本文引用格式：，.城市更新背景下工業(yè)遺產(chǎn)保護與參數(shù)化設(shè)計交互展示平臺研究［J」.藝術(shù)科技，2025，38（7）：56-58.

中圖分類號：TU984.114 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2025）07-0056-03

0引言

唐山這座被譽為近代工業(yè)搖籃的城市，承載著厚重的工業(yè)歷史，擁有開灤煤礦、唐胥鐵路等多達156處珍貴的工業(yè)遺產(chǎn)。然而，在城市發(fā)展進程中，這些工業(yè)遺產(chǎn)面臨著嚴峻的困境。數(shù)字孿生技術(shù)的興起，為破解困境帶來了新的契機。本研究旨在通過參數(shù)化設(shè)計提升工業(yè)遺產(chǎn)改造效率，依托UnrealEngine5構(gòu)建交互式展示平臺，深入探索工業(yè)遺產(chǎn)從“實體留存”到“數(shù)字孿生”的轉(zhuǎn)型機制，為工業(yè)遺產(chǎn)的保護與活化開辟新路徑。

1工業(yè)遺產(chǎn)數(shù)字化理論框架與技術(shù)邏輯

1.1理論演進：從實體保存到虛實共生工業(yè)遺產(chǎn)保護理念的迭代始終與社會發(fā)展需求深度綁定，經(jīng)歷了從“物質(zhì)留存”到“價值再生”的范式轉(zhuǎn)變。20世紀80年代的“原真性保護階段”以《威尼斯憲章》為理論基石，強調(diào)對工業(yè)遺產(chǎn)本體的“冷凍式保存”，其核心在于通過維持空間形態(tài)與工藝特征的完整性，留存工業(yè)革命的物質(zhì)證據(jù)。英國鐵橋峽谷博物館群的保護實踐中，廠房內(nèi)的機械設(shè)備原樣封存，形成工業(yè)歷史的“固態(tài)標本”。這種理念在工業(yè)化進程較快的國家迅速傳播，成為早期工業(yè)遺產(chǎn)保護的主流模式[1]。

2003年《下塔吉爾憲章》的發(fā)布標志著“適應(yīng)性再生階段”的開啟，該階段突破了“封存式保護”的局限，提出“最小干預(yù) + 功能置換”的復(fù)合策略。德國杜伊斯堡北風(fēng)景公園的改造中，設(shè)計師將鋼鐵廠的高爐、傳送帶等構(gòu)筑物轉(zhuǎn)化為攀巖墻、觀景臺等現(xiàn)代設(shè)施，在保留工業(yè)美學(xué)特征的同時植入休閑功能，實現(xiàn)了“工業(yè)廢墟”向“城市公共空間”的轉(zhuǎn)化。這種理念強調(diào)保護與利用的動態(tài)平衡，使工業(yè)遺產(chǎn)從“被遺忘的角落”重新融入城市生活脈絡(luò)。2018年《無錫建議》的出臺推動工業(yè)遺產(chǎn)保護進入“數(shù)字活化階段”，技術(shù)賦能成為文化敘事的核心驅(qū)動力。匹茲堡鋼鐵廠遺址通過VR技術(shù)模擬煉鋼爐前的高溫作業(yè)場景，觀眾佩戴設(shè)備后可“聽見”金屬撞擊聲、“感受”熱浪拂面，這種多模態(tài)沉浸體驗突破了傳統(tǒng)展示的時空限制。當前，工業(yè)遺產(chǎn)保護范式強調(diào)構(gòu)建“物理一數(shù)字”映射系統(tǒng)，通過三維掃描構(gòu)建遺產(chǎn)數(shù)字孿生體，利用算法模擬不同改造方案的影響，最終通過虛擬交互實現(xiàn)文化價值的多維傳播。唐山工業(yè)遺產(chǎn)的數(shù)字化實踐就遵循這一邏輯，通過參數(shù)化模型與UnrealEngine5場景的聯(lián)動，構(gòu)建起“實體保護一數(shù)字敘事一公眾參與”的立體保護體系。

1.2技術(shù)適配性：參數(shù)化與交互展示的融合

參數(shù)化設(shè)計在工業(yè)遺產(chǎn)改造中具有顯著優(yōu)勢，它通過算法將幾何參數(shù)、材料屬性與功能需求緊密關(guān)聯(lián)，有效解決了工業(yè)遺產(chǎn)改造中的兩大關(guān)鍵痛點。在高效性方面，Grasshopper算法能夠批量生成改造方案，相較于傳統(tǒng)設(shè)計效率大幅提升，有效縮短了設(shè)計周期。在精準性上，該技術(shù)可以自動識別工業(yè)遺產(chǎn)的承重結(jié)構(gòu)，使歷史要素的保留率提升，確保改造過程中最大限度保護工業(yè)遺產(chǎn)的原真性[2]。

UnrealEngine5交互引擎通過動態(tài)渲染技術(shù)，構(gòu)建多層次場景重構(gòu)能力。在歷史場景復(fù)現(xiàn)維度，依托物理渲染材質(zhì)，實現(xiàn)工業(yè)遺產(chǎn)空間氛圍的還原；在功能模擬維度，集成參數(shù)化調(diào)節(jié)工具，支持改造方案的空間使用效果預(yù)演與可視化呈現(xiàn)。在公眾參與層面，通過調(diào)查問卷等形式，將用戶交互行為轉(zhuǎn)化為設(shè)計反饋信息，輔助優(yōu)化設(shè)計方案，形成“需求采集一方案生成一反饋優(yōu)化”的交互機制，平衡技術(shù)可行性與公眾參與度[3]。

2實踐路徑：唐山工業(yè)遺產(chǎn)的數(shù)字化再生

2.1全鏈條技術(shù)流程

工業(yè)遺產(chǎn)數(shù)字化再生的技術(shù)流程融合多學(xué)科技術(shù)工具、多環(huán)節(jié)技術(shù)鏈路，形成從物理空間到數(shù)字空間的精準映射。通過三維激光掃描、歷史文獻數(shù)字化、口述史采集等方式，構(gòu)建工業(yè)遺產(chǎn)基礎(chǔ)信息庫。

基于采集數(shù)據(jù)，利用Rhino+Grasshopper構(gòu)建參數(shù)化模型。以唐胥鐵路路基為例，運用高精度掃描設(shè)備獲取路基、機車等構(gòu)筑物的三維數(shù)據(jù)，結(jié)合老照片、工程檔案及工人訪談記錄，形成包含空間坐標、歷史節(jié)點、文化記憶的多維數(shù)據(jù)庫?；诓杉瘮?shù)據(jù)，利用參數(shù)化設(shè)計工具實現(xiàn)改造方案的高效生成。將工業(yè)遺產(chǎn)分為不可變要素與可變要素，輸入軌距、高度等工程參數(shù)及功能需求，通過算法生成多樣化改造方案[4]。

將參數(shù)化模型導(dǎo)人UnrealEngine5進行場景化呈現(xiàn)，通過動態(tài)渲染技術(shù)還原歷史氛圍。運用物理材質(zhì)模擬銹蝕、磨損等工業(yè)痕跡，結(jié)合光照系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)不同時段的光影效果。同時，利用虛擬引擎的物理模擬功能檢測空間使用問題，如人流擁堵或遺產(chǎn)遮擋，確保場景既符合原真性又滿足現(xiàn)代需求。

為增強公眾參與性，將UnrealEngine5場景通過調(diào)研、開發(fā)配套線上小程序等方式，使用戶掃描實體遺產(chǎn)二維碼即可疊加歷史信息與解構(gòu)動畫，小程序還支持改造方案投票、用戶生成內(nèi)容分享等功能，將公眾反饋轉(zhuǎn)化為設(shè)計優(yōu)化依據(jù)，形成“需求采集一方案生成一反饋優(yōu)化”的閉環(huán)，實現(xiàn)虛實空間無縫銜接。

2.2唐胥鐵路遺址的交互展示創(chuàng)新

唐胥鐵路作為中國首條自主修建的標準軌距鐵路，其數(shù)字化展示以“鐵路技術(shù)史敘事”為核心，通過多模態(tài)交互手段呈現(xiàn)中國近代工業(yè)起步歷程，構(gòu)建多層次交互體驗。通過UnrealEngine5重建1881年通車場景，用戶可自由移動視角，觀察“龍?zhí)枡C車”外觀與鐵路設(shè)施細節(jié)，配合圖文展板與音頻導(dǎo)覽傳遞歷史信息。場景“時間錨點”可觸發(fā)動態(tài)事件，如機車蒸汽噴發(fā)特效與鐵軌鋪設(shè)動畫，配合圖文展板直觀傳遞歷史信息。

“鐵路技術(shù)探索之旅”交互模塊以任務(wù)式設(shè)計增強教育趣味性，引導(dǎo)公眾了解遺產(chǎn)背后故事。用戶可在“形象IP”的帶領(lǐng)下操作虛擬界面，通過互動掌握工業(yè)遺產(chǎn)知識。游覽工業(yè)遺產(chǎn)，深人了解文化性知識。完成游戲，通過任務(wù)式互動掌握工業(yè)遺產(chǎn)、前世今生等知識，增強教育趣味性。

唐胥鐵路遺址數(shù)字化展示以“鐵路技術(shù)史敘事”為核心，構(gòu)建“時間線 + 故事線”雙軌交互體系，通過分層敘事引導(dǎo)公眾深度理解工業(yè)遺產(chǎn)的歷史脈絡(luò)與文化內(nèi)涵。用戶選擇“時間線”模式后，系統(tǒng)以工業(yè)遺產(chǎn)關(guān)鍵歷史節(jié)點為脈絡(luò)展開場景。選擇“故事線”模式的用戶將以“探索者”視角參與沉浸式任務(wù)，通過交互操作解鎖歷史文本、復(fù)原技術(shù)資料、觸發(fā)虛擬對話等方式，深入挖掘工業(yè)遺產(chǎn)背后的人文故事。兩條路線相互協(xié)同，時間線為故事線提供歷史坐標，故事線為時間線注人人文溫度，使工業(yè)遺產(chǎn)從靜態(tài)留存轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)敘事載體，為歷史文化的現(xiàn)代化表達提供實踐路徑。

Σ=Σ 唐山工業(yè)遺產(chǎn)的數(shù)字化再生不僅聚焦遺址活化，更注重“跨尺度價值延伸”，通過空間整合與產(chǎn)業(yè)聯(lián)動構(gòu)建工業(yè)遺產(chǎn)保護利用的生態(tài)體系。在區(qū)域尺度上，依托GIS技術(shù)開發(fā)“唐山工業(yè)遺產(chǎn)數(shù)字地圖”，整合遺產(chǎn)的空間坐標、歷史脈絡(luò)與關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過地理圍欄觸發(fā)“遺址一區(qū)域”的敘事聯(lián)動，并基于用戶興趣生成“技術(shù)史”“城市變遷”等主題游覽路線，形成工業(yè)文明敘事廊道（見圖1）。

3創(chuàng)新：技術(shù)賦能與文化再生的互構(gòu)機制

3.1創(chuàng)新性嘗試

本研究在工業(yè)遺產(chǎn)活化領(lǐng)域進行了系統(tǒng)性創(chuàng)新嘗試，通過融合參數(shù)化算法與數(shù)字孿生交互技術(shù)，構(gòu)建兼顧效率提升與文化再生的雙軌驅(qū)動范式。在設(shè)計范式革新層面，依托Grasshopper參數(shù)化平臺對工業(yè)遺產(chǎn)要素進行精細化分類，實現(xiàn)多版改造方案的批量生成。相較于傳統(tǒng)人工設(shè)計周期，算法驅(qū)動將方案生成效率大幅度提升，顯著縮短決策流程。同時，通過虛擬預(yù)演技術(shù)提前規(guī)避空間沖突，有利于提高工業(yè)遺產(chǎn)改造的效率和經(jīng)濟效益。在遺產(chǎn)敘事重構(gòu)層面，創(chuàng)新運用UnrealEngine5引擎構(gòu)建“時空錨點”動態(tài)交互機制，使工業(yè)場景轉(zhuǎn)化為“可閱讀的歷史文本”：用戶可通過掃描實體二維碼觸發(fā)相關(guān)工業(yè)遺產(chǎn)等事件動畫，結(jié)合物理渲染精準工業(yè)遺產(chǎn)舊貌等。通過“時間線 + 故事線”雙軌敘事體系，將靜態(tài)遺存轉(zhuǎn)化為沉浸式文化媒介，公眾在操作虛擬界面的過程中，深度理解工業(yè)遺產(chǎn)的技術(shù)演進與人文精神，有效彌合年輕群體的認知斷層。這種技術(shù)賦能與文化敘事的互構(gòu)，不僅提升了遺產(chǎn)活化的公眾參與度，更開辟了工業(yè)文明現(xiàn)代化表達新路徑。

3.2 現(xiàn)存挑戰(zhàn)與優(yōu)化

盡管取得了一定成果，但在技術(shù)應(yīng)用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。在技術(shù)整合方面，Grasshopper與UnrealEngine5之間存在數(shù)據(jù)互通誤差，未來將在兩種軟件的聯(lián)動上尋找解決方案。未來將繼續(xù)深化交互展示平臺的功能性開發(fā)，致力于工業(yè)遺產(chǎn)的保護與研究。在公眾層面，未來將提高公眾參與度，使更多用戶能夠了解并參與保護工業(yè)遺產(chǎn)。

4結(jié)語

本研究通過參數(shù)化設(shè)計與交互展示技術(shù)的融合，為工業(yè)遺產(chǎn)的可持續(xù)活化提供了“技術(shù)解構(gòu)一活化敘事一公眾參與”的立體化解決方案。參數(shù)化設(shè)計突破傳統(tǒng)改造的效率瓶頸，數(shù)字孿生技術(shù)則賦予工業(yè)遺產(chǎn)動態(tài)敘事能力，二者共同構(gòu)建了物理空間與數(shù)字空間的雙向激活機制，為資源型城市的文化再生提供了可復(fù)用的技術(shù)范式。未來，工業(yè)遺產(chǎn)的活化利用需進一步強化技術(shù)生態(tài)整合與文化價值延伸。在技術(shù)層面，可深化Grasshopper與UnrealEngine5的數(shù)據(jù)聯(lián)動精度，提升改造方案的系統(tǒng)性與可追溯性；在文化層面，結(jié)合地域工業(yè)文明特色，開發(fā)“遺產(chǎn)敘事 + 沉浸體驗”的多元化場景，如工業(yè)主題數(shù)字藝術(shù)展等，推動工業(yè)遺產(chǎn)從“歷史標本”向“活態(tài)文化IP”轉(zhuǎn)型。

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