十八年,測繪布達拉宮
11月27日至11月30日,在京舉行的第三屆文明古國論壇部長級會議審議通過《北京宣言》。宣言強調,所有的文明構成了人類共同的遺產,不同國家、不同民族、不同文明之間要相互尊重,共同努力推動人類進步和世界和平可持續發展。布達拉宮作為我國多民族融合的見證和重要的文化遺產,始終受到世人矚目,而用18年了解這個珍貴文化遺產的布達拉宮精細化測繪項目團隊,則展現了測繪工作對人類文明的守護、記錄和傳承。
800多個定位點,測出布達拉宮建筑整體輪廓
“你只要做布達拉宮的事情,你一輩子都會感到很幸福。”這是中國文化遺產研究院副總工程師、布達拉宮精細化測繪項目負責人查群經常對合作伙伴說的一句話。
查群在布達拉宮從事測繪及保護工作,今年已經是第18個年頭。而無論是初見,還是熟識,布達拉宮,都是她心目中最美的建筑。
時光回溯到2001年,她第一次去拉薩,仰望布達拉宮,看著金頂群在藍天白云下熠熠生輝,鎏金寶瓶與紅色經幢交相輝映,這種震撼如疾風而來。她聽到自己內心的聲音:“這是我愿意傾之一生的地方!”
那時候查群剛進單位兩年多,只是配合雪城保護規劃,在現場頂多是做輔助工作。“雖然在布達拉宮只待了一個月,但我覺得我還會回來的。”
2006年,機緣巧合下,單位派查群承擔布達拉宮保護規劃工作。文物保護規劃是對文物保護對象制定20年左右的保護工作計劃,因此,要對保護對象進行全面的了解、分析和研究。而對于布達拉宮這樣一個復雜的建筑體來說,想深入地了解布達拉宮建筑形制、壁畫位置、病害分布、管線布設等情況,沒有建筑模型是很難解釋清楚的,因此,查群的理想是通過保護規劃這個機緣建立布達拉宮建筑模型,所以實際上她在那里干得最多的是勘察和測繪工作。
“從2006到2009年,布達拉宮保護規劃項目組在布達拉宮斷斷續續一共待了380天。”
布達拉宮是山體建筑,為了保證有足夠大和穩定的平面來支撐殿堂,就必須在山體和殿堂之間修建建筑基礎,這就構成了布達拉宮龐大的建筑基礎——“地壟”。地壟是由“井”字墻體砌筑而成的建筑基礎體系,靠近外墻的部分有類似劍窗的通風口,比較容易辨識,內部的地壟就必須通過內部通道或殿堂內的通風口發現并進入。很多內部的地壟在布達拉宮修建完成后被封堵起來,這不僅給測繪帶來了巨大的困難,更為主要的是不能全面地了解布達拉宮的建筑整體,以及這些被封堵地壟的保存狀態,從而有針對性地制定保護措施和保護工作計劃。
“因為要搞清楚殿堂和地壟之間的關系,所以我們在測繪時通過殿堂里的通風口,用鉛錘掉線至地壟,作為殿堂和地壟上下空間的導線,確定他們之間的相互關系。”她進一步說明,“還有內外空間的相互關系,都是通過引出導線的方法進行測繪的。”
在外圍,她們用全站儀打了800多個點定位,把整個布達拉宮建筑的外輪廓測出來了。“那時候,為了保證全站儀的點位與建筑的位置準確無誤的對應,我們白天打點,晚上馬上就CAD編號并建立三維坐標,一點都不敢怠慢。”
就這樣,整整3年,她和她的專業團隊將布達拉宮的紅、白宮從里到外、從上到下測了個遍。“我們確實沒有更多的時間和精力完成布達拉宮其他建筑組群的測繪建模工作了。其實按道理來說,我們那時候可以利用三維激光掃描的,但是資金和時機都不成熟。”
所以在10年之后,無人機傾斜攝影、三維激光掃描技術被廣泛地應用到文物保護行業之際,查群所在的單位再次啟動用先進技術進行布達拉宮精細化測繪項目,由查群擔任項目負責人。
該項目采用了控制測量和聯系測量、無人機傾斜攝影、三維激光掃描以及多視角高清影像紋理采集等技術,自2016年11月到2018年2月,測繪專業人員在現場工作近兩年的時間,轉站8000多個點位,自主研發內外空間導引設備,對建筑群及其周邊環境進行了高精度三維信息采集和高清紋理信息采集工作,搞清楚了布達拉宮復雜建筑的整體狀態,讓布達拉宮1200多個神秘地壟“現”出原形。
在布達拉宮的保護上,我覺得用任何先進技術都值得!”查群說。
文物測繪工作,始終要以“保護”為框架和核心
布達拉宮的精細化測繪與普通的測繪還有區別。“對于文物測繪,必須和文物保護充分結合,測繪數據應當具備文化遺產保護項目的特點,而不僅僅是一般意義上的測繪成果。”查群經常對專業測繪團隊強調這一點。在她眼里,測繪只是工具,文物保護才是最終目的。如果單純地讓技術團隊去測布達拉宮,也能得出非常精細的數據,但結果可能是用一個三維模型將布達拉宮展示出來,而與文物保護的關系不緊密。“每一個文物對象的保護都有自己的特點,測繪時必須充分考慮測繪結果的針對性。”
針對布達拉宮建筑群幾十年來不間斷的保護和研究工作經驗,針對布達拉宮極其復雜的建筑特征及空間形態、目前為止還有未知建筑空間、以及正在進行的建筑結構分析及監測需要的特殊性,她在測繪前對技術團隊提出了幾個要求:
第一,標注基巖——搞清楚建筑和山體的交界面。對地壟里露出的所有基巖部分進行標識,根據這些標識的基巖碎片去推擬整個山體的輪廓。當所有測繪工作完成后,將推擬的山體輪廓模型與建筑模型進行套合,留白部分就可能是未被發現的地壟。
“布達拉宮的建筑材料主要是土、石、木。椽子木就是地壟中起拉接作用的結構構件,如果地壟未被發現,那么這些經歷了300年到400年的椽子木很有可能都糟朽了,那么地壟的結構就存在潛在的危險,只有打開地壟、發現了這些潛在的危險,我們才能制定有針對性的保護措施。”她解釋道。
當這些基巖碎片被三維定位在建筑內部的各個角落、并通過模型展現出來時,查群很興奮:“這就是我們多年來想要的結果!”。
第二,標注裂縫——建筑結構分析與監測。保護布達拉宮建筑的關鍵就是保證它結構的穩定。墻體是布達拉宮的主體結構,所以墻體的保存狀態直接決定了布達拉宮的結構穩定性。查群首先要求測繪團隊標注這些裂縫,其次要求對裂縫進行毫米級的精細測繪。然后請專業的結構團隊去分析裂縫的類型,從而建立布達拉宮墻體裂縫整體分布情況模型。
第三,山洞三維坐標——現有山洞和紅山山體及布達拉宮建筑之間的空間關系。紅山上有三個山洞,有兩個分別位于紅山東西兩側末梢山腳下,對建筑影響不大,但是其中有一個山洞距雪城西側城墻不遠,且深100多米,在沒有進行三維坐標定位之前,不能確切地知道山洞和建筑之間的關系,確實很擔心會對建筑產生影響,所以,在沒有進行精細化測繪之前,保護規劃的保護措施中是要對其進行內部支撐的。但經過三維激光掃描、對其進行三維坐標定位后,他們發現,這個山洞與山脊相距45米,對山的穩定性影響不大,之后只需要持續進行觀察和監測就可以了。
布達拉宮只是查群開展的文物保護項目之一。她說,文物保護的最大特點就是保護對象的復雜性和多樣性。“文物有地上、地下,史前、史后,我們必須依據保護對象的價值及體現價值的方方面面,不僅要有宏觀的把控,也必須注意到一些細節的體現。”
查群堅信,測繪進入文物保護是一個必然的結果,作用也將越來越凸顯。
建立布達拉宮數據庫,讓歷史與文明世代傳承
用測繪記錄歷史,將布達拉宮某一個時段的真實數據長久保留下去,并對未來的布達拉宮保護建立一套管理系統,是查群一直以來的追求。“我這輩子最大的理想就是建立布達拉宮的數據庫,這是一個整體性和構件化相結合的信息管理體系,不僅僅是關于建筑的,而是布達拉宮全方位的管理體系,我相信這也是布達拉宮保護工作者共同的理想。”
她想要的是,不管今后什么時期,都可以通過這個管理系統為文物提供持續性的保護策略依據。而越早留取布達拉宮真實數據,對“防患于未然”的作用就越大。
因為這次精細化測量的數據要作為最原始的數據,作為未來進行監測的比對指標,所以她要求測繪人員必須按照文物保護的要求將所有數據都測出來。除此之外,在數據處理時不僅要形成布達拉宮三角網整體模型、提煉各建筑組群的CAD格式的建筑圖,還要建立BIM系統,對布達拉宮建筑進行構件化管理。
那么,構件化管理的意義是什么?
查群解釋說,文物保護對象是一個已經存在的建筑,要了解它的保存狀態,就必須清楚里面的每一個構件的狀態,如果構成布達拉宮建筑的所有構件都有自己的ID,那么關于它的所有信息都可以進行登錄和管理。她舉了個例子,比如布達拉宮的某根柱子在某年因失去結構功能而更換,如果這根柱子有自己的ID,那么就可以把這些信息加載在這個構件模型自己的屬性里,自此,關于這根柱子所有的變化都可以隨時記錄在它自己的ID里,因此可以實現了持續跟蹤保護管理。
“在法國,幾乎每處文化遺產的展覽部分都會包含一份對這處文化遺產保護歷史的視頻,因為他們在100多年前就已經開始注意留取原始數據和圖像資料工作了,從第一次留取資料之后的每次保護行動都會被記錄下來,形成一部該文化遺產的保護歷史檔案。”中國目前對文物保護過程的資料留取、保存和管理還不規范,但是查群說她們正在努力,先從項目做起,探討一套數據留取的基本要求。
布達拉宮構件化模型管理還只是第一步,接下來是建設一個綜合性的平臺,要把所有管理數據加載在這個平臺上,這樣不僅可以構成建筑結構、遺產環境等監測平臺,還可以拓展成日常保護工作的布達拉宮綜合性管理平臺。
當然,建立一個文化遺產保護工作綜合性管理平臺并非易事,它需要全方位、多學科的框架構建,目前尚在探索階段。
“文化遺產時代不同、區域各異、類型豐富、材料多樣等特點,因此,文化遺產保護需要不同專業背景的人員介入。”作為一名測繪專業人員,她希望大家共同努力,通過對文化遺產的保護,真實地把文化傳承下去。
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