫游、查阅，部分重要建筑结构的模拟拆分与拼合功能，模拟光效、水波、重力、碰撞、门窗开合等特效。

（3）互联网漫游系统：采用B/S模式，基于优化的可园模型而搭建的网络版漫游系统，在互联网上发布，功能同公众互动系统类似。

（八）构筑软硬件架构（见图2）

五、项目成果与专家验收

数字可园中的“可园古建筑三维测量与建模”从项目招标至2014年7月全面完成，耗时约两年，期间双方项目组经二十多次的技术磋商、阶段性成果演示与修改再调试，最终完成的项目成果包括：专家科研系统、公众互动漫游系统、互联网漫游系统、点云模型（电子文档）、建筑测绘图（图纸及电子文档）。

2014年7月8日“东莞市可园博物馆可园古建筑三维测量与建模”项目验收会议在可园博物馆召开，由广州大学建筑与城市规划学院教授、广州大学岭南建筑研究所所长、广东省文物保护专家委员会委员汤国华，广东中科遥感技术有限公司负责人、北京大学理学博士范海生，广东省博物馆馆长、研究馆员、享受国务院政府特殊津贴专家魏峻，广东省计算中心教授级高工潘纪前，广东省科学院广州地理研究所研究员、中国科学院大学兼职教授、广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室主任、硕士生导师钟凯文，组成项目验收专家组。验收专家组经听取项目承接办方的工作报告、审阅招投标文件与项目成果资料，观摩系统演示，经质询、答疑与共同讨论，一致认为项目组已完成合同规定的内容，同意通过验收。2015年11月，该项目由项目承接办方申报荣获“2015中国地理信息产业优秀工程”铜奖。

六、对古建筑文物的保护性意义

在当今科技瞬息万变的时代，智慧博物馆的建立已悄然而至，“互联网+”更是近年来吹响的科技号角，数字化管理已迅速融入大众日常的生活与工作中。数字可园形象地记录了可园古建筑的本体构造、传统工艺、型制体量，建立了海量点云的分层存储与基于模块索引的数据库管理，以及健全了建筑测绘图等，为可园古建筑的建造档案和养护维修等提供原始资料。对于古建筑文物保护具有积极的意义：

（一）数字博物馆是实体博物馆向外打开的另一扇窗口，是广泛传播博物馆文化、强化文物保护（包括不可移动文物保护）意识的重要渠道。该项目采用虚拟仿真技术、网络技术、数据库技术集成开发可园古建筑综合展示与管理分析平台，实现了可园古建筑高精度的线上漫游、宏信息量的数据存储、多功能的动态调用、海量点云数据支持下的流畅视觉表达，带给游客及网上游览者身临其境的沉浸感。有认知才有了解，而保护与传承则从认知与了解开始。数字可园以及逐步完善的数字博物馆，是可园博物馆与社会公众的联系沟通的纽带，让公众对可园古建筑从了解逐渐转变为感性认知，使古建筑文物保护与传承的意识潜移默化。

（二）中国传统建筑结构之巧妙、工艺之精湛，一般的测绘技术难以准确、精细地测量与记载，而采用三维激光扫描、数字摄影测量等多种测绘设备与技术集成，可实现对古建筑的高精度、全方位、深层次、多维度的记录与描述。使可园古建筑的精妙构造、传统工艺、型制体量得以真实还原，为探研可园古建筑乃至岭南建筑园林的流变，亦为可园古建筑的“有效保护、合理利用、科学管理”提供准确可靠的基础数据。

（三）可园古建筑是岭南古典庭园的杰作，其建筑工艺、布局构图精雅而幽致，是岭南古建筑的珍品。然而，可园古建筑的历史资料档案仍局限于部份的建筑图纸，再者因年代久远，纸质档案资料的保存不能绝对完好。数字可园的构建，获取了可园古建筑海量点云数据、构筑了精细的三维模型、测制了古建筑平立剖面测绘图，使可园古建筑的基础资料更真实、更完整、更利于永久保存与有效调用。为建立科学保护古建筑文物长效机制、实施古建筑预防性保护与抢救性保护相结合创造了前提条件。

七、结语

古建筑，是不可再生的文物，具有重要历史、科学和艺术价值，古建筑园林的“厅堂轩院、亭台廊榭，湖山桥树”是人类历史文脉的符号与延续，可园亦然。让我们顺应科技时代的发展，对可园古建筑进行信息化研究，向数字化、大数据、智慧型迈进，科学合理地传承与开发利用！

参考文献：

[1]杨宝霖.东莞可园张氏诗文集[M].广州：广东人民出版社出版，2008.

[2]國务院.国家文物事业发展“十三五”规划[EB/OL].http：//www.sach.gov.cn/.