【護(hù)文化遺產(chǎn) 彰時代新義】建立數(shù)字模型,實時采集數(shù)據(jù),感知文物狀態(tài)——現(xiàn)代科技守護(hù)布達(dá)拉宮
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點擊鼠標(biāo),查看三維模型、壁畫細(xì)節(jié);近800個結(jié)構(gòu)傳感器記錄下逾千萬組數(shù)據(jù);超過1500個探測設(shè)備、近9公里的感溫光纖,保護(hù)著古老建筑的安全……借助現(xiàn)代科技,超過1300年歷史的布達(dá)拉宮,不斷煥發(fā)新的生機(jī)與活力。
西藏拉薩市區(qū),紅山之上,布達(dá)拉宮屹立于此。作為西藏唯一一個世界文化遺產(chǎn),拉薩布達(dá)拉宮歷史建筑群已超過1300年。
隨著信息時代來臨,古老的布達(dá)拉宮悄然迎來許多新變化:點擊鼠標(biāo),從三維模型到壁畫細(xì)節(jié)都可以在電腦上一覽無遺;近800個結(jié)構(gòu)傳感器近10年間記錄下逾千萬組數(shù)據(jù);超過1500個探測設(shè)備、近9公里的感溫光纖,感知著這座古老建筑的狀態(tài)……
運用最新技術(shù),建立布達(dá)拉宮數(shù)字模型
從2005年至今,布達(dá)拉宮管理處數(shù)字中心主任達(dá)瓦歐珠已經(jīng)在這里工作了17年。他剛工作時,管理處記錄宮內(nèi)壁畫仍采用最原始的臨摹方式,對于布達(dá)拉宮整體的了解也大多通過人工盤點、手工記錄。
2006年,一次到敦煌研究院的進(jìn)修,刷新了達(dá)瓦歐珠對文物保護(hù)的認(rèn)知。當(dāng)時,敦煌研究院已經(jīng)引入了用于壁畫和古建筑測繪與保護(hù)的多種技術(shù),讓達(dá)瓦歐珠大開眼界。
結(jié)束了在敦煌的學(xué)習(xí),達(dá)瓦歐珠開始參與布達(dá)拉宮的數(shù)字化工作。將布達(dá)拉宮內(nèi)面積達(dá)數(shù)千平方米的壁畫數(shù)字化,是他面對的第一個挑戰(zhàn)。那幾年,達(dá)瓦歐珠幾乎全部時間都撲在布達(dá)拉宮內(nèi)——因為白天有人參觀,能夠拍攝壁畫的窗口期很短。趁著沒有人的時候,他們搭起架子,拍攝壁畫細(xì)節(jié),忙到凌晨兩三點是常事。
除了壁畫的數(shù)字化,整個宮殿的數(shù)字建模也是大工程。布達(dá)拉宮建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部陳設(shè)眾多,墻體自下而上成梯形,測繪難度極大。最大的難度來自“地壟”,這是山體建筑建設(shè)時砌筑起來用于支撐的地基。因為年代久遠(yuǎn),布達(dá)拉宮的地壟數(shù)量等情況一直沒有厘清。運用無人機(jī)航拍、三維激光掃描、多視角影像重建等最新技術(shù),工作人員最終建立起布達(dá)拉宮整體的數(shù)字模型。
“這些工作一方面是為了摸清家底,對文物整體有更清晰的了解,另一方面也便于研究者開展工作,極大減少傷害文物的可能?!辈歼_(dá)拉宮管理處遺產(chǎn)檢測中心副主任土登次仁說。
進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測,實時感知建筑狀態(tài)
因為限制參觀人數(shù),旺季的布達(dá)拉宮經(jīng)常“一票難求”?!叭肆髁坎皇桥哪X袋定的,是經(jīng)過專業(yè)團(tuán)隊的科學(xué)計算最終獲得的?!辈歼_(dá)拉宮管理處處長覺單說,“對布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測,不僅是有效保護(hù)建筑本體的重要內(nèi)容,也是合理開放布達(dá)拉宮的必要前提。”
來自北京交通大學(xué)布達(dá)拉宮結(jié)構(gòu)與監(jiān)測研究中心的教授楊娜及其研究團(tuán)隊,為布達(dá)拉宮定制了科學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)。要想對布達(dá)拉宮進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測,怎么布置傳感器成了難題。“傳感器的設(shè)置應(yīng)在不破壞建筑結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行,最大限度記錄建筑物各種結(jié)構(gòu)變化?!睏钅日f。
經(jīng)過4年籌備,7個月的現(xiàn)場實施與試運行,2012年10月,布達(dá)拉宮第一期結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)正式運行。該系統(tǒng)主要關(guān)注的是布達(dá)拉宮上部木結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測。
為了給布達(dá)拉宮建立客流控制機(jī)制,通過一次次實驗,楊娜的研究團(tuán)隊摸清客流對布達(dá)拉宮木結(jié)構(gòu)的影響,根據(jù)客流造成的形變特征來規(guī)定參觀人數(shù),能有效保障布達(dá)拉宮不因游客參觀而被破壞。
2015年,二期結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)開始進(jìn)行可行性論證,楊娜和布達(dá)拉宮管理處把目光投向了布達(dá)拉宮的墻體、地壟以及下方的山洞。這一項目的監(jiān)測更難,要求更高。
如今,管理人員打開手機(jī),應(yīng)用軟件上跳動著數(shù)字,記錄著關(guān)于布達(dá)拉宮墻體的各項數(shù)值,這些數(shù)字來自裂計、傾角計、土體濕度計等388個各類傳感器。它們可以24小時實時監(jiān)控裂縫寬度變化、環(huán)境溫度、墻體和柱子的傾斜角度等。2021年8月投入使用以來,這一監(jiān)測系統(tǒng)會自動形成季度分析報告,根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析建筑狀態(tài)。
“近10年來我們已經(jīng)積累了超過1000萬組數(shù)據(jù),能了解布達(dá)拉宮整體的變化情況。”楊娜說。
“歷史建筑背后布滿科技網(wǎng)絡(luò),為這座古老建筑注入了科技內(nèi)核?!庇X單說,“這些技術(shù)不僅在守護(hù)布達(dá)拉宮,也將幫助我們保護(hù)更多高原的文化遺跡。”
完善意外預(yù)警,有效預(yù)防潛在風(fēng)險
作為土木石結(jié)構(gòu)的古建筑,布達(dá)拉宮建筑年代久遠(yuǎn),本身耐火等級低,且殿內(nèi)存放著唐卡、經(jīng)書等諸多易燃文物。目前,布達(dá)拉宮建筑內(nèi)安裝有火災(zāi)自動報警系統(tǒng),這個系統(tǒng)包括探測器、按鈕、模塊1524個,敷設(shè)線型感溫光纖8710米,安裝視頻火災(zāi)探測器86臺等多種科技探測設(shè)備,同時還安裝了智慧用電與能耗檢測系統(tǒng),對布達(dá)拉宮內(nèi)79個三項回路、469個單項回路進(jìn)行全覆蓋。這些設(shè)備最大的作用,就是最大限度預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生。
和一般城市建筑不同,在布達(dá)拉宮安裝這些設(shè)施設(shè)備都需要再三小心,要確保對建筑及文物的傷害最小?!霸诖_保布達(dá)拉宮安全的前提下,盡可能減少各類設(shè)施設(shè)備帶來的負(fù)荷。”布達(dá)拉宮消防大隊隊長羅布次仁說。
漫長的走廊里,羅布次仁指著墻上的“線”說:“這不是電線,是感溫光纖和感煙光纖,這種狹長的通道安裝這個比較合適?!薄霸谝恍┐蟮睿驗轫斉镞^高,所以還安裝了視頻火災(zāi)探測器,這些探頭能夠?qū)崟r進(jìn)行視頻監(jiān)控,同時又能對火情進(jìn)行識別。”他補(bǔ)充道。
除了火災(zāi),地震、雷電等自然災(zāi)害都可能威脅布達(dá)拉宮的安全。去年下半年,楊娜經(jīng)歷了幾次“驚險時刻”:布置在布達(dá)拉宮金頂?shù)膫鞲衅鲙状伪O(jiān)測到“抖動”,系統(tǒng)報警,相關(guān)報告立馬由電腦自動生成?!斑@是地震。”指著報告里曲線圖的突出部分,楊娜向記者解釋波動的成因:“去年,西藏及其周邊發(fā)生了多次地震,這樣的波動意味著布達(dá)拉宮金頂有震感。如果這樣的波動到達(dá)一定程度,就要組織現(xiàn)場檢修?!?/p>
“數(shù)字化和各類監(jiān)測手段,都在幫助我們更好地把布達(dá)拉宮這座傳承超過1300年的歷史文化古跡更好地保存下去。”覺單說。
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