上海历史公园景观遗产信息模型关键技术

面向保护管理的城市历史公园知识层级信息模型构建与应用

 

摘要：【目的】新时代城市建设转型的背景下，城市历史公园亟须从遗产视角进行保护管理，三维信息模型构建是当前数字化遗产保护的新发展趋势，但此方面鲜有针对历史公园的系统性研究。

 

【方法】采用文献研究、半结构式访谈、问卷调研等社会学研究方法对上海历史公园的保护管理工作和需求进行分析，并应用信息模型构建方法、虚拟现实技术、Web技术等计算机学科方法构建信息模型。

 

【结果】以上海历史公园为研究对象，通过调查研究明确保护管理工作的现状、主要内容和信息语义编码；借鉴建筑信息模型（BIM）的多细节层级技术（LOD）提出历史公园的知识层级（LOK100~400）模型；结合数据采集协议（DAP）制定共同工作流程框架。基于以上成果进行实证检验，建立了上海历史公园信息平台，并以上海复兴公园为例构建了LOK100~300的信息模型，部分实现了理论研究提出的设想和主要功能。

 

【结论】研究成果为中国历史公园信息模型构建的理论与实践提供借鉴和参考。

 

在中国当前城市更新的背景下，城市历史文化保护受到空前重视。城市历史公园在承载城市历史记忆的同时也承担着城市公共空间的重要角色，然而在改造更新过程中存在着遗迹久经历史变迁、新增景观与历史风貌不符、公众无法有效感知历史景点的历史文化价值等问题[1]。

 

究其原因，更新改造和保护管理过程中历史信息是否起到应有的作用至关重要。景观遗产的保护、修复与更新过程复杂，涉及数据众多，如何有效管理信息数据一直是遗产保护研究的关注点，进一步说，保护的本质在于信息传播[2]。信息构建的基本目标是使信息清晰化和可理解，从而帮助人们吸收和利用信息，而知识建构是更高层次的认知活动，促进人们从信息中获得知识甚至智慧。纳内蒂等提出可持续遗产影响因素理论与历史记忆工程，指出需要建立一个涉及人-遗产-景观关系的复杂系统来统筹遗产知识，实现对未来的预判[3]。

 

历史公园保护管理在技术上更强调专业化和精细化，与文化遗产保护、历史景观全要素管理等方面密切相关，新技术应用不可或缺。三维信息模型技术的发展为遗产景观保护管理方法，特别是信息的记录和传播提供了前所未有的机遇。数字技术在空间可视化、数据组织与信息量化、数据库平台与资源共享、虚拟体验等方面具有优势，有利于文化遗产景观在虚拟平台上直观表现“以往难以呈现的、有形和无形相结合的”对象特征，有利于记录文化景观变迁中的信息，同时也能拉近公众与遗产景观保护之间的距离，提高关注度、增加理解与认知。然而当前中国遗产保护管理工作多集中在遗产档案[4-5]、价值识别[6-7]、遗产解说等方面，结合遗产保护管理的信息模型构建的研究还较少。

 

风景园林领域信息模型的构建主要是基于建筑信息模型（buildinginformationmodeling,BIM）而提出的风景园林信息模型（landscapeinformationmodeling,LIM）[8-12]。国外学者Maurice等针对建筑遗产定义了“历史建筑信息模型”（heritagebuildinginformationmodeling,HBIM）；国内学者杨晨也提出建立“遗产景观信息模型”（heritagelandscapeinformationmodeling,HLIM）[13]。无论是BIM还是LIM，主要应用于实践项目的设计、建设与管理，如何将其应用于遗产保护管理的全过程，仍需探索。

 

本研究所指的“保护管理”是广义的，阐释了景观遗产保护管理的整体过程与步骤，依次为文档信息工作、分析与评价、规划设计、处置实施、干预评估与维护检测，最终回到文档信息工作，构成一个基于公众参与的循环过程。需要特别指出，遗产的解说、展示与公众传播也是保护管理工作中不可或缺的内容[14]。本研究提出了针对保护管理需求、基于知识层级的城市历史公园信息模型构建方法，即从保护管理工作需求入手，梳理并应用景观遗产信息模型关键技术，创新理论框架与工作流程，构建针对历史公园遗产评估、保护、监管、体验与传播的信息模型，并以上海历史公园为实证对象，进行应用检验。

 

 

2000年，Addison基于三维空间模型提出数字化遗产实践，并将之分为三维记录、三维表现、三维传播[15]，而在景观遗产领域这三方面都面临技术难题。三维记录方面，相比建筑遗产，景观遗产中景观要素的记录技术难度更大。近年来精确记录景观要素的技术在不断发展，特别是植物的建模与数据记录。

 

此外，景观遗产中无形要素的非物质层面记录同样重要，如Fanini等基于云平台进行河谷景观实证，其要素记录中还包括地区食品和传统产品、当地历史故事等信息[16]。三维表现方面，近年来国内外在对遗产进行空间三维建模、虚拟模拟的实践中，仍存在诸如生成高质量三维模型非常耗时和昂贵、模型文件格式多样、兼容性差，以及交互功能较弱等问题。三维传播方面，基于Web的遗产信息平台建设是当前主流方向，成功的案例包括以遗产档案与文化传播为核心的数字化实践集成网站CyArk、美国梅萨维德国家公园（MesaVerdeNationalPark）网络信息平台等，但如何高效记录和优化空间模型同样是基于Web技术进行传播的关键。

 

无论是计算机还是遗产保护领域，目前很多研究致力于解决以上问题，例如通过细化信息模型层次[17-18]、针对需求的模型优化[19-20]等途径优化遗产信息模型构建方法。基于以上研究成果，本研究提出针对保护管理需求、基于知识层级的历史公园信息模型构建方法，其核心是知识构建，包括本体技术、数据标准和工作协议3方面内容。

 

 

本体（ontology）有助于克服关于文化遗产的异构语义数据共享和集成的障碍，帮助完整地表示遗产的历史、构造、状况，以及与环境有关的大量社会、政治、经济和文化问题。其优点包括：

 

1）同质表示，即在统一语义网络中，统一表示和管理与遗产相关的所有知识，包括概念、关系、功能、规则和约束；

 

2）在科学界具有共享性和可读性，从而提高了个人和组织的互操作性；

 

3）利于计算机理解和计算机平台转换，通过共享语义可以便捷地连接信息平台。关于三维可视化的实践众多，但从几何扩展到语义的研究仍是一个挑战，Yang等在探讨HBIM时认为，子元素和微结构以及相关领域的语义结构和标记学习，是目前的研究重点[21]。目前文化遗产领域较为成熟的语义模型是CIDOC-CRM。将语义编码与三维信息模型结合时，需考虑对三维模型本身进行模块分解，

Messaoudi等基于遗产复原研究中大量多元数据与空间实体的语义关联[22]，提出一种描述三维语义注释的本体模型，包括语言维度、空间维度、形态维度，并利用CIDOC-CRM模型将这3个维度串联起来。

 

 

在信息模型创建过程中，还要考虑数据格式之间的兼容性。目前在建筑三维语义模型组织与表达方面，主要有地理信息系统（geographicinformationsystem,GIS）领域中的城市地理标记语言（CityGML）和BIM领域中的工业基础类（industryfoundationclasses,IFC）两类代表性国际标准。从表达精度来说，前者更适用于城市三维对象的语义表达，后者更适用于建筑构件的语义表达[23]，然而现实情况常需要在同一模型上进行多精度表达，在景观遗产中更是如此。国内学者梁慧琳在BIM-Revit中对苏州环秀山庄的要素（假山、水体、建筑、植物）进行分解，对建筑要素进行语义编码，再通过TerraExplorerPro软件在3DGIS环境中进行其他要素以及整体要素的结构树语义编码[24]，共同完成了模型分解和语义关联两项工作。

 

 

为了避免多元数据处理过程中的冲突与矛盾，需要规范工作流程与协议。Axaridou等提出记录和开发文化遗产中三维模型的规范制作流程3D-SYSTEK[25]，规范了data数据、area数据、元数据3种数据类型，设计了对这3种数据类型储存、调取利用的服务器结构，将ReposIttool和Browselttool2个工具分别应用于用户端的数据输入和数据检索，对用户端功能进行了定义和约束；Castellano-Román等提出建立优化数据采集协议（dataacquisitionprotocol,DAP）[17]，该协议针对三维采集过程提出共同框架，包括扫描计划、健康和安全、分辨率要求、注册模式、控制网络、质量控制、数据控制和验证、数据存储和归档8个步骤，且每个步骤有具体的评估标准。