关于现代科技论文(2)
关于现代科技论文篇二
现代科技与文化遗产保护
摘要：文童依据文化遗产保护体系的框架对当代文物睬护技术做了进一步的系统梳理与整体研究，探讨了技术应用的重点及边界。提出当代《物保护科技可分为三个层面 第一个层面是围绕价值发现、发掘领域的新技术：第二个层面是围绕价值保存、保护领域的新技术.第三个层面是围绕价值传播、利用领域的新技术。它们共同构成了新的文物保护技术体系框架。文化遗产价值发现、发掘领域相关新技术应用旨在真实、完整、高效的记录文化遗产珍贵的价值信息具体实践包括，基于三维激光扫描、摄影建模技术的遗产空间几何信息采集;遗产材料成分提取分析：获取海量数据的存储技术等。文化遗产价值保存、保护领域相关新技术应用侧重于提供适宜的操作方法.主要包括：无损/微损的遗产残损病害检测技术：动态信息监测及安全性评价技术，遗产关键性保护修缮、修复、维护技术 三维数字化修复技术等。文化遗产价值传播、利用领域相关新技术的应用为其提供了数字化、信息化的媒介诸如：虚拟增强现实技术、移动终端技术与云平台应用等，
关链词：文化遗产保护;新技术;价值发现;价值深护 价值传播与利用
近年来，随着全社会对于文化遗产保护理念、认识的转变，现代科技对文化遗产保护工作的突出作用日益显现，保护工作中的科技含量不断增加，新科技、新装备大量涌现和应用，这是一种可喜的形势。但由于新技术、新成果横跨不同学科领域、非常庞杂，现有文献研究大多局限于单一具体技术，因此有必要依据文化遗产保护体系的框架对其做进一步的系统梳理与整体研究，探讨技术应用的重点及边界，以便今后能做到有的放矢。这对于当下文化遗产保护事业而言是意义重大且十分紧迫的。由于篇幅所限，文中仅以古建筑领域为对象展开讨论，旨在抛砖引玉，难免挂一漏万。
一、文化遗产保护体系与保护技术体系框架概述
价值评估是文化遗产保护的基础和主线，在《文物保护法》及《中国文物古迹保护准则》中已有明确表述：通过对保护对象的研究，确定保护对象所具有的主要价值，分析确定这些价值各个层面的特征，确定反映这些价值特征的物质载体，如特定时期的构件、独特的结构做法、特殊的构造处理、典型的风格、相关的附属文物等，然后根据对这些价值载体的现状评估，采取相应的保护措施，通过改善这些价值载体的保存状况，达到对文化遗产价值和文化遗产物质遗存的有效保护和合理利用。由此当代文化遗产保护学科构建出三个层面或领域的基本体系。依据此体系，当代保护科技可分为：即第一个层面是围绕价值发现、发掘领域的新技术;第二个层面是围绕价值保存、保护领域的新技术;第三个层面是围绕价值传播、利用领域的新技术。它们共同构成了新的保护技术体系框架。在真实、完整、高效的记录文化遗产珍贵的价值信息，具体实践包括：基于三维激光扫描、摄影建模技术的遗产空间几何信息采集;遗产材料成分提取分析;获取海量数据的存储技术等。
(二)文化遗产价值保存、保护领域相关新技术
文化遗产价值的保存、保护研究重点在于为实践环节提供理论、规制和操作层面的支持。该领域中新科技的应用侧重于提供适宜的操作方法，主要包括了：无损/微损的遗产残损病害检测技术;动态信息监测及安全性评价技术;遗产关键性保护修缮、修复、维护技术;三维数字化修复技术等。
(三)文化遗产价值传播、利用领域相关新技术
文化遗产价值的传播、利用研究涵盖“遗址公园规划”、“历史街区的保护、整治与再利用”、“遗址博物馆设计”等方向。该领域中新科技的应用为其提供了数字化、信息化的媒介，诸如：虚拟增强现实技术、移动终端技术与云平台应用等。
二、文化遗产保护新技术应用
(一)价值发现领域的相关新技术应用
全面掌握文化遗产的三维几何、影像及材料成份等基础信息对于文化遗产保护至关重要。相关新技术可归为两部分：
1.三维几何信息采集技术应用
该技术主要分为三维激光、摄影、光栅采集与成型技术三类。
(1)三维激光采集技术：是利用激光束的高精度测距原理获取对象的几何形体空间信息。扫描设备范围从0.2米至2000米，精度从0.02毫米至6毫米的全覆盖，满足从碑刻、陈设到古建筑、城市规划等高精度的采集需求。优点是精确度高，覆盖面广，受环境光干扰小。主要技术难点在于：对于大尺度的不可移动文物(如古建筑等)，每一站采集的有效视角和有效而是有限的，经多次拼站后，如何保持建筑物的整体精度;将点云图最少干预地解读为工程用三视图尚没有好的解决办法;点云色彩的还原度较差。对j二小尺度的文物，主要技术难点在于：对形体复杂的文物，内部遮挡部分较难获取;反光物和毛绒、头发等材质的扫描等。
(2)摄影采集与成型技术应用：是在原有摄影测量技术基础上与计算机算法结合的几何形体测量成型技术，包括了不同尺度的对象采集。优点是色彩、材质、影像的原真度高。主要技术难点在于：几何形体精度较三维激光差，采集时受环境光影响较大。
(3)光栅(白光)采集与成型技术应用：利用光栅与计算机算法结合形成的几何形体采集成型技术。优点是影像好、精度高。主要技术难点在于：仅适用于小尺度的扫描对象。
2.材料成分提取分析技术应用：材料信息的采集、提取与分析在文化遗产保护工作中有着重要意义，通过材料的研究可以判断其成分、产地，并为复原、修复乃至断代研究奠定基础。常用的材料分析设备主要有光谱分析类和显微镜类，又分便携型及实验室型两种。光谱分析类包括：X射线荧光光谱仪、红外光谱仪、傅里叶拉曼光谱仪等;显微镜类则包括：偏光显微镜、原子力显微镜、扫描电镜等。在实际工作中，大多通过便携式设备快速定性检测与实验室设备常规定量检测相结合的方式进行。
(二)价值保护领域相关技术应用
1.病害无损/微损检测技术应用
文化遗产的无损/微损检测技术是文保科学研究中重要的一个研究方向，也是保护过程中不可或缺的前期工作。快速、非/微接触、大面积扫描、多通道、自动化是无损/微损检测技术的优势。在文化遗产保护的严峻形势下，利用无损/微损检测分析病害问题，不仅提高了效率，还可以最大程度的避免人为因素的干扰和影响。 以古建筑木构件的内部病害检测技术为例。以往多采用人工目测、敲击表面听声判断的方法，受制于操作者的经验，其结果偏差较大。运用X射线摄影虽能快速检测内部病害状况，但设备笨重、辐射强，现场应用困难。非金属超声波仪采用表面接触式检测，但超声波探头与物体间需使用耦合剂，不适用于检测表面附着壁画、彩绘的情况。而应力波仪和微钻阻力仪的配合使用不仅可以对木构件内部病害状况进行准确判断，其数据还可用于预测木构件弹性模量、抗压抗弯强度等力学性能，为木结构的安全性评价提供依据。
对于古建筑的砖石构件则采用断层超声成像仪、地质雷达、Tersis仪等，可定性及定量检测其表面及内部的病害残损状况。
2.无损监测技术应用
病害监测技术是预防性的保护模式，是认识文化遗产褪变过程及时发现其安全隐患的基本方法。通过整合计算机技术、信息传输技术、传感技术、数据库技术、GIS技术、多媒体技术等手段，建立能够完整、持续的采集传输相关信息数据的物联网系统。该系统通过多种方法监测古建筑各主要结点的空间存在状态、属性变化，以及周边环境的变化，如古建筑的基础稳定性、承重结构受力、梁架结构变形、屋面外观完整性、彩绘壁画，包括：裂隙、沉降、石基风化、受力、开裂、虫蛀、变形、倾斜、断裂，彩绘或壁画的龟裂、褪色、风化、人为损坏等。继而应用动态有限元模型分析技术、结构损伤识别理论、智能化传感系统和信号处理技术等。实现了监测数据(线上)诊断预警和(线下)专家处理，同时揭示出变化规律(趋势)及形成因素，做为古建筑进一步保护措施的依据。
具体来说：监测裂隙采用光纤光栅裂隙传感器;监测沉降采用定点式剖面沉降压力计;监测受力采用光纤光栅应变传感器;监测梁架变形采用光纤光栅位移传感器;监测柱墙倾斜采用光纤光栅倾角传感器;监测石基风化、屋面外观和表面变化痕迹采用工业照相机;监测白蚁等虫害采用微波雷达仪等。另外针对古建筑整体或局部沉降、位移以及材料表面残损程度等的监测，配合三维激光扫描，依具体情况，以数月至数年一次为宜。对于古建筑材料内部病害方面的监测则配合无损/微损检测，亦以数月至数年一次为宜。
3.修缮、加固新技术应用
修缮、加固新技术立足于古建筑的特殊性――在修复时必须最大限度地保留原有的结构和材料、工艺特征。无论是结构的补强还是材料的替换，都必须严格遵循这一原则。
古建筑木构件的碳纤维板微创加固技术，主要利用3毫米厚碳纤维板嵌入式技术对文物建筑的梁柱等进行加固的方法。具有较少影响古建筑的价值信息，高抗拉强度、质量轻、强度/重量比值高，修复体积小、施工作业面小、施工简易，运输储存方便、易于裁剪、不易腐蚀老化等优点。
砖石构件的渗透增强或憎水技术、无损排盐技术、无损防潮层修复技术、新型石灰基材料与修缮工艺的运用在一定程度上减少了传统修复过程中的副作用，大大提高了修缮的质量。
以往在古建筑构件修复前，很难直观了解修复后的效果。而借助三维数字化模拟修复技术，通过对已损坏的构件整体进行三维扫描，对缺损部分进行数字化模拟，确定合理的方案后，再结合3D打印技术实现最终的修复。
(三)价值传播与利用领域相关技术应用
国内古建筑保护领域普遍存在着轻价值传播和公众教育的现象。古建筑本体、专业研究保护成果、公众之间的割裂客观上让古建筑研究、保护逐渐走向小众。因此亟待运用新的数字化技术方法来消弭这种界限，而大量的实践探索也应运而生。
1.虚拟增强现实技术应用
虚拟增强现实技术的发展呈现出以下特点：更丰富――可以承载大数据量的显示，最新技术已可以呈现真实尺寸数百平方公里的数据;更精细――法线贴图、置换显示灯技术将每一个视觉细节都可以还原至虚拟显示系统中;更高效――图形化交互编程系统，使大部分交互以流程图的方式创建，制作效率大大提高。因而通过虚拟在线技术、参与度提升及激发互动模式等使得文化遗产的价值传播更加主动，更易于为大众所接受。
诸如投影、移动端交互、三维立体显示等技术手段均可运用在古建筑虚拟博物馆中，藉此拉近博物馆、展品和公众的距离。而体感交互技术则打破了现实与虚拟世界的最后一道壁垒，虚拟游览、虚拟互动建造系统等寓教于乐的交互产品，极大地提升了公众的观览体验，同时也达到价值传播的目的。
2.互联网/物联网技术应用
将三维激光扫描、无损/微损检测结合BIM技术对古建筑进行原真、完整的精确建模，通过高效的算法对结构性能进行数值仿真模拟，结合实时监测，实现了动态化的古建筑安全性评估、预警以及数字化修缮，三维激光扫描、检测、监测、修复技术在此融合。各环节的成果也将直观的显示在BIM模型中，通过云平台可以在PC、游客触摸屏、手机等媒介上实现对其的管理与宣传教育。
应用二维码和手机APP技术的文化遗产快速导览系统，则实现‘了快速查询、检索博物馆地理信息位置、展品信息等功能，并根据定位系统推送游览路线、播放导览语音，以很小的成本投入，即能满足游客主动性的信息获取。
三、结语
新科技的优势在于其汲取了各领域最新的研究成果，而不完善之处也体现在成本较高和不甚稳定等方面，还需要通过大量的保护实践去验证、去修正。通过架构新的保护技术体系框架，分门别类的选择适宜性的新技术，使其在各领域中“落地生根开花”，不失为一种可行的思路和方法。运用新科技的力量推动文化遗产保护事业发展的大方向是明确的，但还有很长的路要走，值得每一位文保工作者、管理者去探索、去思考。
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