域外案例

通过数字测绘技术改进建筑遗产的保护政策——以意大利阿尔卑斯山区中世纪小镇沃戈尼亚历史中心为例

摘要: 全文刊登于《中国文化遗产》2024年 第1期 P27-38向上滑动阅览通过数字测绘技术改进建筑遗产的保护政策——以意大利阿尔卑斯山区中世纪小镇沃戈尼亚历史中心为例劳伦佐·坎蒂尼马蒂亚·普雷维塔利江攀(译)摘要:在欧洲乃至全球范围内,乡村和偏远地区的小镇在迈向可持续发展目标的过程中面临巨大压力和挑战。在过去的几十年,山区的村庄和小镇呈现出人口 ...

全文刊登于《中国文化遗产》2024年 第1期 P27-38


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通过数字测绘技术改进建筑遗产的保护政策——以意大利阿尔卑斯山区中世纪小镇沃戈尼亚历史中心为例

 劳伦佐·坎蒂尼 马蒂亚·普雷维塔利 

江攀(译)


摘要:在欧洲乃至全球范围内,乡村和偏远地区的小镇在迈向可持续发展目标的过程中面临巨大压力和挑战。在过去的几十年,山区的村庄和小镇呈现出人口明显减少和经济衰退的趋势。新冠疫情期间,随着近郊旅游的兴起,小镇迎来新的发展机遇,一些小镇的历史中心得以完整保留,当地的传统生活方式为人们提供了一种新的可能性,这为如何在山区小镇研究与应用全新的保护与振兴政策创造了条件。为了推动这些历史中心的战略性发展,需要制定新的保护政策为未来工作提供思路、指明方向,这需要跨学科的合作。数字技术在调查和记录建筑遗产方面发挥了关键作用。本文以意大利北部阿尔卑斯山区奥索拉山谷的沃戈尼亚历史中心为例,介绍激光扫描、无人机摄影、360˚全景摄影等数字测绘技术的应用。采用跨学科的方法,通过历史分析、先进测绘技术、非破坏性检测、材料与病害分布绘制等方式对主街附近的不同建筑进行研究。以意大利设计历史中心保护方案的基本原则为标准,展示所取得的知识性成果,强调城市公共与私人建筑的关系对建筑遗产未来的使用与提升所具有的独特价值。

关键词:建筑遗产;360˚全景摄影;三维激光扫描;无人机摄影;数字技术



沃戈尼亚(Vogogna)位于意大利西北部的皮埃蒙特(Piemonte)大区,是一个拥有约1750名居民的小型市镇(commune)。

本项研究源自米兰理工大学建筑、建成环境和建造工程学院与沃戈尼亚市政厅之间的一项合作。根据合作协议,笔者所主持的硕士必修课《保护设计工作坊》(Architectural Preservation Studio)以该镇为场地,在实地调研基础上,经过专门的方法训练后,学生分组对选定的不同历史建筑(部分)进行研究、评估保护现状,制定具体的保护设计方案,以保护所研究对象的建筑特征,并提出再利用策略。这个工作坊持续两个学年。沃戈尼亚小镇已被列入“意大利最美村庄(I Borghi più belli d'italia)”名录,但面临严重经济衰退和人口流失的危机,市政厅正在参与基于提升其中世纪历史中心价值的活化政策研究。

沃戈尼亚与当地的历史和自然环境紧密相连,在一个自然保护区内:该保护区位于奥索拉山谷(Ossola),有河流穿过,山脚是一片树林,小村庄散落其间。作为设计课程的一个真实案例,其复杂程度较高,要求学生从物质、非物质角度来考察这个历史中心的价值。小镇根据意大利文化遗产保护法规,保护设计必须遵守一系列基本步骤:深入了解历史建筑,从其几何特征、与环境的关系、建筑技术、保存状况入手,确定干预修复措施,最后提出再利用和价值提升的方案。

这项工作的重点是利用先进的数字化测绘技术来建立历史建筑的几何模型,并将其他信息与几何模型联系起来:首先是整合无人机摄影、三维激光扫描和360˚全景摄影等技术和方法来获取建筑物的几何信息并建立整体的数字模型;然后分析其材料和病理的构成与分布特征;最后进行保护设计。同时,此测绘结果也为建筑遗产保护修复方案提供思路,使其得到持续的保护管理。


一、沃戈尼亚案例研究:历史和病害分析


沃戈尼亚小镇因其历史建筑的质量和与自然环境的融洽呈现出一种令人愉悦的场所感,还因为与伦巴第大区及其主要城市米兰的许多重要历史事件息息相关而独具特色。这里保留了辉煌且丰富的历史遗迹,见证了人类充分利用当地资源进行生产生活的历史,形成了和谐的山区景观。如今,新的城镇发展模式出现,传统历史中心无论在就业还是居住方面都已失去吸引力,该小镇与社会、文化、经济传统之间的平衡发生了变化,这导致人们不断搬迁到小镇的新区。这样的复杂背景使得沃戈尼亚成为这门保护设计工作坊课程的绝佳案例。课程的目标就是训练学生应对历史中心的复杂性,综合考虑空间形态和建筑类型,重点关注选定对象,提出不同尺度的高度专业化的干预措施,这构成保护设计的主要内容。此外,该项目还将探索如何将新功能引入历史建筑,提出如何对其建筑知识、历史、转型、特征等内容进行推广的最佳方案。换句话说,该工作坊的主要目标之一是应用更先进的数字测绘方法,促进历史建筑的价值提升。

沃戈尼亚小镇的历史中心以中世纪建筑为特色,由住宅、教堂和一座城堡组成(图1)。一条狭窄的自西向东的主干道穿过中心,中间是主广场,广场上有市政厅、中世纪地方行政官的府邸和圣玛尔塔(St. Marta)教堂,这座教堂也曾被用作犯人服刑前的看守所。市政厅通过阶梯与位于高处的城堡相连,城堡与既存的城墙构成了这座小镇的防御体系。这些建筑的一致特征是:砖石墙壁,外面涂带颜色的抹灰,有些也起到装饰作用,屋顶的建造则采用山区传统材料——石瓦。沿着主街北侧的敞廊是一条古老的商业街,它连通市政厅一层的公共集市广场和位于历史中心西边边界的主教堂及广场。

图1 沃戈尼亚小镇,独具特色的砖石建筑可追溯到14世纪


小镇在1348年成为重要的行政中心,这得益于当时诺瓦拉(Novara)地区的大主教乔瓦尼·维斯康蒂(Giovanni Visconti)——未来的米兰地区领主,将该镇设置为奥索拉山谷南部地区的首府并对其进行了改造[1]。这个区域的其他几个地标还包括托塞(Toce)河以及罗马人修筑的连接米兰和阿尔卑斯山辛普朗山口(Simplon pass)的军用公路。城堡也在同一时期建成,它与分散在山谷主峰上的瞭望塔构成了更大范围的防御系统,小镇后山上的城堡遗址就是重要的见证。

如今,沃戈尼亚小镇历史中心已具商业功能,其商业活动已转移到沿着辛普朗路的新区。同时,也因为当地居民更喜欢近郊的舒适新型住宅,历史中心的常住人口也在进一步减少。对此,市政厅也在寻找新的战略,以期在其完全荒废前重获吸引力。例如,一些文化功能被置入:维斯孔特奥城堡(Visconteo Castle)被改造成了地方历史博物馆,部分公共和私人的建筑在一些时间段被艺术家用来举办文化活动。最近,市政厅获得文化部资助,对府邸背后连接城堡的台地花园进行修复,这进一步提升了从历史中心进入城堡的便利性。我们的保护设计工作坊也是这些战略中的一环,以先进的测绘技术获得数字化模型,作为项目不同阶段的技术支撑,以期提出历史中心再生的新方案。


(一)市政厅

根据历史档案,市政厅建于1348年[2]。大主教乔瓦尼· 维斯康蒂为了加强作为米兰领主对奥索拉地区的控制,建立了山谷防御系统抵御来自瑞士的频繁进攻。他重新对领地的行政区进行划分,将沃戈尼亚设为奥索拉山谷南部地区的首府,多莫多索拉(Domodossola)为北部地区的首府,并围绕小镇修建城墙,在高处修建城堡。

市政厅是巴第(Lombardia)地区中世纪的一种典型建筑:底层是架空的敞廊,用作公共集会活动的空间,二层则是更加私密的官员们开会的场所。对照历史图像,我们可以发现这座市政厅的主要特征一直得以延续:具有序列感的哥特样式拱券落在巨大的支柱上,它们是整座建筑的主要结构,并且限定了一层的敞廊空间;屋顶则是具有地方特色的石板屋面。建筑经历的主要变化在于通向二层的楼梯:根据1855年绘制的名为《Catasto Rabbini》的地籍图,当时市政厅的二层与其西北侧的一座官员府邸直接相连。这也是此类型建筑的一个典型特征,即出于防御目的,建筑二层不能直接通过街道进入,它的主入口往往设置在附近建筑中,经由天桥才能到达。

市政厅的一层敞廊和二层会议室内部有一些壁画的遗存,其中较为完整的是代表博罗梅奥(Borromeo)家族的盾形纹章图案:见证了1446年维塔利亚诺·博罗梅奥(Vitaliano Borromeo)从米兰的维斯康蒂手中买下这座建筑,成为此地新领主这一历史事件[3]。

图2 市政厅前后主立面以及与中心广场直接相连的敞廊空间


市政厅一些其他方面的变化是通过热成像仪发现的。这项基于红外线辐射的非破坏性检测技术以温度分布的形式呈现建筑表面的辐射图像[4]。热成像检测的原理是不同材料,例如密室的石头和多孔的烧制材料(实心砖等),辐射能量值不同,因此在热成像仪上显示的温度值不同。建筑构件温度受到外部涂层背后的结构元素的影响,热成像检测显示了一些隐藏的建筑砌体结构以及一些建造痕迹,可以用作历史分析和几何测绘的重要补充。例如通过对东南立面的热成像检测,我们可以识别出一些被后期使用者封闭的开窗形式;同时,不同部位的砌体结构使用的不同材料也得以识别:不规则石块和卵石砌筑的承重墙、规则石块砌筑的拱券和砖块砌筑的平拱(图3)。市政厅西南立面的热成像测试结果显示,在拱廊上方有成序列排布的矩形图案。这些矩形区域温度较高,不同于石砌体较低的温度,这表明涂层背后隐藏着不同的材料和构造。而这些区域形状规则、排列有序,极大地暗示了这里曾经有一组构件插进墙面。这一猜测被历史档案证实:这一侧曾经有一座木结构的覆顶长阳台。作为教学练习,该组的学生综合历史档案、几何测绘和热成像分析,将这座消失的木构复原出来(图4)。

图3 市政厅东南立面的热成像分析


图4 市政厅热成像分析及数字模型


(二)比拉吉府邸

市政厅所在的主广场被一些重要的府邸建筑围合,这些建筑的外立面颇有纪念性,见证着各个大家族的兴衰。其中,比拉吉府邸曾属于小镇最具影响力的贵族比拉吉·罗塞蒂(Biraghi Lossetti),它保留了诸多贵族府邸的典型特征。这座府邸是一个综合体,由中世纪原有的不同建筑拼贴而成。其历史可以追溯到1650年[5],随着时间的推移,最初的核心部分不断扩张,最终达到了39个房间的规模,分布在不同的楼层和不同的体量中。

府邸的主立面靠近市政厅的西南角(图 5a)。从主入口进入,经过一段有装饰的筒形拱顶通道,就可以到达中心庭院(图5b)。庭院的四面并不对称:通道正对的是连接一二层的外部楼梯(图5c);北侧是两跨的罗马风装饰的拱顶敞廊;其他两面则是封闭的墙面,墙面上有拱形装饰和开窗,在形式和比例上与拱廊呼应。在二层,一个通风的凉廊和阳台将四面的空间连通(图 5d)。地下室通过不同拱顶结构支撑,这也证明各个体量修建的时期不一。

图5 比拉吉府邸


1915年和1944年,现代主义建筑师保罗·维埃蒂·维奥利(Paolo Vietti Violi)对这组建筑进行了重要的改造[6]。如今,这里被用作瓦尔格兰德国家公园(Parco Nazionale della Val Grande)的办公场所。在府邸东南翼的二楼,一组连通的房间构成的公共区域得以保留,里面雕塑装饰的壁炉颇具特色。三层过去是夏季和冬季的卧室,现在这些空间都被翻新以适应新的用途。维埃蒂·维奥利在加建中新增的一个工作室,现在也被改造成国家公园的办公区。

市政厅曾获得一笔公共资助来修复这座府邸的后花园。这个花园是台地花园的一个典型案例,它连接了府邸和位于历史中心最高位置的维斯孔特奥城堡。历史上,这两座建筑在20世纪初产生了紧密的联系,因为当时罗塞蒂家族从沃戈尼亚市政厅租用了这座城堡[7],作为后花园浪漫的背景。

比拉吉府邸由不同的单元组成:围绕中心庭院的主体部分和分别位于东西两侧的两个次要单元。西侧单元与一旁的圣玛尔塔教堂相连,过去住在府邸的家庭成员可以从教堂中殿高处通道进入参加宗教活动。这种复杂的建筑体量组合,包括各个楼层复杂的内部空间组织,需要先进的测绘技术来精确确定各个体量单元。例如,通过热成像调查,可以提升对于建筑各部分不同构造系统的认知,如墙体内部的不规则石块。此外,不同砌体结构的改造和修复部分也得以清晰识别,如同样使用砖的拱顶构造和垂直的墙体构造(图6)。精确识别混合建造技术中的不同材料及其不同的机械性能,如石砌和砖砌技术,是进行准确的保护干预设计的重要任务。因为这些材料本身成分不同,耐久性不同,需要在保护设计中区别对待处理。

图6 比拉吉府邸,热成像分析图显示了拱形开窗的修复痕迹(图片来源:建筑师R. De Ponti 和 L. Bolondi,ARCH-Indagini事务所)以及关于构造系统的示意图(图片来源:工作坊学生V. Azzali, A. Bongi, V. Bianchi, G. Gallinari和 G. Galloni)


(三)剧院之家

第三个案例是一座废弃的建筑,名为“剧院之家(Casa Teatro)”(图7)。这座建筑建于 1773年,当时作为一座新的公共档案馆[8]。它建在一座旧房之上,这片区域之前有城墙,后来因为城市扩张而被拆除。市政厅的历史档案对这座建筑记载:底层有4个房间和走道,二层有2个房间;这些房间被用作存放法律档案室、办公室和宿舍。1819年,沃戈尼亚不再是地区首府,因此档案馆不再发挥作用。随后建筑被改造成剧院,一层用于演出,它的名字由此而来。

图7 剧院之家


1931年,这座建筑被法西斯组织用作男童教育基地。1952年,市政府将其租给一家制造商,他们在里面安装了切割石块的机器。五年之后,这座建筑又被市政府收回,他们接受当地文物保护部门的建议,决定引入一些生产性的活动。合同终止后,它又被用作一些地方组织的聚会场所。1996年,该建筑的保护设计方案完成。但在2018年,它的屋顶坍塌,尽管2019年建造了临时屋顶,但整座建筑仍处于废弃状态。现在,市政厅正在努力使这座建筑发挥新的作用,通过有关文化景观和建筑遗产保护的不同项目,计划将其用于为社区和可持续旅游服务。

根据这一愿景,保护设计必须基于对其受损结构的分析,这需要结合几何测绘和其他技术进行详细的测绘。例如热成像调查被用来确定石膏剥落的区域和面积,其原理是含水率越高,记录到的温度就会越低(图8)。这种分析有助于绘制详细的病害分布图,用于确定修复方案。此外,由于屋顶坍塌产生的持续影响,其结构可能遭遇变形,垂直结构也有倾斜的风险,这些都能够通过更先进的测绘技术发现。

图8 剧院之家正立面的热成像检测显示了抹灰因为受潮而剥落的区域分布


二、测绘技术


前文提到,建筑的几何信息是调研的首要关键,是进一步分析和介入的基础。历史建筑具有极为复杂的不规则几何形状,与其经历的历史变化相关(例如两个独立的单元合并成一个新的单元)。因此,准确记录这些非规则的变化特征是一大关键,并需要将这些变化与建筑的历史、建造技术和材料紧密关联。细致的几何调查对于修复项目中的其他专业人员也很重要,例如结构工程师。因为这种详细的几何实录涉及不同方面,例如形状、尺寸和肌理,所以沃戈尼亚案例整合了多种测绘技术:三维激光扫描获取了建筑的点云模型,可以生成平立剖面图;无人机用于完成无法从地面直接测绘到的区域,如屋顶和塔楼顶部;地面摄影调查融合传统的相机和新的360˚传感器,可以生成带有表面纹理的模型并进一步导出正射影像图。

(一)激光扫描

激光扫描技术的出现彻底改变了对建筑遗产的测绘方式[9]。的确,在当代的建筑保护和修复领域,激光扫描已经成为一种不可或缺的工具,它彻底改变了我们理解、分析和保护建筑遗产的方式。这个领域的任何重要项目都离不开这项技术来捕获建筑的几何形式。激光扫描的原理是利用激光技术,并与专用的传感器结合,精确记录建筑表面的大量数据点,从而生成高度精细的点云模型。它囊括了扫描对象的几何属性,是对其可靠的数字呈现。其结果不仅是一组测量数据,更是一幅全面的建筑“肖像”。实际上,激光扫描与传统测量方法的区别在于,它能够捕捉到后者通常无法捕捉到的细节。建筑的装饰、纹样、结构及各种其他构成要素,连同不易被察觉到的不规则变化都能得到完整记录,形成一个虚拟的数据库。这种精细程度不仅能够使建筑历史学家和保护工作者从中获取新的信息,也增进了建筑师和工程师对结构形式和实质的理解,为修复和保护工作提供支撑。激光扫描不仅是数据获取的过程,还能利用获取的点云数据生成建筑和场地的平面、立面和剖面图等各种建筑 “产品”。

在保护工作坊中,学生们既要学习激光扫描的原理,也要求在CAD或BIM软件中处理点云,以获得保护设计需要的基础图纸。在沃戈尼亚案例中,学生们在老师的指导下,使用Faro Focus X13 和 Leica BLK这两种不同的仪器对不同的建筑进行了扫描和分析。使用这两种仪器进行教学是为了向学生展示不同解决方案在信息获取策略和点云质量方面的差异。

(二)无人机摄影

在街道狭窄的历史中心,不可能仅仅从地面测绘就能获取有关建筑物几何形状的所有信息。因此,无人机测绘对于获取建筑物的屋顶结构或塔楼顶部的信息就十分重要[10]。随着无人机监测技术(UAV technology)的迅速发展,无人机测绘比其他测绘技术所需的人力资源更少,从而节省了成本。此外,即便是入门级或者消费级的产品也配备了高分辨率的相机,可以捕捉到清晰的图像,能对地面测绘忽略的一些精细复杂的特征和细节进行有效的补充。无人机拍摄的图像可以与地理信息系统(GIS)和摄影测量软件平台无缝兼容,进行可视化的综合分析,从而实现了对大面积场地、地形和建筑的全面测绘,这些都难以通过简单的地面测绘直接实现。各国在航空法规、空域限制和无人机飞行许可方面有着不同的规定,但欧盟国家是一致的。沃戈尼亚地区位于瓦尔格兰德国家公园范围内,需要申请特定的许可才能飞行。此外,轻型无人机(有效载荷<250克)可用于城市地区飞行,受到的限制较少(无需提前告知飞行范围内的人群)。在工作坊中,无人机主要被用于获取研究区域详细的正射影像图(分辨率/地面采样距离1厘米),并生成建筑屋顶的三维模型。

(三)360˚全景摄影

在建筑层面,表皮肌理是需要分析的一个基本内容,包括材料以及病害的类型和分布。大量案例证明,摄影测量(Photogrammetry)对于保护工作者是一种超越传统记录和保护方法的工具[11]。通过摄影测量,我们可以创建高精度的三维模型,捕捉到不同对象(如文化遗址、人工制品和物品)的复杂细节、纹理和尺寸。这种记录有助于识别和分析病害情况,并进一步地帮助设计师确定需要采取干预措施的区域。摄影测量不仅在研究和分析方面发挥重要作用还可以应用到教育和推广。通过摄影测量创建的三维模型可以让公众、研究人员和学生以一种更便捷的方式接触文化遗产。虚拟游览、互动展览和网络平台让任何地方的任何人都有机会探索和了解历史遗迹和文物,从而提高文化意识和教育水平。因此,在工作坊中,学生利用传统相机拍摄的照片通过软件处理生成建筑立面的照片模型和正射投影图,在此基础上再进行材料和病害的分类及分布研究。此外,新的传感器技术也在摄影测量中使用,例如360˚全景摄像。在不断升级迭代的数字成像和三维建模领域,360˚全景摄影技术成为一个新的研究方向。全景摄像机超越了传统摄影的局限性,能够从各个角度捕捉并重建拍摄对象的全景模型,不论是小的物体还是大的环境。全景摄像机配备了一组形成阵列的鱼眼镜头,用以获取设备周围的图像,这些图像随即被合并成独特的全景图像。全景摄像机捕捉设备四周各个角度数据的能力,使其在狭窄的场景中格外有效[12][13]。它与传统的摄像机结合,可作为重建建筑完整几何模型的辅助工具。


三、调查结果


以下内容呈现了沃戈尼亚案例的一些调查结果,这些建筑位于历史中心,相距仅几十米。

(一)市政厅

工作坊对市政厅的调查成果要求包括:(1)建筑的平、立、剖面图;(2)四个立面的正射影像图;(3)建筑立面的材料及病害分类及分布图。我们的三维扫描使用的是 Faro Focus X130型号机器,共完成了16站,包括外立面、一层敞廊和二层会议厅。学生根据这些数据绘制了建筑的平、立、剖面图。此外,他们还利用传统相机对建筑进行了摄影测绘;然后使用Agisoft Metashape软件,按照典型的摄影测绘工作流程(图像定向、通过图像匹配生成高密度点云、创建表面网格和生成正射影像)对数据进行处理(图9)。正射影像图是绘制材料和病害分布图的底图(图10)。

图9 市政厅的工程图纸以及叠加正射影像图示例


图10 市政厅的材料(上)和病害(下)分布图示例


(二)比拉吉府邸

比拉吉府邸的成果要求与市政厅类似(图 11)。但是,由于府邸由多个建筑体拼合而成,情况特殊(图12),工作坊特别要求学生绘制一张横剖面图,以体现各个楼层之间的联系,这也为下一步的介入设计作准备。生成这张横剖面图,需要整座建筑的点云模型。我们对整座府邸一共进行了150站的三维扫描。因其结构复杂,学生们分组负责不同部分。整个过程使用了两种不同的激光扫描仪:Faro Focus X13和Leica BLK。

图11 比拉吉府邸的一层平面图和北立面图


图12 比拉吉府邸的横剖面图,不同楼层的关系得以体现


无人机的使用让我们更好地测绘了府邸的另外两个特征:屋顶的形式和构造以及府邸与后花园和毗邻的市政厅的关系。我们使用了大疆Mini2型号的无人机,采用了典型的网格结构对整个区域进行了拍摄。拍摄高度分别设置为15米和35 米(图13 )。前者以府邸为主要目标,后者覆盖了包含三个对象的整个区域。我们进一步使用 Agisoft Metashape 软件对图像进行了处理,并利用周边的一些地面控制点( Ground Control Points, GCPs)作为坐标参照,得到该区域的最终正射影像图(图14)。

图13 对比拉吉府邸和市政厅的无人机摄影调查(蓝色矩形图例代表相机位置)


图14  无人机拍摄的比拉吉府邸和市政厅的照片,经过软件矫正形成正射影像图


(三)剧院之家

对剧院之家的测绘,有效地验证了360˚全景摄像技术与无人机监测技术是否能有效结合。测绘分为两个阶段。首先,地面的数据采集是利用全景摄像机拍摄5k分辨率( 5760× 2880)的视频。拍摄视频的优势在于采集过程快捷。操作员将摄影机安装在自拍杆上,在周围环境中移动,视频的记录方式可以自动确保连续帧之间固有的重叠度。随后通过设置帧速率(例如每秒1帧)从录制的视频中提取特定帧的画面。值得注意的是,虽然通常可以保证所提取的帧之间有重叠,但地面采样距离(Ground Sampling Distance,GSD)可能会因为物体的几何形状、操作者的行走速度和提取连续帧的时间间隔等因素发生变化。因此,建议在几秒钟内保持帧之间的采样率,以增强图像定位,完成密集的重建工作。摄像机的完整视角使其能够捕捉完整的场景,这有利于场景的整体重建。此外,因为三维空间中投影射线的交点并不完全可靠,因此需要特别注意相机与拍摄对象的相对位置;同样,在不同空间的交界处,例如门的位置,速度应减慢。依据这些标准,我们使用Insta OneX2全景相机对剧院之家的室内外进行了测绘,拍摄视频时长分别约为5分10秒和4分30秒。随后,我们使用大疆Mini 2无人机进行了航拍,这个无人机配备了1/2.3英寸的CMOS图像传感器,分辨率为1200万像素,视场角为83˚。我们设置了两个不同的采集路径:一个是常规路径机身与建筑平行,镜头旋转90˚朝向地面,沿着两条平行路径拍摄图像;另一个路径则倾斜35˚或更小角度,以获取斜向视角图片。如参考文献[14]所述,无人机和全景相机结合测绘技术与无人机和激光扫描结合测绘相比,精度略低,但能保持在2.0厘米的误差范围内(图15)。但想要快速测绘历史城镇中心,这不失为一种低成本的选择。

图15 剧院之家,无人机(蓝色矩形图例)和全景相机(蓝色球形图例)的测量位置


四、结语


小型历史中心是意大利国土景观中一类非常典型的建筑遗产。在阿尔卑斯山区,这类遗产的处境尤为脆弱,它们与山区的地理环境、历史渊源和社会背景密切相关。一方面,它们要面临山区中固有的一系列环境隐患;另一方面,它们也遭受城市化、基础设施的扩张以及商业化的巨大压力。此外,从经济的角度来看,这些小镇规模较小,缺乏经济韧性。它们依赖诸如农业、旅游业和传统手工业等特定产业,容易受到市场需求甚至是季节变化的影响。与此同时,这些历史中心却有着丰富的建筑遗存,但保存这些历史建筑和城市肌理必然是昂贵且复杂的,并且往往需要专业的技能和额外的资源。因此,如何平衡保护和现代化的迫切需求是一个难题,需要缜密的思考、慎重的处理。

在这样的背景下,数字技术作为推动建筑遗产保护与振兴的一大有效工具,其作用日渐明显。地理信息系统(GIS)、建筑信息建模(BIM)、三维扫描和虚拟现实等数字化方案,为记录、分析和管理这些脆弱的历史中心提供了前所未有的机遇。这些技术被整合进文化遗产管理计划之中,为利益相关者提供了有效的工具,使他们能够应对文化遗产保护、城市规划以及经济发展的复杂关系,进行综合的分析,做出明智的决策。

数字技术的变革性不局限于建筑遗产保护,更在于促进公众参与、教育和旅游。虚拟现实和增强现实技术使公众能够跨越时空、沉浸过去、畅想未来。这种参与感不仅能够提升公众对文化遗产的欣赏能力,还增强了公众的责任感和归属感,激发公众对遗产保护的集体使命感。

将数字技术整合到可持续的城市规划中,能够降低这些地区的脆弱性,有助于管理者制定促进经济多元化、鼓励年轻人留在当地、增强社区参与的策略,从而提升这些地区的韧性。

同时,我们也应当认识到,数字技术并非万能,它只是综合保护策略的一个方面。这种技术干预必须与法律法规、社区参与和可持续城市规划完美结合,这样才能确保其能够能真正触及并有效解决社会、经济和文化结构的症结。

我们通过这篇文章展示了沃戈尼亚案例中的一些经验。狭窄蜿蜒的街道和密集的建筑仍能让人们想起其曾经作为中世纪要塞的那段历史;沿着鹅卵石铺地的主要干道,我们可以看到一些重要的建筑,例如中世纪防御性的砖石建筑和20世纪初建筑师对其进行的再设计。这种历史环境使之成为保护设计工作坊的一个理想基地。与市政厅讨论之后,我们一致认为综合的数字测绘技术——激光扫描、无人机和全景相机调查,会突破传统测绘保护方法的局限,带来更多的可能性。

文化遗产的数字化已经不再只是单纯的技术创新,它改变了我们对遗产价值的认知和管理方式。激光扫描和摄影测量(无人机和全景相机)的巧妙融合展现了真实再现建筑几何构成和表皮肌理的杰出能力。这些技术重新定义了文化遗产的记录方式,有助于更加深入地了解不同元素之间的关系及其在几何形式上的体现。此外,这也有利于文化遗产研究结果的普及,增强公众的认知能力、教育水平和参与程度。

然而,在面对新技术时,我们也必须承认这项技术在遗产领域中应用所固有的挑战和理问题。我们必须遵守严格的法规和理准则,尊重文化差异、隐私权和生态环境。此外,对于技术精确度的追求,需要与传统的测量方式平衡,和专业知识的内在价值适应,才能确保新旧方法的兼容统一。

[致谢:沃戈尼亚市政厅、瓦尔格兰德国家公园和比拉吉府邸的工作人员为本研究和学生课程提供了极大便利,在此一并致谢。]








作者简介

劳伦佐·坎蒂尼(Lorenzo  Cantini),米兰理工大学建筑、建成环境和建造工程学院助理教授,建筑、城市设计和遗产保护博士。

马蒂亚·普雷维塔利(Mattia Previtali),通讯作者,mattia.previtali@polimi.it,米兰理工大学建筑、建成环境和建造工程研究员,环境与基础设施工程博士。

江攀,米兰理工大学建筑与城市研究系建筑遗产保护项目博士候选人。


(文章参考文献和注释略,除署名外,图片由本文作者提供)


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Digital Survey Techniques for Improving Preservation Policies in the Historical Centre of a Medieval Alpine Village: Vogogna in Ossola Valley

Lorenzo Cantini1, Mattia Previtali1*, translated by Jiang Pan2

(1. Department of Architecture, Built Environment and Construction Engineering, Polytechnic University of Milan, Milan 20133, Italy; 2. Department of Architecture and Urban Studies, Polytechnic University of Milan, Milan 20133, Italy)


Abstract: Small towns in rural and peripheral areas, both across Europe and around the globe, confront a variety of pressures that cast uncertainty on their future sustainability. In Italy, the small towns and villages nestled in mountainous regions have exhibited a clear trend in recent decades marked by depopulation and economic decline. The restrictions stemming from the pandemic crisis prompted a search for alternative solutions, whether for relaxation or residence in healthier environments away from crowded urban centers. This renewed interest led to the emergence of “proximity tourism,” breathing new vitality into these minor settlements and providing avenues to counteract population loss and negative economic trajectories. Strategies centered on promoting local traditions and embracing alternative lifestyles within historical centers, adorned by natural attractions, have paved the way for novel policies to revitalize and safeguard these minor centers situated in mountainous terrain.

To catalyze a strategic revitalization plan for these centers, the formulation of fresh preservation policies and a roadmap to guide future actions is imperative. A multidisciplinary approach stands as a prerequisite to shaping this strategic plan, necessitating a special- ized methodology to guide the identification of preservation policies. Within this process, digital technologies emerge as indispensable assets for documenting and mapping the built heritage. This paper delves into the application of digital surveying techniques—such as laser scanning, drones, and 360˚ photogrammetry—within the heart of Vogogna, situated in the Ossola Valley. Specific attention is directed toward various structures lining the main thoroughfare of the city center, scrutinized through a multidimensional lens encom- passing historical analysis, advanced survey methods, non-destructive evaluations, and the comprehensive mapping of materials and deterioration patterns. The study underscores the results garnered along the path of knowledge delineated by Italian standards, which outline the fundamental principles underpinning the design of conservation strategies for ancient nuclei. Within this context, the intri- cate interplay between public and private historical buildings within the city center emerges as a pivotal factor, furnishing distinctive assets that hold the promise of shaping the future utilization and enhancement of the built heritage.

Keywords: architectural conservation; 360˚images; laser scanning; UAV; digital technologies



责任编辑:刘瑛楠

微信编辑:刘瑛楠

微信审核:孙秀丽


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