摘要：當(dāng)今，新興數(shù)字技術(shù)對于文化遺產(chǎn)的保護(hù)與記錄顯得至關(guān)重要，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用使得諸如降低文化遺產(chǎn)損壞風(fēng)險(xiǎn)、制定文化遺產(chǎn)預(yù)防性保護(hù)計(jì)劃、實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)全生命周期記錄與監(jiān)管以及文化遺產(chǎn)可持續(xù)性保護(hù)等目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。作為文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)領(lǐng)域的國際先進(jìn)組織，國際建筑攝影測量與文化遺產(chǎn)記錄委員會(huì)（CIPA HeritageDocumentation）自1968年成立以來，一直積極致力于匯集與發(fā)表各類前沿的文化遺產(chǎn)保護(hù)與記錄的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。CIPA2023會(huì)議是后疫情時(shí)代由該組織主辦的首次線下集會(huì)，大會(huì)不僅為學(xué)術(shù)交流提供了平臺，更匯集了大量前沿研究進(jìn)展、創(chuàng)新的數(shù)據(jù)收集方法，以及應(yīng)對復(fù)雜挑戰(zhàn)時(shí)的有效解決方案。歷史建筑信息模型（HBIM）是文化遺產(chǎn)數(shù)字化的核心和紐帶。無論是對于單體歷史建筑或建筑群，還是大規(guī)?？脊胚z址和景觀遺產(chǎn)，抑或分布廣泛的線性文化遺產(chǎn)，綜合運(yùn)用HBIM對其進(jìn)行保護(hù)已被廣泛認(rèn)為是高效精準(zhǔn)且潛力巨大的。本文通過檢索國外學(xué)者在CIPA2023會(huì)議、國際攝影測量與遙感學(xué)會(huì)（ISPRS）出版物以及Web of Science（WoS）中所發(fā)表的HBIM研究文獻(xiàn)，總結(jié)基于HBIM對遺產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行建模，文化遺產(chǎn)管理、監(jiān)測和修復(fù)的研究，可訪問資源構(gòu)建，以及探索數(shù)字孿生技術(shù)和深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用等四個(gè)方面的最新研究進(jìn)展，介紹HBIM國際研究與應(yīng)用的前沿進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：CIPA2023會(huì)議；文化遺產(chǎn)；建成遺產(chǎn)；數(shù)字化；歷史建筑信息模型（HBIM）

一、 國際建筑攝影測量與文化遺產(chǎn)記錄委員會(huì)與CIPA2023會(huì)議

作為國際古跡遺址理事會(huì)（ICOMOS）歷史最悠久的國際科學(xué)委員會(huì)之一，國際建筑攝影測量委員會(huì)（CIPA）于1968年由國際古跡遺址理事會(huì)和國際攝影測量與遙感學(xué)會(huì)（ISPRS）共同成立。該委員會(huì)的成立旨在促進(jìn)測量科學(xué)技術(shù)在文化遺產(chǎn)文檔記錄領(lǐng)域的應(yīng)用，因最初的法語名稱“ComitéInternational de la Photogrammétrie Architecturale”無法完全囊括其在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)開展的全部活動(dòng)和所作出的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，而后更名為國際建筑攝影測量與文化遺產(chǎn)記錄委員會(huì)（CIPA HeritageDocumentation， 簡稱“CIPA HD”）。

作為文化遺產(chǎn)記錄與文化遺產(chǎn)信息使用者之間的連接紐帶，CIPA HD致力于將應(yīng)用于測繪科學(xué)與可視化科學(xué)的技術(shù)引入到文化遺產(chǎn)記錄、保護(hù)和文獻(xiàn)領(lǐng)域，其主要肩負(fù)以下兩項(xiàng)職責(zé)：一是鼓勵(lì)制定事關(guān)文化遺產(chǎn)各方面的記錄、文獻(xiàn)和信息管理的原則與實(shí)踐準(zhǔn)則；二是支持和鼓勵(lì)相關(guān)從業(yè)人員開發(fā)專業(yè)工具和技術(shù)來支持前述行動(dòng)。自1968年成立以來，CIPA HD已召開32次國際會(huì)議，包括1968年的成立大會(huì)、1980年和1986年的第一屆和第二屆國際學(xué)術(shù)討論會(huì)以及每兩年舉辦一次的國際研討會(huì)（見表1）。

作為后疫情時(shí)代舉辦的首個(gè)重要的文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)國際會(huì)議，CIPA2023會(huì)議吸引了來自35個(gè)國家和地區(qū)的400余名專家學(xué)者。所有學(xué)術(shù)論文均圍繞“記錄、理解和保護(hù)文化遺產(chǎn)：塑造未來的人文和數(shù)字技術(shù)（Documenting，Understanding， Preserving Cultural Heritage：Humanities and Digital Technologies for Shapingthe Future）”這一主題展開。大會(huì)由意大利佛羅倫薩大學(xué)和佛羅倫薩市政府主辦，并與米蘭理工大學(xué)（Politecnico di Milano）、都靈理工大學(xué)（Politecnico di Torin）、威尼斯大學(xué)（Università Iuav di Venezia）以及布魯諾·凱斯勒基金會(huì)（Fondazione Bruno Kessler）等文化遺產(chǎn)保護(hù)與數(shù)字化領(lǐng)域知名院校和機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作。同時(shí)，也得到了托斯卡納（Tuscany）大區(qū)、國際古跡遺址理事會(huì)意大利委員會(huì)（ICOMOS Italia）和意大利攝影測量與地形學(xué)會(huì) （SIFET） 等意大利區(qū)域和國家組織的大力支持。 會(huì)議論文涉及18個(gè)話題，從文化遺產(chǎn)保護(hù)的前沿技術(shù)及其應(yīng)用到文化遺產(chǎn)的監(jiān)測與管理，重點(diǎn)關(guān)注了新興技術(shù)和應(yīng)急保護(hù)，以及文化遺產(chǎn)保護(hù)教育、瀕危文化遺產(chǎn)保護(hù)和信息傳播等（見表2）。

二、歷史建筑信息模型

過去幾十年中，建筑信息模型 （Building Information Modelling，簡稱“BIM”） 的應(yīng)用范圍和場景顯著擴(kuò)展，特別是在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域。2008年，阿拉伊奇（Arayici）首次提出BIM這一方法，其適用目標(biāo)主要針對于既有建筑（ExistingBuilding）[1]。這項(xiàng)研究中的實(shí)踐案例展示了通過使用3D激光掃描工具所獲取的數(shù)據(jù)對既有建筑應(yīng)用BIM的方法，被稱為eBIM（BIM for ExistingBuilding）。 在eBIM中，既有建筑的各方面信息得以記錄和管理，包括使用BIM進(jìn)行全生命周期分析和資產(chǎn)管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問、維護(hù)計(jì)劃、應(yīng)急管理、改造、維修與重建、建筑能源模擬、環(huán)境分析等方面[2–5]。

在文化遺產(chǎn)與歷史建筑保護(hù)領(lǐng)域中，許多建筑師、考古學(xué)家、保護(hù)專家和工程師將 BIM視作一種技術(shù)變革，重塑了各類專業(yè)人員的研究與實(shí)踐方法，包括（1）狀態(tài)監(jiān)測；（2）項(xiàng)目、遺產(chǎn)和資產(chǎn)管理；（3）多樣信息記錄；（4）制定預(yù)防性保護(hù)決策[6–8]。洛格西提斯（Logothetis）提出將BIM應(yīng)用到現(xiàn)存歷史建筑的寶貴方法，并使用點(diǎn)云（Point Cloud）數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)踐[9]。目前，用于實(shí)施歷史建筑信息模型的平臺可分為商業(yè)平臺和開源平臺兩類，前者主要以GraphiSoft ArchiCAD?，Autodesk Revit?， Bentley MicroStation V8i?和Tekla Structures?等軟件為代表，可實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的建模。而開源平臺則以Edificius（Acca Software） ?，Tekla BIMsight?和AutodeskNavisworks Freedom?等平臺為代表，因缺乏充足的工具集，主要用作投影和可視化模型工具[10]（見表3）。

對于擁有豐富文化遺產(chǎn)資源且分布廣泛的發(fā)展中國家來說，HBIM不失為一種文化遺產(chǎn)保護(hù)的創(chuàng)新方法，既能夠節(jié)省人力成本和時(shí)間成本，又能解決傳統(tǒng)測繪與調(diào)查方法中存在的人為誤差因素，還可以提高現(xiàn)場外業(yè)工作的效率和所獲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，在同一項(xiàng)目中，使用HBIM構(gòu)建一個(gè)擁有插件的參數(shù)化對象庫，能夠促進(jìn)不同學(xué)科背景的專業(yè)人員之間文件和數(shù)據(jù)的存儲和共享以及協(xié)同工作。

盡管全球范圍的研究人員和團(tuán)體都在積極投身這一新興領(lǐng)域，但相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展在歐洲，特別是意大利，表現(xiàn)尤為突出。意大利歷史悠久，世界遺產(chǎn)地?cái)?shù)量③居世界之首，文化遺產(chǎn)資源豐富，面臨著復(fù)雜多樣的文化遺產(chǎn)保護(hù)問題，因而長期以來一直致力于探尋更為有效且精準(zhǔn)的保護(hù)方法。在Web of Science（WoS）數(shù)據(jù)庫中使用主題（Topic）“Historic Building InformationModelling”并關(guān)鍵詞（Keyword）“HBIM”進(jìn)行檢索，在出版物和科研方面有著豐富貢獻(xiàn)的前三個(gè)機(jī)構(gòu)分別是：意大利米蘭理工大學(xué)（Politecnicodi Milano）、都靈理工大學(xué)（Politecnico diTorino）和西班牙塞維利亞大學(xué)（Universidad deSevilla）（見表4）。這一結(jié)果從側(cè)面反映了表1中“意大利是舉辦過CIPA會(huì)議次數(shù)最多的國家”這一事實(shí)，也進(jìn)一步表明了該國在文化遺產(chǎn)保護(hù)與記錄數(shù)字化領(lǐng)域中擁有著廣泛的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的研究基礎(chǔ)。此外，由意大利政府部門或組織資助的跨國合作項(xiàng)目也有助于將HBIM傳播到更多擁有豐富文化遺產(chǎn)資源的發(fā)展中國家，例如，由米蘭理工大學(xué)科琳娜·羅西（Corinna Rossi）副教授主導(dǎo)的“生活在邊緣環(huán)境（Living in a FringeEnvironment，簡稱“LiFE”）項(xiàng)目采用數(shù)字建模的方法展現(xiàn)了羅馬帝國時(shí)期埃及的古老住宅[11][12]。

HBIM過程主要包含數(shù)據(jù)收集和對象建模兩個(gè)階段，同時(shí)其在記錄信息、分析數(shù)據(jù)、模擬現(xiàn)實(shí)和利用插件等方面具有可拓展性。在數(shù)據(jù)收集階段，數(shù)據(jù)按照其幾何屬性可被分類為非幾何數(shù)據(jù)（Non-geometric Data）和幾何數(shù)據(jù)（GeometricData）兩類[13]。前者包括研究對象的材料類型、建筑技術(shù)、歷史數(shù)據(jù)、物理性質(zhì)、檔案數(shù)據(jù)和歷史文件等[14–17]；后者則主要用于創(chuàng)建研究對象的三維模型，其收集手段既包含使用傳統(tǒng)測量儀器[18][19]，也包含：（1）帶有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的全站儀[20][21]，（2）文化遺產(chǎn)圖像[22][23]，（3）近景攝影測量（Close-range Photogrammetry），（4）地面激光掃描（Terrestrial Laser Scanning）[24]，（5）無人機(jī)（UAV）[25][26]等新興手段。這些方法已廣泛應(yīng)用于對沿線性或區(qū)域性分布的大規(guī)模遺產(chǎn)和呈集中分布的大體量遺產(chǎn)的精細(xì)三維建模[27][28]。同時(shí)，文化遺產(chǎn)的當(dāng)前狀態(tài)、位置、地形以及HBIM的使用規(guī)模與范圍也影響著測量方法和工具的選擇。Agisoft? [29][30]和ReCap?[31-33]等軟件經(jīng)常用于處理、管理和編輯點(diǎn)云數(shù)據(jù)（圖1）。

在對點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理并用其建模后，一個(gè)關(guān)鍵步驟便是將語義信息（Semantic Information）編入文化遺產(chǎn)信息模型中[34][35]。這些擁有豐富信息的模型為遺產(chǎn)保護(hù)的后續(xù)活動(dòng)和潛在功能，如記錄、監(jiān)測、分析和修復(fù)等，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，在整合HBIM與其他平臺和數(shù)據(jù)方面的研究，包括地理信息系統(tǒng)（GIS）和三維數(shù)據(jù)，尤其是在城市、鄉(xiāng)村和線性文化遺產(chǎn)保護(hù)方面，相關(guān)研究已經(jīng)呈現(xiàn)出快速增長的趨勢[36–39]。相關(guān)研究的開展得益于工業(yè)基礎(chǔ)級（Industry FoundationClasses，簡稱“IFC”）④概念的引入，這對跨平臺和不同格式間的模型與數(shù)據(jù)的整合工作起到了關(guān)鍵性作用。因而數(shù)據(jù)得以在不同應(yīng)用程序之間進(jìn)行傳輸，促使HBIM成功地與各種平臺進(jìn)行了整合[40][41]。

除了諸如復(fù)雜結(jié)構(gòu)建模和修復(fù)過程管理的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域外，CIPA2023大會(huì)還探討了HBIM的新興應(yīng)用場景。這些應(yīng)用場景包括開放資源訪問、建筑遺產(chǎn)內(nèi)部微氣候分析，以及將HBIM與人工智能和深度學(xué)習(xí)結(jié)合的可行性。本文著重關(guān)注以下基于HBIM進(jìn)行研究的四個(gè)方面：（1）利用HBIM對遺產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行建模和重建的研究；（2）利用HBIM進(jìn)行遺產(chǎn)管理、監(jiān)測和修復(fù)的研究；（3）基于HBIM構(gòu)建可訪問資源的研究；（4）在HBIM框架下探索數(shù)字孿生技術(shù)和深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用研究。

三、 使用HBIM對文化遺產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行建模

當(dāng)前，對于具有混合結(jié)構(gòu)類型和多樣建筑材料的文化遺產(chǎn)的數(shù)字化而言，始終面臨著一個(gè)主要挑戰(zhàn)，即如何如實(shí)且精確地再現(xiàn)與建模。一方面，使用HBIM進(jìn)行準(zhǔn)確的文檔記錄和建模是關(guān)鍵步驟，也是后續(xù)研究、保護(hù)和更新工作的基礎(chǔ)。另一方面，因各種因素（如氣候變化、地形侵蝕和人為破壞等）影響，文化遺產(chǎn)及其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的狀況自建成后不斷發(fā)生變化。使用HBIM可以記錄這些變化或整合歷史數(shù)據(jù)以及使用先進(jìn)的監(jiān)測工具來解決前述問題。已發(fā)生變化的文化遺產(chǎn)通常會(huì)具有不規(guī)則性和典型要素，包括建造時(shí)所使用的建筑材料、建造技術(shù)及近期破損等，這些會(huì)導(dǎo)致遺產(chǎn)各部分顯現(xiàn)出強(qiáng)烈的異質(zhì)性（Heterogeneity）特征。

一些研究團(tuán)隊(duì)已嘗試通過在對地處不同文化片區(qū)和采用不同建筑技術(shù)的傳統(tǒng)建筑進(jìn)行建模的過程中解決這些挑戰(zhàn)。例如，在對西班牙洛斯阿爾卡薩雷斯市（Los Alcázares）拉梅塔（RameTower）中由兩種材料建成并具有不規(guī)則平面的拱頂和樓梯進(jìn)行三維重建的研究中，BIM 環(huán)境下對傳統(tǒng)遺產(chǎn)中具有典型不連續(xù)性特征的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行建模的問題得以解決[42]。在為意大利科莫市（Como）圣詹姆斯大教堂（Chiesa di SanGiacomo）的建筑構(gòu)件和拱頂系統(tǒng)進(jìn)行記錄和建模的研究中，團(tuán)隊(duì)提出了一種可隨時(shí)間更新幾何和非幾何信息的模型更新方法[43]。在對東亞傳統(tǒng)木建筑進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)的案例中，來自韓國的研究人員采用了一種基于腳本的（Script-based）參數(shù)化建模方法，其整合了歷史圖檔和掃描模型，用以生成復(fù)雜的木制榫卯等木制連接構(gòu)件模型[44]。

部分研究則關(guān)注通過使用HBIM以期在整個(gè)文化遺產(chǎn)數(shù)字化重建過程中減少建模時(shí)間和工作量的實(shí)際方法與流程，特別是處理具有復(fù)雜且多樣化的結(jié)構(gòu)或組件的文化遺產(chǎn)。布爾多（Buldo）提出了一種運(yùn)用針對文化遺產(chǎn)的點(diǎn)云掃描（Scanto-BIM）工作流程，并測試了其自動(dòng)化的迭代過程，強(qiáng)調(diào)了在連接點(diǎn)云和HBIM模型中的語義特征和結(jié)構(gòu)要素的重要性[45]。羅曼（Roman）則提出了一種半自動(dòng)化（Semi-automated）的方法，利用可視化編程語言（Visual ProgrammingLanguage）Dynamo?軟件和邊界表示法（B-rep）實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云掃描下的建筑要素重建[46]。

相較于采取邊界提?。˙oundary Extraction），實(shí)施NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曲面，在重建文化遺產(chǎn)的不規(guī)則和復(fù)雜幾何要素方面具有明顯的優(yōu)勢[47]。由于Autodesk Revit?這一主流商業(yè)BIM平臺的限制，拱券的精準(zhǔn)建模一直以來都在困擾著研究人員。當(dāng)前，一些團(tuán)體已經(jīng)開始著手利用基于NURBS的方法來嘗試解決這個(gè)問題，并成功地應(yīng)用于復(fù)雜對象的重建[48–50]。除了NURBS，網(wǎng)格模型（MeshModel）使用多邊形（Polygons）或創(chuàng)建多面體（Polyhedral Objects）來重建研究對象，然而，這種方法僅適用于規(guī)則形狀建模[51-53]。

四、 使用HBIM進(jìn)行文化遺產(chǎn)管理、監(jiān)測和修復(fù)

作為文化遺產(chǎn)全生命周期保護(hù)中最具潛力的方法，HBIM在結(jié)構(gòu)監(jiān)測、診斷分析、能源分析和遺產(chǎn)運(yùn)營等方面顯示出諸多優(yōu)勢[54]，應(yīng)用實(shí)施范圍涵蓋建筑遺產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施遺產(chǎn)、景觀遺產(chǎn)和考古遺址等。相關(guān)研究旨在支持遺產(chǎn)修復(fù)活動(dòng)和狀態(tài)監(jiān)測，并為保護(hù)工作提供一個(gè)既可滿足當(dāng)前需求又可支持以此為基礎(chǔ)而開展的后續(xù)工作的全面工具。以上目標(biāo)可通過使用點(diǎn)云生成的詳細(xì)三維模型和一個(gè)以BIM為引領(lǐng)的工作流兩種途徑加以實(shí)現(xiàn)[55-58]。

在使用HBIM進(jìn)行文化遺產(chǎn)能源分析的案例中，研究人員分析了對建筑結(jié)構(gòu)及其氣候化特征具有消極影響的環(huán)境因素，并針對這些影響因素提出了解決辦法和建議，并強(qiáng)調(diào)了模型中所包含的各類信息在評估歷史建筑再利用的可行性和預(yù)防由環(huán)境因素造成的遺產(chǎn)損壞方面具有關(guān)鍵性作用[59-61]。同時(shí)，HBIM數(shù)據(jù)還可被用于改善文化遺產(chǎn)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀況和性能，監(jiān)測歷史建筑的室內(nèi)微氣候，并分析在不同氣候條件影響下的更新策略[62–64]。

在制定修復(fù)計(jì)劃和準(zhǔn)確再現(xiàn)遺產(chǎn)周圍建成環(huán)境方面，擁有豐富歷史數(shù)據(jù)的三維模型具有顯著優(yōu)勢[65][66]。此外，以上研究通過采用地面激光掃描儀（TLS）等創(chuàng)新建模技術(shù)來克服傳統(tǒng)建模技術(shù)的局限性。卡內(nèi)韋塞（Canevese）等將先進(jìn)技術(shù)、預(yù)防性編目和眾包（Crowdsourcing）參與式三維建模進(jìn)行結(jié)合，并成功進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，這為文化遺產(chǎn)三維重建領(lǐng)域開辟了新的研究視角與參與方式[67]。與此同時(shí)，研究人員應(yīng)用視覺修復(fù)技術(shù)，基于已消失遺產(chǎn)周圍既有建筑的歷史建筑模型，對其進(jìn)行了虛擬修復(fù)[68]。

五、基于HBIM構(gòu)建可訪問資源數(shù)據(jù)庫

構(gòu)建一個(gè)文化遺產(chǎn)的開源數(shù)據(jù)庫，不僅可使普通民眾和文化遺產(chǎn)保護(hù)專業(yè)人士受惠于文化教育、遺產(chǎn)共享和保護(hù)研究，還可為兩者之間搭建起溝通的橋梁，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)共同參與文化遺產(chǎn)保護(hù)這項(xiàng)重要事業(yè)?；跀?shù)據(jù)庫開放標(biāo)準(zhǔn)和流程，卡迪泰洛皇家遺址（The Royal Site of Carditello）平臺實(shí)現(xiàn)了多種設(shè)備終端均可通過互聯(lián)網(wǎng)對其進(jìn)行訪問，并使用數(shù)字化方法表達(dá)了遺產(chǎn)本身及其內(nèi)部動(dòng)態(tài)監(jiān)測狀況。這使得不同類型的用戶不但可以瀏覽詳細(xì)的HBIM模型，還可按照自身需求和可視化系統(tǒng)來查詢和獲取與遺產(chǎn)相關(guān)的各類靜態(tài)與動(dòng)態(tài)信息[69]。與此類似的，巴西圣保羅建立了一個(gè)用于傳播歷史研究和古跡保護(hù)的在線平臺[70]，以及開發(fā)參數(shù)資產(chǎn)和可訪問數(shù)據(jù)庫[71]，都旨在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

與數(shù)據(jù)庫及其構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則的相關(guān)內(nèi)容亦是時(shí)下需要關(guān)注的主題。阿迪普特里（Adiputri）提出了通過分析歷史結(jié)構(gòu)報(bào)告（Historic StructureReports）的當(dāng)前指南，來評估BIM對于數(shù)字歷史結(jié)構(gòu)報(bào)告（Digital Historic Structure Reports）的特征、潛力和挑戰(zhàn)。他們所提出的數(shù)字歷史結(jié)構(gòu)報(bào)告協(xié)議將作為歷史建筑業(yè)主的使用指南，并為遺產(chǎn)的后續(xù)使用提供更全面、適應(yīng)性更強(qiáng)且更易訪問的信息資源[72]。與建模相關(guān)的專業(yè)知識可利用HBIM和語義Web技術(shù)以信息⑤交換的形式進(jìn)行分享[73]。

六、在HBIM中應(yīng)用數(shù)字孿生與深度學(xué)習(xí)

近年來，數(shù)字孿生（Digital Twin）和深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）愈發(fā)受到文化遺產(chǎn)數(shù)字化領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的關(guān)注，其在提高歷史建筑信息建模的精準(zhǔn)度、準(zhǔn)確性和效率的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。朱安（Jouan）和哈洛（Hallot）較早地提出了在文化遺產(chǎn)保護(hù)中應(yīng)用數(shù)字孿生的建議，倡導(dǎo)使用HBIM模型作為遺產(chǎn)的數(shù)字副本，以支持文化遺產(chǎn)地的預(yù)防性保護(hù)。他們提出了一個(gè)將數(shù)字孿生技術(shù)整合到建成遺產(chǎn)的預(yù)防性保護(hù)管理規(guī)劃過程中的全面框架，并為隨后的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了使用數(shù)字孿生方法的必要性[74]。

比奧洛（Biolo）等的研究側(cè)重于對意大利米蘭斯福爾扎城堡（Castello Sforzesco）進(jìn)行數(shù)字化，他們創(chuàng)建一個(gè)包括現(xiàn)存要素和不可見要素的綜合數(shù)字孿生[75]。數(shù)字化模型結(jié)合了不同詳細(xì)程度的幾何信息，旨在開發(fā)一個(gè)支持了解、調(diào)查和管理建成遺產(chǎn)的工具。該研究提出了一個(gè)允許異構(gòu)幾何數(shù)據(jù)（Heterogeneous Geometric Data）共存的框架，提供了對建筑資產(chǎn)及其演化階段的整體圖譜。此外，該研究還探討了利用和調(diào)整 IFC標(biāo)準(zhǔn)檔案特性的，以滿足建筑遺產(chǎn)診斷調(diào)查結(jié)果的可復(fù)制性要求，同時(shí)提高遺產(chǎn)保護(hù)計(jì)劃中后續(xù)干預(yù)階段的互操作性[76]。

作為HBIM的基礎(chǔ)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量和處理至關(guān)重要。由于深度學(xué)習(xí)方法的成功實(shí)踐，以此為基礎(chǔ)的從三維建筑點(diǎn)云中提取信息的方法得到了發(fā)展。曹雨薇和馬可·斯凱奧尼（Marco Scaioni）的研究提出了一種簡單且有效的三維建筑點(diǎn)云預(yù)訓(xùn)練（Pre-training）方法，該研究表明在源數(shù)據(jù)集（Source Dataset）上進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，可以一致地提高目標(biāo)數(shù)據(jù)集的性能，其結(jié)果平均提高了3.9%[77]。在另一項(xiàng)研究中，他們旨在為使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional Neural Network）對由歷史城市360°視頻生成的點(diǎn)云進(jìn)行分類鋪平道路并取得了令人期待的結(jié)果[78][79]。

七、結(jié)語

作為全球文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)領(lǐng)域的重要會(huì)議，CIPA2023已成為該領(lǐng)域最熱門研究主題和尖端技術(shù)的聚集點(diǎn)。這些主題為全球文化遺產(chǎn)保護(hù)研究的未來提供了許多新視角、新思路和不同學(xué)科之間的新合作機(jī)會(huì)。作為文化遺產(chǎn)數(shù)字化核心和連接，歷史建筑信息模型（HBIM）的重要性不言而喻，因而本文在CIPA2023會(huì)議的眾多主題中選擇HBIM并對其前沿應(yīng)用進(jìn)行了介紹和討論。

隨著建筑信息模型的應(yīng)用場景從新建建筑擴(kuò)展到建成遺產(chǎn)，HBIM在過去幾十年中不斷發(fā)展。目前，HBIM正不斷取代傳統(tǒng)測繪方法，以用于獲取高精度模型和豐富信息與數(shù)據(jù)，特別是在意大利、西班牙等文化遺產(chǎn)資源豐富的地區(qū)。本文簡要回顧了HBIM的發(fā)展，概述其工作流程，包括數(shù)據(jù)獲取、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)字信息和數(shù)據(jù)收集，以及使用Autodesk Revit?等BIM軟件對研究對象的結(jié)構(gòu)和組件進(jìn)行存檔。

與通常涵蓋整個(gè)過程的研究不同，本文按照屬性對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，說明它們不同的收集方法和重建工具，著重關(guān)注幾何數(shù)據(jù)。此外，介紹了HBIM的優(yōu)勢和潛在的整合應(yīng)用。本文提供了關(guān)于使用HBIM進(jìn)行文化遺產(chǎn)數(shù)字化的最新國外發(fā)展和應(yīng)用建議，以期服務(wù)于文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的研究人員。同時(shí)，HBIM的應(yīng)用范圍已從簡單重建具有集成歷史資源的歷史建筑模型，擴(kuò)展到通過先進(jìn)技術(shù)處理更復(fù)雜對象。

本文展示了HBIM的前沿實(shí)踐案例和研究項(xiàng)目，介紹了其在實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)方面的應(yīng)用：（1）對文化遺產(chǎn)的混合、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和組件進(jìn)行高質(zhì)量和高精度的建模；（2）遺產(chǎn)的管理、監(jiān)測和修復(fù)；（3）可訪問的源數(shù)據(jù)庫構(gòu)建；（4）應(yīng)用數(shù)字孿生和深度學(xué)習(xí)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)和建模。

[本文獲得中國國家留學(xué)基金委員會(huì)（項(xiàng)目編號：202206120044）的資金支持]

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（責(zé)任編輯：張雙敏）