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【北京晚报】数字化扫描首次运用于故宫古建:这是对古建保护的一次新诠释
发布日期 : 2017-08-25 15:40:56 点击数:


      在盛夏的北京,又一次穿过东华门,来到故宫东北角的乾隆花园,清华控股成员企业清控人居集团旗下同衡规划设计院副院长胡洁已经记不清这是9年来的第几次了。

      和过去无数次到访乾隆花园不同,这次,包里放着的厚厚资料,让胡洁分外踏实。这是一本即将正式出版的图册,它用数字化的方式重新诠释了乾隆花园。“过去,故宫的古建保护,建筑和园林是割裂开的,园林这一块几乎就是个缺项。现在,我们已经完成了对故宫乾隆花园的数字化扫描和三维模型搭建,这在故宫、在中国古建保护领域都是首次,也是技术最前沿。”


乾隆花园三进院三维模型
 
       乾隆花园,故宫保存最完好的皇家园林,被认为是18世纪中国园林艺术的巅峰之作。从2002年开始,故宫就开始修复乾隆花园,至今已完成倦勤斋、符望阁等部分修缮,其他部分仍在进行中。用故宫古建部总工程师王时伟的话来说:“乾隆花园属于研究性修复,修复的过程也是一个学习和发现的过程。”

       利用数字化技术,胡洁和他的团队从2008年开始参与乾隆花园修复,当海量的数据转化成了三维模型,花园的结构、假山的走向、花盆的纹路都尽收眼底。甚至,他们还发现了花园设计师乾隆本人,“藏”在假山石上的一首御笔题诗。


       首开先河: 既研究房子,又研究院子
  
       乾隆花园,其实是宁寿宫花园。乾隆皇帝在位时,为自己退位后准备太上皇宫殿,从公元1771到1776年,改建了宁寿宫。宁寿宫的花园不大,南北长160米,东西宽37米,占地面积5920平方米,但由乾隆本人亲自主导设计,吸取了江南私家园林精华,成为宫廷园林的典范。乾隆花园位于故宫内受扰动较少的区域,基本保持了1776年建成时的原貌,所以愈发珍贵。


乾隆花园中轴总剖面

        王时伟告诉北京晚报记者,修复工作从2002年开始,最先选择的是倦勤斋——乾隆花园北部的一座建筑。“一个倦勤斋,就花了七八年时间。”王时伟说,这段漫长的时间,针对倦勤斋的通景画、刺绣、雕刻等等,不断有古建专家、科研团队、传统工匠加入进来,一边研究、一边修复、一边又有新发现。比如装裱通景画的纸张,过去叫乾隆高丽纸。这种纸张失传已久,故宫几经周折在安徽山区找到了留存的作坊。这种全手工制成的纸张,用每年春天上山采集的桑树皮作为原料,当地称为“桑皮纸”。

        不过,所有这些,都局限在房子里,院子的部分,一直没有触及。直到2008年,刚刚主持设计了奥林匹克森林公园的胡洁率团队,加入乾隆花园的修复。王时伟透露:“以前,对院子关注度低。现在,乾隆花园这个项目开了先河,综合应对这份珍贵遗产的方方面面,不只关注房子还关注院子。胡老师他们就是来帮我们研究院子的。”

乾隆花园总平面图

       假山、植物、铺地石子画……这些200多年来暴露在风吹日晒雨淋中的花园细节,在胡洁团队带来的仪器下,被重新重视起来。

      “现在看2008年、2009年那时候用的仪器,就比较落后了,虽然也测绘、也建模,但是精度远不如现在。”胡洁说,假山受环境影响容易脱落,植物生老病死,石子画极易被磨损,所以精确的三维模型,对实现“修旧如旧”至关重要。“故宫里的铺地石子画,很容易受游人影响而缺损。原来,工人师傅们修复的时候,有的就不拼画了,有的拼的不对。现在通过扫描完好的石子画,可以对修复缺损有一个指导。”

      意外发现:假山石上藏着乾隆御笔

      胡洁团队研究最多最细致的,恐怕要数乾隆花园的假山。在这个集合了众多园林精华元素的花园内,塞满了形态各异的假山石。

      “假山石是中国园林一个非常有代表性的元素,一直到现在,都还被广泛运用。”胡洁对北京晚报记者说,古人爱石,而且推崇“皱、漏、瘦、透”的南方太湖石,最经典的例子就是宋徽宗修建艮岳。当年为了将太湖石运到汴京(今河南开封),动用了上千艘专门船只,劳民伤财,被称为“花石纲”(10艘船称一“纲”)。据说“花石纲”直接导致了方腊的农民起义,随后金军攻陷汴京,艮岳被毁,北宋灭亡。

       艮岳已成传说,而乾隆花园里的假山石,繁多而精巧,攀上了又一座古典园林假山艺术的高峰。对胡洁和同事们来说,这是难得的活标本。


文峰石头
 
       在用三维扫描技术进行建模后,胡洁请来古建、遗产、山石方面的专家,又请做山石的手艺人,一块石头一块石头地揣摩。他们发现,乾隆花园的假山石都是天然石,而且每个面都是自然面,没有人工雕琢的痕迹,石头与石头之间只使用了少量的粘接剂和金属卡扣。

       “这些假山最高的有七八米高,能堆起来已经是奇迹,它们还留了空洞、登道,甚至还开了‘窗’。”记者和胡洁一起钻进了一座假山。假山上顶着个梅花型的凉亭,假山内部却是中空的,人在空洞内穿梭,像入了迷宫。透过不规则的“窗户”,光线可以照进假山的空洞内。“白天经过建筑红漆折射进来的是暖色光,晚上则是冷色的月光。”如此巧夺天工的设计,也得应对岁月的侵袭。“虽然假山整体还比较健康,但夏季的暴雨,有时候会让山石滑落。冬季冰雪融水、植物根系,都会让山石的接缝涨裂。”

       起初,对假山石的三维扫描,就是为了修复时起到精确指导作用。但意想不到的是,在对一块已经风化严重的假山石扫描时,胡洁团队有了惊人发现。


经过纹理增强的文峰诗石刻

       清华同衡的三维技术负责人谢麟冬回忆:“用肉眼无法辨别假山上的刻字,但是经过我们对数据的分析,发现了这首乾隆御制《文峰诗》。”作为文人皇帝,乾隆一生作诗4万余首,很多都有记录在册,而在对假山石数字化测绘前,谁也不知道这首诗还刻在了乾隆花园内。


文峰诗原文

       谢麟冬说:“这首诗很有意思,乾隆说的是修建花园的石头,多数采自当时的‘西山’,也就是现在的房山,被称为‘北太湖石’。他只用了少量‘南太湖石’作为点睛,没有像宋徽宗那样耗费国力运送石材。”说来也巧,乾隆花园里的少量“南太湖石”,来自北海琼华岛,而琼华岛的“南太湖石”是金世宗从艮岳运来的。

        数字化测绘证实,花园里的假山石确实如乾隆所言,大量“北太湖石”做底,少量“南太湖石”点缀。

       未完待续:更多科技元素融入故宫

       在万千假山石中,找到这一首诗需要多长时间?谢麟冬笑了笑:“这么说吧,一天外业,五天内业。”真正需要付出精力的是海量数据的分析和处理。从七八年前的传统测绘,到现在运用最先进的“摄影测量与三维扫描的点云融合”技术,对乾隆花园的扫描精度越来越高,误差达到毫米级。

         王时伟对胡洁团队评价很高,尤其是后期数据处理能力,“数据采集并不难,最难的是处理”。胡洁团队扫描一对石摆件,就耗时一周,然后又要用五周的时间进行数据处理。


石摆件原件

       谢麟冬说:“数据不处理,对普通人来说,就是一堆XY坐标,没有任何意义。处理完了,三维建模,才能还原这些古建的本来面目。”


石摆件石刻部分三维模型

        随着乾隆花园数字化扫描工作的完工,胡洁团队开始转向御花园、建福宫等故宫其他古建。最近,在建福宫的一个不起眼汉白玉水池子上,又扫描出一首乾隆御笔题诗。

        胡洁很庆幸自己能和故宫结缘:“对园林设计师来说,这些年对故宫古建的研究,是一个学习的经历,我自己叫它‘涨知识’。把故宫的这些花园研究透了,对中国古典园林基本上也算是学透了,无论是对古典园林修复,还是对现代园林设计,都有现实意义。”对普通游客来说,利用VR技术,在虚拟空间内游览乾隆花园的技术储备已经完成。“未来,如果故宫建设一个VR展览馆,游客就可以在虚拟空间内畅游乾隆花园。我们甚至可以根据不同历史时期,还原花园内的不同植物和摆设。游客们除了可以在虚拟花园里行走,还可以像鸟儿那样从空中俯瞰乾隆花园。”

       王时伟告诉记者,近年来,越来越多的新科技元素运用到故宫的修复中,包括对古建、文物保护环境的干预等等,“传统的手艺,好的,我们要坚持和传承。有一些,经过新科技研究发现,也许不利于古建保存,我们就需要利用新手段去改进。这是一个长期学习和研究的系统工程。”