只需三維激光掃描儀輕輕一掃，天壇皇乾殿漢白玉石欄桿上的紋飾、外墻斑駁都清晰出現(xiàn)在屏幕上。近日，北京青年報(bào)記者跟隨北京市測(cè)繪院中軸線測(cè)繪團(tuán)隊(duì)，實(shí)地測(cè)繪天壇公園，了解數(shù)字孿生中軸線背后的故事。據(jù)介紹，受北京市文物局、北京文化遺產(chǎn)研究院等機(jī)構(gòu)委托，2020年9月開始，北京市測(cè)繪院組織一支200多人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，開展了中軸線遺產(chǎn)點(diǎn)的實(shí)地測(cè)繪。這是歷史上首次對(duì)中軸線遺產(chǎn)點(diǎn)開啟大范圍的測(cè)繪工作，通過數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，高精度還原了中軸線上35座古建筑及其周邊場(chǎng)地，為規(guī)劃審批、環(huán)境整治、科學(xué)考古、遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)提供了扎實(shí)的數(shù)據(jù)基底，助力中軸線實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、精準(zhǔn)化遺產(chǎn)保護(hù)。

　　用三維激光技術(shù)

　　復(fù)刻數(shù)字孿生天壇

　　確定擺站位置、固定站式激光掃描儀，天壇皇乾殿一角，兩位北京市測(cè)繪院測(cè)繪工作人員開始了對(duì)皇乾殿的測(cè)繪。隨著掃描儀上激光發(fā)射器360度旋轉(zhuǎn)，發(fā)射出的激光照到建筑物上再反射回來，通過計(jì)算來回距離確定位置，反射點(diǎn)的空間坐標(biāo)將被計(jì)算出來。

　　激光掃描的同時(shí)，掃描儀上安裝的鏡頭也在拍攝全景照片，提取測(cè)繪建筑物的顏色信息。當(dāng)這一個(gè)個(gè)空間坐標(biāo)與顏色信息相匹配并連點(diǎn)成線、連線成面時(shí)，“數(shù)字孿生版”皇乾殿就呈現(xiàn)在電腦屏幕上。“就像咱們中國(guó)的工筆畫，精細(xì)到每一根頭發(fā)絲都原樣描繪出來。”北京市測(cè)繪院首都功能核心區(qū)部副部長(zhǎng)安智明說。

　　皇乾殿外，另一位測(cè)繪工程師陳曦正背著背包式三維激光掃描儀測(cè)繪祈年殿外的磚石路面。這個(gè)重達(dá)30余斤的大家伙上，頂部安裝有一個(gè)激光發(fā)射器、5個(gè)鏡頭和一個(gè)衛(wèi)星接收天線，背包下面是有強(qiáng)大處理和計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)以及電池系統(tǒng)。可移動(dòng)的背包掃描儀獲取數(shù)據(jù)范圍更大，主要負(fù)責(zé)建筑物以外的場(chǎng)地測(cè)繪，大到建筑小到一棵樹、一處景觀小品，車輛無法進(jìn)入的地方，都要靠工作人員步行測(cè)繪。“每次作業(yè)我們是兩個(gè)人上下午倒班，每個(gè)人每天能走到2萬到3萬步?！标愱卣f。

　　對(duì)安智明和他的團(tuán)隊(duì)而言，天壇已經(jīng)是他們本次測(cè)繪的尾聲了。受北京市文物局、北京文化遺產(chǎn)研究院等機(jī)構(gòu)委托，2020年9月開始，北京市測(cè)繪院組織了一支200多人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，開展了中軸線遺產(chǎn)點(diǎn)的實(shí)地測(cè)繪。這是歷史上首次對(duì)中軸線遺產(chǎn)點(diǎn)開啟大范圍的測(cè)繪工作，數(shù)字測(cè)繪工作完成后，一條數(shù)字孿生版的中軸線將呈現(xiàn)在世人面前。

　　從二維手工到三維智能

　　復(fù)刻精度達(dá)到毫米級(jí)

　　從事測(cè)繪工作29年，安智明記得剛?cè)胄袝r(shí)，所用到的工具只有全站儀，這種工具只能一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)測(cè)，而且只能測(cè)出空間位置，而如今的激光掃描儀一次擺站就能測(cè)到上萬個(gè)點(diǎn)，不僅有空間位置還能記錄紋理和顏色?！爱?dāng)年梁思成和林徽因古建筑尋蹤測(cè)繪，那時(shí)還需要搭腳手架，人工使用皮尺測(cè)量，再繪制到圖紙上，精度是以厘米乃至分米為單位的?！卑仓敲髡f。

　　技術(shù)發(fā)展帶來最直觀的變化就是精度的不斷提升。中軸線上建筑物測(cè)繪精度可以達(dá)到毫米級(jí)，精細(xì)到每一塊磚上的磚縫、墻皮的裂隙都能清晰表達(dá)出來。安智明介紹，不只是建筑物，對(duì)于中軸線遺產(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)地他們也會(huì)精細(xì)掃描，祈年殿外的磚石路面上任何一處破損都難逃掃描儀的“法眼”，如此精細(xì)化的工作將為日后修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。

　　精度提升的同時(shí)，測(cè)繪人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，測(cè)繪工作也從二維手工向著三維自動(dòng)化、智能化方向轉(zhuǎn)變。若是早先搭建腳手架人工測(cè)量，僅僅祈年殿建筑本體測(cè)繪就需要一個(gè)月左右，而如今整個(gè)天壇公園的建筑物及場(chǎng)地測(cè)繪僅需10天到12天即可完成，大大提升了測(cè)繪效率。

　　技術(shù)的加持大大便利了測(cè)繪工作，真正考驗(yàn)測(cè)繪人員智慧與耐心的則是掃描的完整度。在占地達(dá)215萬平方米的天壇遺產(chǎn)區(qū)，要清晰復(fù)刻每一處細(xì)節(jié)，需要工作人員精心設(shè)計(jì)掃描點(diǎn)位和路線?！懊恳粋€(gè)地方我們都會(huì)從不同的角度去擺站，像祈年殿下三層漢白玉圓臺(tái)，我們就需要繞三圈，保證每一處部件都掃到。”安智明告訴北青報(bào)記者，一般擺站間重復(fù)率達(dá)到20%即可，但我們會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)比例，皇乾殿一般來說只要在4個(gè)角擺站即可，我們會(huì)擺二十多個(gè)，就是要考慮部件完整度?！?/p>

　　找到消失近90年天橋

　　數(shù)字技術(shù)助力考古新發(fā)現(xiàn)

　　精細(xì)而完整的外業(yè)掃描并不是測(cè)繪的結(jié)束，有了掃描數(shù)據(jù)還需要內(nèi)業(yè)工作人員投入大量精力進(jìn)行數(shù)據(jù)的后期處理、分析和建設(shè)?！叭缤磮D，外業(yè)人員制作好每一塊拼圖，內(nèi)業(yè)人員則要負(fù)責(zé)把分散的拼圖給拼在一起?！北本┦袦y(cè)繪院享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家陳品祥告訴北青報(bào)記者。

　　陳品祥介紹，拼在一起后內(nèi)業(yè)人員還需要進(jìn)行位置校正、再將其建成三維模型并搭建平臺(tái)，這樣全流程工作結(jié)束后，實(shí)景三維中軸線才能呈現(xiàn)在大家面前。去年在北京展覽館“奮進(jìn)新時(shí)代”主題成就展上，實(shí)景三維中軸線首次呈現(xiàn)在公眾面前?！熬吧焦臉腔ヌ鳌⑻彀查T正陽門互眺”“永定門的雪景”這些平日難得一見的場(chǎng)景通過屏幕展現(xiàn)在觀眾面前，多視角讓觀眾如同身臨其境。展覽只是實(shí)景三維中軸線應(yīng)用場(chǎng)景之一。陳品祥告訴北青報(bào)記者，作為一個(gè)數(shù)據(jù)基底，實(shí)景三維中軸線的應(yīng)用場(chǎng)景非常豐富，從規(guī)劃審批、環(huán)境整治到科學(xué)考古、遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)，處處都能見到它的身影。

　　綿延7.8公里的北京中軸線，歷經(jīng)元、明、清及近現(xiàn)代逾7個(gè)世紀(jì)歷史層級(jí)累積，在歷史更迭中不斷變遷，一些遺產(chǎn)點(diǎn)也消失在歷史長(zhǎng)河中。本次中軸線測(cè)繪過程中，通過三維測(cè)繪地理信息技術(shù)準(zhǔn)確定位消失了近90年的天橋。史料記載，天橋是明清帝王前往天壇祭天時(shí)的必經(jīng)之路，也是北京中軸線的重要節(jié)點(diǎn)。但經(jīng)過歷代降低拱橋、擴(kuò)展路面、拆除欄板等多次改造，老天橋地上的痕跡都已消失。此前北京市也多次嘗試找到天橋原址。“這次我們靈機(jī)一動(dòng)，找橋先找水，水和中軸線的交匯處就是天橋?！标惼废檎f。

　　循著這個(gè)思路，北京市測(cè)繪院工作人員通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)天橋位于龍須溝之上，而龍須溝在上世紀(jì)20年代整治疏通時(shí)，被加了蓋板，于是工作人員又去調(diào)查地下排水管線?！拔覀兡弥鴥x器一條一條管線去排查，就發(fā)現(xiàn)有一條溝的蓋板明顯跟其他的不一樣?！标惼废榻榻B，結(jié)合測(cè)繪院在80年代做管線普查時(shí)留下的資料，工作人員確認(rèn)該管線就是當(dāng)年龍須溝所在之處，從而精準(zhǔn)找到了天橋原址。

　　遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)助力

　　保護(hù)智能化、精準(zhǔn)化

　　中軸線上各遺產(chǎn)點(diǎn)經(jīng)過數(shù)百年歷史洗禮，形變和破損在所難免。形變數(shù)值、破損程度如何？未來，測(cè)繪形成的實(shí)景三維數(shù)據(jù)將會(huì)為遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)提供扎實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。2023年1月，《中軸線保護(hù)管理規(guī)劃(2022年-2035年)》正式實(shí)施，其中提到要高標(biāo)準(zhǔn)建立遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)遺產(chǎn)保存的空間格局和本體狀況、自然和社會(huì)環(huán)境狀況等方面的監(jiān)測(cè)，提升預(yù)防性保護(hù)管理水平。

　　中軸線測(cè)繪將是建立遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)基底。安智明介紹，中軸線遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)分為本體監(jiān)測(cè)和風(fēng)貌監(jiān)測(cè)兩方面。本體監(jiān)測(cè)針對(duì)文物本身，通過不同周期掃描，建筑物局部形變、細(xì)小的裂縫也能被精確監(jiān)測(cè)，為后期的管理和修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐?！皰呙璜@得的三維模型精度達(dá)到毫米級(jí)，比航飛獲得的模型精度只能達(dá)到厘米級(jí)更能監(jiān)測(cè)出遺產(chǎn)本體細(xì)微的變化。”安智明說，除了文物本體監(jiān)測(cè)信息，實(shí)景三維技術(shù)還能加入道路監(jiān)測(cè)信息、人口監(jiān)測(cè)信息等，實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、精準(zhǔn)化的遺產(chǎn)保護(hù)。文/本報(bào)記者 張?jiān)码?/p>