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无需开挖,不伤墙体,就能精准探明长城内部是否有空洞、裂隙或结构失稳,这听起来像是文物保护领域的一个理想化愿景,如今正在一支科研团队的手中变为现实。
由北京工业大学建筑与城市规划学院钱威副教授牵头的长城无损检测科研团队,依托北京市历史建筑保护工程技术研究中心、国家文物局重点科研基地等平台,围绕长城遗产预防性保护需求,研发探地雷达、三维扫描、人工智能识别等多技术融合的无损检测体系。作为项目主要参与人和核心青年骨干,滕龙吟用探地雷达与三维扫描仪等设备,为这座历尽沧桑的古迹做起了精密的“CT”检查。
读懂长城之困
作为全球体量最大的线性世界文化遗产,长城历经千年风霜侵蚀、地质灾害与人为扰动,传统人工勘察难以“看穿”,开挖检测又违背文物 “最小干预”保护准则。如何利用现代科技手段,实现文化遗产精准诊断、预防保护与长期管理,成为重要课题。
说起与文化遗产保护的缘分,滕龙吟回忆,并非始于某个瞬间,而是在专业交叉与一线行走中渐渐扎根的。
求学阶段,滕龙吟没有把自己“困”在本专业的知识中。通过系统研读《威尼斯宪章》《数字遗产宪章》等国际遗产保护纲领,主动交叉学习土木工程、AI图像识别、历史村镇规划等多学科知识,他发现传统长城和古建筑勘察主要依靠人工目视检查,难以精确识别墙体内部空鼓、基底脱空、隐蔽裂隙和结构损伤;传统取样、开挖检测方式容易对文物本体造成干扰,难以满足预防性保护需求;现有保护工作需要从单一抢险修缮向“本体诊断—风险评估—保护修缮—长期监测”的系统模式转变。
然而,纸上得来终觉浅,为摸清长城真实病害现状,滕龙吟把实验室搬到山野之间,开展大量现场调研,走访北京长城沿线红色文化点位,踏访古北口等长城抗战旧址,观察长城本体受到风化、冻融、植被侵蚀等影响。
“我们不能等墙体坍塌再抢修,要早诊断、早预防。”长期山野调查与古建现场实践,使他充分掌握砖石长城、传统建筑及历史环境的差异化病害特征,为后续无损检测技术研发和保护规划实践积累了丰富的经验,也因此确定了数字技术破解遗产保护难题的研究方向。
打造长城“CT”机
走进北京密云西田各庄镇的1:1仿真长城试验平台,复刻的实体仿真墙体映入眼帘,人为设置空洞、沉降裂隙、砖体损伤、冻融剥落等典型病害分布其上。这里是钱威团队攻克技术难关的主要阵地,也是长城专属“CT机”的诞生地。
“我主要承担了模型搭建、设备联调、数据标注、算法优化等全流程工作。”滕龙吟介绍,此前传统探地雷达成像模糊,墙体内部病害无法量化定位,团队通过信号增强、图像处理、三维建模等方法,提高内部病害识别能力,实现墙体内部结构状态的可视化表达。相关技术能够对空洞、裂隙等隐蔽病害进行精准定位。
无数次的修改调整,换来一系列硬核科研成果。作为第一发明人,滕龙吟获得国际发明专利授权1项,另有国内发明专利2项进入受理阶段;围绕古建筑数字化测绘、病害识别与智能管理等方向,作为第一完成人完成5项软件著作权登记。同时,他以第一作者身份发表高水平SCI论文2篇,相关研究成果为遗产的预防性保护提供了重要技术支撑。
这套技术体系也并未止步于长城。在故宫、智化寺、岱庙等多处全国重点文保单位的勘察工作中,滕龙吟参与三维激光扫描、砖石病害检测、木构件缺陷识别、建筑数字化建档等工作。针对建筑结构复杂、保护要求高等特点,结合不同建筑类型和材料特征,优化检测参数与数据处理方法,对墙体内部隐患、砖石风化、木构件隐蔽损伤等问题开展精准识别。同时,利用三维扫描技术完整记录建筑形态、构件关系和空间信息,为后续保护修缮和历史信息保存提供数字化基础。
用青春续写长城保护新篇
在科研成果转化过程中,滕龙吟也积极参与到了文物保护技术体系建设中,参与相关行业规范和技术标准研究,包括《古建筑结构安全监测技术规范》等文件研讨与编制工作,推动无损检测、数字建档、风险评估等技术方法向标准化、规范化方向发展,为大型文化遗产保护提供可推广的技术路径。
目前,团队的相关技术已服务于北京明长城、故宫古建筑、京郊历史环境等多个遗产保护场景,形成可推广的数字化保护模式。长城与古建筑智能监测平台,将位移、裂缝、温湿度、振动等多维数据进行综合分析,实现了遗产状态动态感知和风险预警,推动文化遗产保护由“抢险修缮”向“预防性保护”转变。
纵观长城保护发展历程,从我国古建筑学家罗哲文等老一辈文保工作者奠定研究基础,到新时代科研团队依托数字技术探索保护新路径,文化遗产保护事业始终在接续传承中不断创新。
作为青年科研人员,滕龙吟也有着自己的规划。未来,他希望继续推动数字技术与文化遗产保护深度融合,持续完善长城及古建筑智能监测、数字建档和风险评估体系,探索适用于不同类型遗产保护场景的科技路径,让长城承载的历史记忆和中华文明在新时代得到更好传承与发展。(记者蔡琳)
