摘 要：數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為古建筑修繕過程中的數(shù)字化記錄和保護(hù)提供了新的手段和思路。文章分析研究了數(shù)字化記錄在大悲殿古建筑修繕中的應(yīng)用，探討數(shù)字化記錄在古建筑修繕中的意義和作用，更好地理解數(shù)字化記錄在古建筑修繕中的價值，以期為以后的古建筑修繕工作提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：崇善寺；古建筑修繕；數(shù)字化技術(shù)

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.02.008

崇善寺，位于太原市迎澤區(qū)文廟街道辦事處崇善寺街9號。清道光二十三年（1843）《陽曲縣志》記載，崇善寺原為隋煬帝行宮，唐初稱白馬寺，后改名為延壽寺、宗善寺。明太祖朱元璋第三子晉恭王朱棡為紀(jì)念其母，于洪武十四年（1381）在原址重新擴(kuò)建，于洪武二十四年（1391）修建完備，占地面積14萬平方米。成化十六年（1480）增修，嘉靖年間（1522—1566）改名崇善寺。清同治三年（1864）寺院被焚毀，僅存主體建筑大悲殿及后殿的部分建筑。1949年后，政府多次撥款對崇善寺進(jìn)行維修，對其收藏的大批歷史文物進(jìn)行整理和鑒定。

崇善寺坐北朝南，東西長119.2米，南北寬71.7米，占地面積8547平方米。現(xiàn)中軸線建有山門、大悲殿，山門兩側(cè)為鐘鼓樓，大悲殿前兩側(cè)有鐘鼓亭，東側(cè)有東廂房，現(xiàn)存寺廟面積僅為原寺的1/46。大悲殿坐北朝南，月臺平面呈“凸”字形，面寬七間，進(jìn)深四間，重檐歇山頂，黃綠琉璃瓦剪邊。殿內(nèi)柱網(wǎng)布列，沿襲唐宋舊制。內(nèi)柱直通梁架和上檐，殿內(nèi)設(shè)有平棊兩層，均施瀝粉彩畫，前檐明、次間設(shè)四抹方格隔扇門，梢、盡間設(shè)隔扇窗，后檐明間設(shè)板門，可前后通行。殿內(nèi)佛臺上供奉高8.5米千手千眼十一面觀音、千缽文殊和普賢像3尊。塑像比例適度，造型秀美，與大悲殿同為明洪武年間（1368—1398）建造。崇善寺大悲殿自2021年開始修繕，修繕內(nèi)容為校正大木構(gòu)及斗拱、屋面木基層苫背瓦面修繕、室內(nèi)地面鋪墁、墻體剔補及抹灰、室外門窗及天花板修繕等。本次修繕使用數(shù)字化技術(shù)手段記錄全過程，首先記錄建筑整體，其次記錄修繕過程中裸露出來的暗部構(gòu)件和表層等，并使用數(shù)字化技術(shù)手段為施工方解決部分難題。

1 數(shù)字化記錄的技術(shù)手段

1.1 三維掃描技術(shù)

古建筑作為文化遺產(chǎn)的重要組成部分，承載著歷史和文化的記憶。隨著時間的推移和自然環(huán)境的侵蝕，古建筑的修繕工作變得愈發(fā)重要。為了更好地保護(hù)和修復(fù)古建筑，三維掃描技術(shù)應(yīng)運而生。三維掃描技術(shù)是一種通過激光或攝影等手段獲取物體表面信息并生成三維模型的技術(shù)。在古建筑修繕過程中，三維掃描技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地獲取建筑的各個細(xì)節(jié)，包括形狀、結(jié)構(gòu)和紋理等，能為修繕工作提供重要的參考和依據(jù)。通過對建筑進(jìn)行三維掃描，可以獲取建筑的精確尺寸和形狀，揭示出潛在的損壞和缺陷。修繕人員可以根據(jù)這些信息進(jìn)行詳細(xì)的分析和評估，制定出科學(xué)合理的修繕方案。在修繕過程中，古建筑的形態(tài)和結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，這就需要及時進(jìn)行監(jiān)測和記錄。通過三維掃描技術(shù)，修繕人員可以實時了解修繕效果，并對修繕工作進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過三維掃描技術(shù)獲取的建筑信息，方便修繕人員更好地選擇和應(yīng)用修繕材料和工藝，提高修繕的效果和質(zhì)量。

1.2 數(shù)字建模技術(shù)

數(shù)字建模技術(shù)是一種將古建筑的形狀、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)以數(shù)字形式呈現(xiàn)的方法。它通過使用計算機軟件和硬件設(shè)備，對古建筑的各個方面進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和記錄。這種技術(shù)可以幫助修繕人員更好地了解古建筑的構(gòu)造和狀況，為修繕工作提供準(zhǔn)確的參考。在古建筑修繕過程中，數(shù)字建模技術(shù)可以應(yīng)用于多個方面。首先，它可用于古建筑三維模型的建立和重建。將古建筑的各個部分進(jìn)行數(shù)字化，修繕人員可以更好地了解建筑的結(jié)構(gòu)和布局，為修繕工作提供指導(dǎo)。其次，它還可以對古建筑的損壞程度進(jìn)行評估和分析。將古建筑的損壞部分?jǐn)?shù)字化，修繕人員可以準(zhǔn)確地判斷古建筑的修繕需求，從而制定相應(yīng)的修繕方案。最后，它可對修繕效果進(jìn)行評估和展示。修繕人員可以將修繕后的古建筑與數(shù)字模型進(jìn)行對比，來評估修繕效果的好壞，并向公眾展示修繕成果。

1.3 圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)是對古建筑修繕過程中獲取的圖像進(jìn)行處理和分析，從而實現(xiàn)對古建筑的精確記錄和分析。古建筑修繕中常使用的圖像處理技術(shù)如下：

一是圖像增強。增加圖像的對比度、亮度等，使圖像中的細(xì)節(jié)更加清晰可見。常用的圖像增強方法包括直方圖均衡化、灰度拉伸、濾波等。

二是圖像配準(zhǔn)。在古建筑修繕過程中，可能會獲取多個視角或時間段的圖像，圖像配準(zhǔn)可以將這些圖像對齊，以便后續(xù)的分析和比較。常用的圖像配準(zhǔn)方法包括特征點匹配、相位相關(guān)等。

三是圖像分割。在古建筑修繕過程中，需要對圖像進(jìn)行分割，將建筑物與背景、不同構(gòu)件等分離。常用的圖像分割方法包括閾值分割、邊緣檢測、區(qū)域生長等。

四是三維重建。通過多個圖像的拍攝，可以實現(xiàn)對古建筑的三維重建。常用的三維重建方法包括立體視覺、結(jié)構(gòu)光掃描等。

五是圖像特征提取。通過對圖像進(jìn)行特征提取，可以實現(xiàn)對古建筑的形態(tài)、紋理等特征的分析和比較。常用的圖像特征提取方法包括邊緣檢測、紋理描述子提取等。

六是圖像分析與識別。圖像分析和識別技術(shù)可以實現(xiàn)對古建筑的損傷、腐蝕等問題的檢測和評估。常用的圖像分析與識別方法有目標(biāo)檢測、圖像分類等。

1.4 數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)

古建筑修繕是一項重要的文化保護(hù)工作，而數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)在這一過程中起著關(guān)鍵的作用。數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)可以幫助記錄和管理古建筑的修繕信息，確保修繕工作的準(zhǔn)確性和可追溯性。

首先，數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)可以記錄古建筑的修繕歷史和過程。通過建立一個專門的數(shù)據(jù)庫，將每一次修繕工作的細(xì)節(jié)和相關(guān)文檔記錄下來，包括修繕的時間、地點、修繕方案、使用的材料和工藝等信息。通過這樣的記錄，可以確保修繕工作的連續(xù)性和一致性，避免重復(fù)或錯誤的修繕。

其次，數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)可以管理古建筑修繕?biāo)璧馁Y源。修繕古建筑需要大量的人力、物力和財力，通過數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，可以實現(xiàn)對這些資源的有效管理和調(diào)配，記錄每個修繕項目所需的資源數(shù)量、來源及資源的使用和消耗情況，避免資源的浪費和不必要的成本，提高修繕工作的效率和經(jīng)濟(jì)性。

最后，數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)可以幫助監(jiān)控和評估古建筑修繕的質(zhì)量。通過建立一套評估指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，可以對修繕工作進(jìn)行定量和定性評估。數(shù)據(jù)庫記錄修繕工作的檢查和驗收結(jié)果，并記錄修繕后的古建筑狀態(tài)和保護(hù)效果。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正修繕中的問題，確保修繕工作的質(zhì)量和可持續(xù)性。

2 大悲殿修繕過程中的數(shù)字化記錄

2.1 修繕前整體記錄

在大悲殿修繕工程動工前，使用三維激光掃描儀和全站儀，用整體布網(wǎng)控制的方法對大悲殿整體進(jìn)行三維激光掃描。在數(shù)據(jù)采集過程中，為確保三維數(shù)據(jù)的精確性，在掃描之前對掃描設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)，以激光掃描儀內(nèi)固定點為坐標(biāo)原點，在建筑周邊布設(shè)十字標(biāo)靶，使用全站儀逐個記錄標(biāo)靶信息，再選擇合適的地點安裝三維激光掃描設(shè)備，將三維激光掃描系統(tǒng)固定于地面。三維掃描儀每次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時只能掃描到部分物體，因此必須從多個不同的角度對物體進(jìn)行掃描。點云分辨率的選擇原則是數(shù)據(jù)采集越精細(xì)越好，且采樣點的距離要盡量均勻。但是精細(xì)地采集數(shù)據(jù)會增加采集的數(shù)據(jù)量，使后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和保存難度變大。在三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集完成以后，可利用掃描儀自帶的標(biāo)靶球，通過軟件自動拼接數(shù)據(jù)。因為標(biāo)靶球拼接完成的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)累計誤差，所以還應(yīng)將掃描儀采集到的十字標(biāo)靶信息輸入到軟件中，來整體控制平均數(shù)據(jù)的誤差，使建筑三維空間信息做到誤差最小、精度最高。

從本次三維掃描的數(shù)據(jù)可以看到，部分梁架已經(jīng)歪閃，部分柱子已有不同程度沉降，根據(jù)本次點云數(shù)據(jù)進(jìn)一步細(xì)化修繕方案和修繕部位。

2.2 修繕過程中的屋面考古記錄

在大悲殿的修繕過程中，相關(guān)研究人員對大悲殿屋面進(jìn)行考古記錄，在屋面揭瓦時先記錄筒瓦的位置，其次逐步揭取筒瓦泥、板瓦、板瓦泥、望板等，在大面積揭取前應(yīng)挖掘考古探溝，記錄每一層屋面的斷面，記錄完成后再逐步進(jìn)行大面積揭取。

在記錄的過程中，使用三維激光掃描和近景攝影測量的方法，以三維數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行記錄，相較于傳統(tǒng)的考古繪圖和拍照，三維記錄方法更加的直觀，保存的信息更加豐富和客觀。三維激光掃描與記錄大悲殿整體的技術(shù)一致，使用三維激光掃描儀在探溝周邊布站，并進(jìn)行三維掃描。相對三維激光掃描來說，近景攝影測量記錄數(shù)據(jù)的顏色更加豐富，數(shù)據(jù)本身具有高精度、高分辨率、便于展示和利用的特點。該技術(shù)主要使用架設(shè)燈光組進(jìn)行全局打光配合高清數(shù)碼相機進(jìn)行拍攝，拍攝時先布勻燈光，再拍攝色卡，最后根據(jù)精度要求設(shè)置拍攝距離，在保證重疊率70%以上的情況下逐張拍攝，拍攝完成后使用專業(yè)圖像建模軟件將采集的二維色彩信息變成三維空間色彩信息，同時使用圖像處理軟件解決色彩信息的拼接和模糊問題，從而生成完整的貼圖數(shù)據(jù)。

2.3 修繕過程中的整體記錄

大悲殿的修繕方式主要為打牮撥正，首先揭瓦、揭泥被層、揭望板、掏挖柱門、松開木構(gòu)件、卸下已經(jīng)糟朽無法繼續(xù)使用的木構(gòu)件。在去除大悲殿全部荷載以后，使用三維掃描技術(shù)對大悲殿重新進(jìn)行了一次數(shù)據(jù)采集，與首次數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)大悲殿在卸去荷載以后部分柱網(wǎng)和梁架有超過5cm的回彈。根據(jù)本次新采集的大悲殿點云數(shù)據(jù)，重新檢查測量梁架以及柱子傾斜歪閃，并記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)制定適當(dāng)?shù)膿苷桨?，逐步將柱子、梁架?gòu)件撥正到位。

2.4 修繕過程中卸下的建筑構(gòu)件記錄

正常古建筑在完整狀態(tài)下是無法查看和測量建筑構(gòu)件中的榫卯等暗部信息的，但是在修繕過程中有很多暗部信息會直接暴露出來，且部分構(gòu)件會直接卸下或更換，在此過程中，我們可以使用不同的數(shù)字化手段對大小不同、情況不同的構(gòu)件進(jìn)行全息記錄，并留存數(shù)據(jù)。使用三維掃描、數(shù)字建模、圖像處理、數(shù)據(jù)庫管理等技術(shù)手段對構(gòu)件信息進(jìn)行記錄，可以更加精準(zhǔn)地記錄古建筑構(gòu)件中的榫卯結(jié)構(gòu)信息，為修繕工作提供重要的參考和依據(jù)。同時，數(shù)字化記錄的構(gòu)件信息也有助于文物保護(hù)和傳承工作的開展。

2.5 修繕完成后的數(shù)字化記錄

一是建筑數(shù)據(jù)記錄。修繕完成后，整理并記錄修繕過程中獲取的建筑數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以包括三維掃描數(shù)據(jù)、激光測量數(shù)據(jù)、建筑圖紙等。這些數(shù)據(jù)記錄作為修繕成果的一部分，用于古建筑后續(xù)保護(hù)和管理。

二是修繕記錄和報告。修繕完成后，編寫修繕記錄和報告，詳細(xì)記錄修繕的過程、方法和成果，包括修繕前后的照片、修繕方案和設(shè)計、修繕工藝和材料使用等。數(shù)字化技術(shù)可以用于整理和管理這些記錄和報告，方便后續(xù)的查閱和研究。

三是虛擬展示和互動體驗。修繕完成后，利用數(shù)字化技術(shù)將修繕成果進(jìn)行虛擬展示和互動體驗。通過建模和渲染技術(shù)，可以將修繕后的古建筑進(jìn)行虛擬重建，讓觀眾通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)等方式親身體驗修繕后的古建筑，讓更多人了解和欣賞修繕的成果。

四是數(shù)據(jù)管理和維護(hù)。修繕完成后，數(shù)字化技術(shù)可對修繕的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)。建立數(shù)字化的文物檔案和數(shù)據(jù)庫，將修繕相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和存儲，方便后續(xù)的古建筑保護(hù)和管理工作，也為后續(xù)的修繕工作提供參考和依據(jù)。

3 數(shù)字化記錄的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

3.1 數(shù)字化記錄的優(yōu)勢

一是高精度。數(shù)字化記錄通過使用高精度的掃描儀和測量設(shè)備，能準(zhǔn)確捕捉和記錄物體的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)等信息。相較于傳統(tǒng)的手工測量和繪圖方法，數(shù)字化記錄大大提高了數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性。

二是高效性。數(shù)字化記錄可快速掃描和測量物體，獲取大量的數(shù)據(jù)，并通過自動化的處理和重建算法，快速生成數(shù)字模型。相較于傳統(tǒng)的手工繪圖和建模方法，數(shù)字化記錄節(jié)省了大量的時間和人力成本。

三是可追溯性。數(shù)字化記錄可以準(zhǔn)確地記錄物體的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)等信息，并保存在計算機或其他存儲介質(zhì)中。這些數(shù)據(jù)可以隨時被訪問和查閱，可以追溯到具體的時間和地點，為后續(xù)的修繕、保護(hù)和研究工作提供了重要的參考和依據(jù)。

四是可視化。數(shù)字化記錄可以將物體的形狀和結(jié)構(gòu)等信息以圖像或三維模型的形式展示出來，可以通過計算機或其他設(shè)備進(jìn)行可視化和交互操作，幫助人們更直觀地理解和分析物體的特征和問題，為修繕方案的制定和評估提供了更好的工具和平臺。

五是可復(fù)制性。數(shù)字化記錄可以將物體的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)等信息以數(shù)字模型的形式保存下來，通過3D打印等技術(shù)手段，快速地進(jìn)行復(fù)制和制造，幫助實現(xiàn)精確的構(gòu)件復(fù)制和替換，為修繕工作提供了更多的選擇和可能性。

3.2 數(shù)字化記錄的挑戰(zhàn)

一是復(fù)雜物體的掃描。對于形狀復(fù)雜的物體（如曲面、空洞、細(xì)節(jié)等），掃描過程可能會受到限制。需要選擇適當(dāng)?shù)膾呙杓夹g(shù)和設(shè)備，確保能夠準(zhǔn)確地捕捉到物體的所有細(xì)節(jié)。

二是數(shù)據(jù)處理和重建。掃描得到的原始數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理和重建，生成可用的數(shù)字模型。這涉及數(shù)據(jù)的清理、配準(zhǔn)、過濾和重建等步驟，需要使用合適的算法和軟件工具。處理和重建過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)噪聲、缺失或誤差等問題，應(yīng)適當(dāng)?shù)靥幚砗托拚?/p>

三是數(shù)據(jù)存儲和管理。數(shù)字化記錄產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，需要進(jìn)行有效的存儲和管理。這涉及合適的存儲介質(zhì)和數(shù)據(jù)格式的選擇，以及建立合理的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。同時還要考慮數(shù)據(jù)的備份和安全性等問題，以防止數(shù)據(jù)丟失或泄露。

四是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和共享。數(shù)字化記錄涉及多個領(lǐng)域和多個利益相關(guān)方，需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和共享機制，促進(jìn)數(shù)據(jù)的互操作性和可持續(xù)性，方便不同機構(gòu)和研究者進(jìn)行數(shù)據(jù)交流和合作。

五是隱私和版權(quán)保護(hù)。數(shù)字化記錄可能涉及個人隱私和知識產(chǎn)權(quán)等問題。在進(jìn)行數(shù)字化記錄時，需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)，保護(hù)個人隱私和尊重知識產(chǎn)權(quán)。同時，也需要考慮數(shù)據(jù)共享和開放的平衡，以促進(jìn)學(xué)術(shù)研究和社會創(chuàng)新。

4 結(jié)論

4.1 研究總結(jié)

通過對古建筑修繕過程中數(shù)字化記錄的應(yīng)用與意義進(jìn)行研究，我們可以得出以下總結(jié)：

首先，數(shù)字化記錄在古建筑修繕中具有廣泛的應(yīng)用價值。通過數(shù)字化記錄可以實現(xiàn)對古建筑的精確捕捉和保存，為修繕設(shè)計、施工和學(xué)術(shù)研究等方面提供重要的支持和工具。

其次，數(shù)字化記錄可以為古建筑修繕提供精確的數(shù)據(jù)和信息。通過數(shù)字化記錄，可以生成精確的構(gòu)件模型和修繕方案，實現(xiàn)精確的構(gòu)件復(fù)制和制造。同時，數(shù)字化記錄還可以進(jìn)行施工過程的模擬和優(yōu)化，幫助修繕人員合理安排施工順序和方法。

最后，數(shù)字化記錄對古建筑的學(xué)術(shù)研究具有重要的意義。通過建立古建筑的數(shù)字檔案和數(shù)據(jù)庫，可以為研究者提供重要的數(shù)據(jù)和工具，揭示古建筑的演變和變化規(guī)律，為古建筑的保護(hù)和修繕提供理論支持和指導(dǎo)。

4.2 研究展望

在未來的研究中，我們應(yīng)進(jìn)一步探索數(shù)字化記錄在古建筑修繕中的應(yīng)用與意義。

首先，可以深入研究數(shù)字化記錄在古建筑修繕設(shè)計中的應(yīng)用，通過更精確的建模和仿真技術(shù)，實現(xiàn)更準(zhǔn)確的修繕設(shè)計和評估，為古建筑修繕提供更科學(xué)的方法和方案。

其次，可以進(jìn)一步研究數(shù)字化記錄在古建筑修繕施工中的應(yīng)用。通過更精細(xì)的施工過程模擬和優(yōu)化，提高修繕工作的效率和質(zhì)量，減少對古建筑的干擾和損害。

最后，可以加強數(shù)字化記錄在古建筑學(xué)術(shù)研究中的應(yīng)用。建立更完善的數(shù)字檔案和數(shù)據(jù)庫，為研究者提供更豐富的數(shù)據(jù)和工具，促進(jìn)對古建筑的深入研究和理解。

數(shù)字化記錄在古建筑修繕中的應(yīng)用具有廣闊的研究空間和發(fā)展前景。通過進(jìn)一步研究和應(yīng)用，不斷提升數(shù)字化記錄在古建筑修繕中的使用和價值，推動古建筑修繕工作的科學(xué)化、精細(xì)化和可持續(xù)發(fā)展。