隻需三維激光掃描儀(yi) 輕輕一掃，天壇皇乾殿漢白玉石欄杆上的紋飾、外牆斑駁都清晰出現在屏幕上。近日，北京青年報記者跟隨北京市測繪院中軸線測繪團隊，實地測繪天壇公園，了解數字孿生中軸線背後的故事。據介紹，受北京市文物局、北京文化遺產(chan) 研究院等機構委托，2020年9月開始，北京市測繪院組織一支200多人的技術團隊，開展了中軸線遺產(chan) 點的實地測繪。這是曆史上首次對中軸線遺產(chan) 點開啟大範圍的測繪工作，通過數字測繪技術，高精度還原了中軸線上35座古建築及其周邊場地，為(wei) 規劃審批、環境整治、科學考古、遺產(chan) 監測提供了紮實的數據基底，助力中軸線實現信息化、智能化、精準化遺產(chan) 保護。

　　用三維激光技術

　　複刻數字孿生天壇

　　確定擺站位置、固定站式激光掃描儀(yi) ，天壇皇乾殿一角，兩(liang) 位北京市測繪院測繪工作人員開始了對皇乾殿的測繪。隨著掃描儀(yi) 上激光發射器360度旋轉，發射出的激光照到建築物上再反射回來，通過計算來回距離確定位置，反射點的空間坐標將被計算出來。

　　激光掃描的同時，掃描儀(yi) 上安裝的鏡頭也在拍攝全景照片，提取測繪建築物的顏色信息。當這一個(ge) 個(ge) 空間坐標與(yu) 顏色信息相匹配並連點成線、連線成麵時，“數字孿生版”皇乾殿就呈現在電腦屏幕上。“就像咱們(men) 中國的工筆畫，精細到每一根頭發絲(si) 都原樣描繪出來。”北京市測繪院首都功能核心區部副部長安智明說。

　　皇乾殿外，另一位測繪工程師陳曦正背著背包式三維激光掃描儀(yi) 測繪祈年殿外的磚石路麵。這個(ge) 重達30餘(yu) 斤的大家夥(huo) 上，頂部安裝有一個(ge) 激光發射器、5個(ge) 鏡頭和一個(ge) 衛星接收天線，背包下麵是有強大處理和計算能力的計算機以及電池係統。可移動的背包掃描儀(yi) 獲取數據範圍更大，主要負責建築物以外的場地測繪，大到建築小到一棵樹、一處景觀小品，車輛無法進入的地方，都要靠工作人員步行測繪。“每次作業(ye) 我們(men) 是兩(liang) 個(ge) 人上下午倒班，每個(ge) 人每天能走到2萬(wan) 到3萬(wan) 步。”陳曦說。

　　對安智明和他的團隊而言，天壇已經是他們(men) 本次測繪的尾聲了。受北京市文物局、北京文化遺產(chan) 研究院等機構委托，2020年9月開始，北京市測繪院組織了一支200多人的技術團隊，開展了中軸線遺產(chan) 點的實地測繪。這是曆史上首次對中軸線遺產(chan) 點開啟大範圍的測繪工作，數字測繪工作完成後，一條數字孿生版的中軸線將呈現在世人麵前。

　　從(cong) 二維手工到三維智能

　　複刻精度達到毫米級

　　從(cong) 事測繪工作29年，安智明記得剛入行時，所用到的工具隻有全站儀(yi) ，這種工具隻能一個(ge) 點一個(ge) 點測，而且隻能測出空間位置，而如今的激光掃描儀(yi) 一次擺站就能測到上萬(wan) 個(ge) 點，不僅(jin) 有空間位置還能記錄紋理和顏色。“當年梁思成和林徽因古建築尋蹤測繪，那時還需要搭腳手架，人工使用皮尺測量，再繪製到圖紙上，精度是以厘米乃至分米為(wei) 單位的。”安智明說。

　　技術發展帶來最直觀的變化就是精度的不斷提升。中軸線上建築物測繪精度可以達到毫米級，精細到每一塊磚上的磚縫、牆皮的裂隙都能清晰表達出來。安智明介紹，不隻是建築物，對於(yu) 中軸線遺產(chan) 點的場地他們(men) 也會(hui) 精細掃描，祈年殿外的磚石路麵上任何一處破損都難逃掃描儀(yi) 的“法眼”，如此精細化的工作將為(wei) 日後修複提供數據支撐。

　　精度提升的同時，測繪人員的勞動強度大大降低，測繪工作也從(cong) 二維手工向著三維自動化、智能化方向轉變。若是早先搭建腳手架人工測量，僅(jin) 僅(jin) 祈年殿建築本體(ti) 測繪就需要一個(ge) 月左右，而如今整個(ge) 天壇公園的建築物及場地測繪僅(jin) 需10天到12天即可完成，大大提升了測繪效率。

　　技術的加持大大便利了測繪工作，真正考驗測繪人員智慧與(yu) 耐心的則是掃描的完整度。在占地達215萬(wan) 平方米的天壇遺產(chan) 區，要清晰複刻每一處細節，需要工作人員精心設計掃描點位和路線。“每一個(ge) 地方我們(men) 都會(hui) 從(cong) 不同的角度去擺站，像祈年殿下三層漢白玉圓台，我們(men) 就需要繞三圈，保證每一處部件都掃到。”安智明告訴北青報記者，一般擺站間重複率達到20%即可，但我們(men) 會(hui) 遠遠高於(yu) 這個(ge) 比例，皇乾殿一般來說隻要在4個(ge) 角擺站即可，我們(men) 會(hui) 擺二十多個(ge) ，就是要考慮部件完整度。”

　　找到消失近90年天橋

　　數字技術助力考古新發現

　　精細而完整的外業(ye) 掃描並不是測繪的結束，有了掃描數據還需要內(nei) 業(ye) 工作人員投入大量精力進行數據的後期處理、分析和建設。“如同拚圖，外業(ye) 人員製作好每一塊拚圖，內(nei) 業(ye) 人員則要負責把分散的拚圖給拚在一起。”北京市測繪院享受國務院政府特殊津貼專(zhuan) 家陳品祥告訴北青報記者。

　　陳品祥介紹，拚在一起後內(nei) 業(ye) 人員還需要進行位置校正、再將其建成三維模型並搭建平台，這樣全流程工作結束後，實景三維中軸線才能呈現在大家麵前。去年在北京展覽館“奮進新時代”主題成就展上，實景三維中軸線首次呈現在公眾(zhong) 麵前。“景山鼓樓互眺、天安門正陽門互眺”“永定門的雪景”這些平日難得一見的場景通過屏幕展現在觀眾(zhong) 麵前，多視角讓觀眾(zhong) 如同身臨(lin) 其境。展覽隻是實景三維中軸線應用場景之一。陳品祥告訴北青報記者，作為(wei) 一個(ge) 數據基底，實景三維中軸線的應用場景非常豐(feng) 富，從(cong) 規劃審批、環境整治到科學考古、遺產(chan) 監測，處處都能見到它的身影。

　　綿延7.8公裏的北京中軸線，曆經元、明、清及近現代逾7個(ge) 世紀曆史層級累積，在曆史更迭中不斷變遷，一些遺產(chan) 點也消失在曆史長河中。本次中軸線測繪過程中，通過三維測繪地理信息技術準確定位消失了近90年的天橋。史料記載，天橋是明清帝王前往天壇祭天時的必經之路，也是北京中軸線的重要節點。但經過曆代降低拱橋、擴展路麵、拆除欄板等多次改造，老天橋地上的痕跡都已消失。此前北京市也多次嚐試找到天橋原址。“這次我們(men) 靈機一動，找橋先找水，水和中軸線的交匯處就是天橋。”陳品祥說。

　　循著這個(ge) 思路，北京市測繪院工作人員通過查閱資料，發現天橋位於(yu) 龍須溝之上，而龍須溝在上世紀20年代整治疏通時，被加了蓋板，於(yu) 是工作人員又去調查地下排水管線。“我們(men) 拿著儀(yi) 器一條一條管線去排查，就發現有一條溝的蓋板明顯跟其他的不一樣。”陳品祥介紹，結合測繪院在80年代做管線普查時留下的資料，工作人員確認該管線就是當年龍須溝所在之處，從(cong) 而精準找到了天橋原址。

　　遺產(chan) 監測係統助力

　　保護智能化、精準化

　　中軸線上各遺產(chan) 點經過數百年曆史洗禮，形變和破損在所難免。形變數值、破損程度如何？未來，測繪形成的實景三維數據將會(hui) 為(wei) 遺產(chan) 監測提供紮實的數據支撐。2023年1月，《中軸線保護管理規劃(2022年-2035年)》正式實施，其中提到要高標準建立遺產(chan) 監測係統，通過對遺產(chan) 保存的空間格局和本體(ti) 狀況、自然和社會(hui) 環境狀況等方麵的監測，提升預防性保護管理水平。

　　中軸線測繪將是建立遺產(chan) 監測係統的重要數據基底。安智明介紹，中軸線遺產(chan) 監測平台分為(wei) 本體(ti) 監測和風貌監測兩(liang) 方麵。本體(ti) 監測針對文物本身，通過不同周期掃描，建築物局部形變、細小的裂縫也能被精確監測，為(wei) 後期的管理和修複提供數據支撐。“掃描獲得的三維模型精度達到毫米級，比航飛獲得的模型精度隻能達到厘米級更能監測出遺產(chan) 本體(ti) 細微的變化。”安智明說，除了文物本體(ti) 監測信息，實景三維技術還能加入道路監測信息、人口監測信息等，實現信息化、智能化、精準化的遺產(chan) 保護。文/本報記者 張月朦