上海拥有1058处、3075幢
优秀历史建筑
分布在城市的大街小巷
从石库门到老洋房
每一栋老建筑
都承载着历史的记忆
如今
借助无人机、三维建模等手段
上海技术团队正为这些老建筑
建立专属的数字档案
让它们在数字世界里“焕然新生”
为老建筑的保护修缮提供科技赋能
亚细亚大楼建筑三维实景模型
为老建筑建立数字档案
从衡山路拐进东平路，在路口的一座花园里，静谧地矗立着两栋二层洋房。
这两栋始建于上世纪20年代的老建筑，青砖和灰墙上透着百年岁月的斑驳；凑近看，还能发现不一样的细节。
“如果你仔细看墙面，会发现上面是一粒粒小石子，这叫‘水刷石’，是用水泥加石子做出来的，模仿的是大理石的纹路。”上海市建筑科学研究院有限公司结构所数字技术部主任朱震宇指着其中一栋洋房的灰色外墙，讲起了其中的门道，“这种外墙看上去典雅庄重，但其实用料很便宜。这体现了当时上海老工匠的智慧，非常具有海派特色，也很具有保存的价值。”
这天，朱震宇和同事田汇丰来到这里，是为了给这两栋百岁老建筑进行三维建模的采集工作。
说话间，他们从工具箱里拿出了一件件设备：搭载着镜头的无人机、地面激光扫描仪以及手持式扫描仪等等。
朱震宇说，针对不同的场景，要分别使用不同的设备、相互补足。比如，无人机的作业效率高，可以快速覆盖大面积区域，同时能够获取真实色彩纹理。“不过这里树木比较多，无人机捕捉低处的画面会比较困难。”
这时就轮到了地面激光扫描仪。它采用非接触式高速激光测量方式，可以快速获取建筑的彩色点云模型，定位精度达毫米级。
而针对建筑的局部细节和室内场景，就需要用到近景摄影测量。
一旁，田汇丰拿着一台手持式扫描仪，围着房屋走了一圈。不一会儿，一个三维点云模型就在平板电脑上显现：“手持式扫描仪的优点就是作业效率比较快。我这样走一圈，建筑的部分外轮廓都已经有了。”
“针对空中、地面、室内等不同场景，我们会用不同的设备去采集，来生成不同的模型，去适应不同的需求。”朱震宇说。
采集完的数据，经过专业软件的加工、渲染，就能1：1还原出建筑室内外的三维模型。朱震宇说，这样的数字模型如同老建筑的一份档案，它的前世今生、各种细节，都囊括其中。
“我们原来采集历史建筑信息，往往通过文字、照片或是图纸，这些都是二维的信息。现在通过三维技术，我们可以很直观地看到建筑目前的特点，直接测量建筑细节的尺寸、细部的构造措施，也可以看到建筑某个地方出现的病害。这些可以作为后面几十年修缮更新的依据。”朱震宇说。
比如，在对外滩亚细亚大楼的预防性保护项目中，团队就利用三维激光扫描技术、摄影测量建模技术、VR全景漫游技术、BIM建模技术，建立了既有精细化构件信息又有逼真纹理效果的数字孪生模型，为后续的文物勘察施工、文物数字化展示利用等提供了全面的基础资料支持。
亚细亚大楼建筑三维实景模型细部效果
亚细亚大楼一层室内全景漫游
探索保护修缮新模式
四行仓库、工部局大楼、亚细亚大楼、张园……眼下，上海建科院团队已经为全市60余处、约180幢历史建筑建立了数字档案。
朱震宇说，其中挑战最大的是中式建筑。“中式建筑构件尺寸更小、纹饰更多。一个雕花、门楣、窗框都会有很多小细节，方寸之间就包罗万象。”
他向记者展示他们制作的豫园湖心亭三维模型，细节处的雕梁画栋都还原得惟妙惟肖。
豫园湖心亭三维实景模型
“中式建筑空间比较开敞，比如一座亭子只有4根柱子，中间是空的，这为我们做三维模型带来很大挑战。我们使用三维扫描仪扫过去，有些点就弥散在空气中了，这就会导致出现建模不准的情况，最早做出来的模型全是空洞。”朱震宇说。
为了精准还原项目的风貌，项目团队多措并举：无人机、三维激光扫描仪、近景摄影专业相机等工具相互补足，进一步完善模型细节。
“我们拍完回来后处理这些模型，一旦发现有任何瑕疵的话，还要重回现场再进行针对性的增补。我们前前后后花了近三个月时间，才最终完成了这个项目。”田汇丰说。
豫园湖心亭实景
这些数字世界里的三维模型，让历史建筑的保护修缮有了新的可能。上海市建筑科学研究院有限公司副总经理李占鸿介绍，基于数字孪生和人工智能技术，就能在数字世界里把老建筑更好地管起来。
“我们会给历史建筑安装各种各样的传感器，同时通过人工智能的算法，分析预测老建筑面临的各种病理病害，未来哪方面会比较薄弱，反过来再对物理世界里的建筑进行人工干预。”李占鸿说。
比如，在豫园湖心亭的保护修缮中，团队检测评估发现，湖心亭木构架因地基沉降出现结构歪闪。因此，团队将静力水准仪安装在湖心亭木构架底部的柱子上。
这款设备就像灵敏的“水位监测仪”，通过感知设备间的相对高差变化来捕捉沉降情况，能精准监测到微小的沉降位移，数据通过无线传输实时上传至监控中心的终端设备，搭配智能数据系统，让工作人员随时掌握古迹的沉降动态。一旦沉降数据超出预设的安全范围，系统会立即自动报警，提醒专业团队及时介入。
除了实时监测单个建筑的“健康状况”，通过应用无人机、人工智能等技术手段，也可以对一整片区域内的建筑进行大规模筛查。
“比如针对某个历史街区，我们可以让无人机定期巡飞，查看房屋的裂缝、倾斜、空鼓等情况。随后，我们再把这些信息喂料给人工智能，让它辅助我们判断趋势、做出报告。”李占鸿说。
用数字留住城市记忆
这些老建筑在数字世界里的“分身”，也正成为建筑活化利用的重要一环。
比如，团队为上海宋庆龄故居纪念馆制作的数字模型，让观众足不出户就能漫游馆内，近距离欣赏各类精美文物。
李占鸿说，他们的三维建模技术，也用在了河北保定历史建筑的文旅开发中。“我们为保定一些历史建筑做了测绘建档工作。游客只需扫一扫历史建筑保护铭牌上的二维码，就能看到这个建筑的背景故事以及三维模型，可以体验漫游其中。”
上海宋庆龄故居纪念馆三维实景模型
近期，上海发布了《优秀历史建筑修缮项目数字化测绘建档实施指导意见（试行）》（以下简称《指导意见》），通过进一步明确标准，为修缮项目划定了“技术红线”与“流程规范”。
“比如，《指导意见》明确无人机、三维激光扫描的精度要求，这就可以解决以往数据格式不一、精度参差不齐的问题。”李占鸿说。
同时，《指导意见》也进一步规范了流程，明确优秀历史建筑在修缮施工结束、竣工验收前，应完成三维数字化测绘建档。在李占鸿看来，这对历史建筑的长期保护修缮有很大帮助：“这就要求建设单位对于优秀历史建筑要进行数据留痕，过了十多年再对建筑进行修缮的时候，就可以看到之前哪里修缮过。未来，我们还可以通过打通保护、规划、文旅等数据链条，避免数据重复采集，也实现保护与活化的双赢。”
优秀历史建筑是城市的“活化石”。它所承载的不仅是历史和文化，也是一份淡淡的乡愁。
朱震宇期待，让更多人通过数字世界的建筑认识上海、记住上海。“当模型打开，很多人机会想起他曾在这里度过的童年、发生过的故事；远在天边的朋友能看到，原来上海还有这么多很精美的建筑，这就是很好的价值。”
“数字化不是为了炫技，而是为了真正保护好历史建筑，让每一个木构、每一种工艺都能够精准留存下来，这才是我们保护历史建筑的初心。”李占鸿说。
部分图片来源：采访对象、视觉中国