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当三维扫描“看见”千年宝塔……
姑苏日报 20150602 A第04版
■李婷
首席记者 李婷
作为苏州城市地标的虎丘云岩寺塔（俗称虎丘塔），从2015年3月以来，正式进入了建国以来的第三次大规模保养性维修，虽然是以保养为主，但负责此项工程的苏州市文物保护管理所早在2011年即启动了《苏州云岩寺塔保养维修方案》委托编制、上报、候批等重要议程，在此期间，虎丘塔又于2014年成为世界文化遗产——大运河苏州段的重要遗产点之一，如何利用此次保养维修的契机，对这座千年古塔实施最有效最长久的保护与研究，成为文保人员的当务之急。
千年古塔斜了至少四百年
斜而不倒归功前两次大修
现有资料显示，虎丘塔始建于五代周显德六年（959年），建成于北宋建隆二年（961年）。据记载，隋文帝曾在此建木塔，今虎丘塔即在木塔原址上建筑的。
由于地基原因，自明代（1368一1644）起，虎丘塔就向西北倾斜，塔顶中心偏离底层中心2.3米，斜度2゜40’，成为“东方比萨斜塔”。——若以明代立国年限算起，虎丘塔出现倾斜的时间跨度在近四百年至六百五十年之间。
新中国成立时，虎丘塔已失修近90年，顶刹、腰檐、平座尽毁，局部塔壁坍塌，塔内回廊地面开裂，外壁与塔心分离，塔身向东北倾斜。1957年由苏州市文管会主持，在每层塔身的平座、阑额处与楼层处围箍3道，对塔体裂缝和塔壁缺损部分分别进行了注浆与修补。此次加固工程，有效地给塔身加上了紧身箍，加强了塔体的整体性，防止塔体崩塌的发展趋势。这是建国以来对虎丘塔的第一次加固。1961年，虎丘塔被列为全国重点文物保护单位之一。
第二次加固于1986年9月完成。由于1957年进行的加固与补砌的砌体，使修缮后的塔体自重增加，打破了修缮前的平衡状态，倾斜量由1957年的1.70米增加到2.3米左右，塔体又现裂缝，势将倾圮。研究发现虎丘塔的倾斜主要是塔基的不均匀沉降所致：由于地表水渗透到土层中，带走了填土层中的细小颗粒，致使土体孔隙增大，土层在塔体荷载的作用下慢速变形，由于塔体基础下地基层的厚度不一，引起南北沉降量不一，导致塔的倾斜继续发展。1978年—1986年间，对虎丘塔进行了第二次修缮加固。重点是塔基的加固与地基的加固，分2次进行，采用的“桩排式地下连续墙”技术当时在国际上属于新型技术，虎丘塔抢险加固工程是我国采用“地下连续墙”新技术的首个成功范例。
时间是最好的、最终的验收者——直至今日，根据20多年来的监测数据显示，虎丘塔各观测点之间无明显相对变化，仅有微小的、有规律的季节性温差变化。由此说明，目前虎丘塔是稳定的、安全的；1986年第二次对虎丘塔的修缮加固工程是非常成功的，影响虎丘塔安全的主要因素地基、基础问题已基本解决，稳定了塔身倾斜。
一次扫描永久存档数字虎丘塔获“永生”
虎丘塔是苏州最早的古代砖结构高层建筑，体量硕大；作为一个颇具代表性的例子，对于研究中国古代高层建筑、砖结构砌筑技术的严谨顺序与技术发展提供了可靠的实物依据，具有重要的科学价值。
不仅如此，此塔保存了唐代以前高筒式结构塔的一些特点，但局部结构处理手法表现出唐、宋建筑之间的过渡风格，因此虎丘塔在砖塔的发展中，起到承前启后的作用，这种成熟的、有着地域代表性的东方建筑，具有重要的艺术价值，是中国古代建筑史上不可多得的实物例证。
正是由于看到了虎丘塔如此重要的价值，苏州市文物保护管理所才在保养维修进行的同时，想到了委托苏州市测绘院利用先进的三维激光扫描技术准确地采集和描述塔身的全面信息。三维激光扫描技术是一种快速直接获取实体表面三维数据的新技术，这种技术可以相当完整地获取各种简单或复杂实体的三维数据，并能在计算机中快速准确的实现目标实体的三维建模。国内的很多历史文化遗产，如故宫、敦煌莫高窟、龙门石窟、乐山大佛、八达岭长城、颐和园等，都采用了这一新技术作为新的测绘手段，进行数据记录和文化遗产的三维直观表达。
利用该技术采集塔身内外三维激光点云数据，对于虎丘塔的保护和修复将发挥重要功能。项目所使用的FARO Focus3D三维激光扫描仪单点点位精度优于2毫米，通过合理设站获取文物表面海量的点云数据，高容量、高密度、高精度地记录了虎丘塔的三维立体信息和纹理信息。这样的测绘共扫描点云约43亿，这相当于将塔通过数字化的形式搬进电脑里，一次扫描永久存档，点云则将成为未来信息处理的重要基础数据，成为信息存档的一个重要组成部分。
利用采集的三维点云数据，可制作虎丘塔各个部位的轮廓、剖面、体积等基本信息的各式图件；解决了高层建筑物数据人工采集时所带来的无法量测、精度损失、效率损失等问题。更进一步的成果是，三维激光扫描技术通过采集的纹理信息，进行图像校正、几何建模，得到精准的三维立体模型，从而直观地将虎丘塔进行三维还原：使用3D打印机打印出一个精确的“虎丘塔”来。
“有了这样的数据支持，虎丘塔才真正的活了起来，可以得到永生。”市文保所的相关负责人表示。
不放过保养维修中每一次
与虎丘塔的亲密接触
自1986年大修以来，虎丘塔未进行过系统维修。由于年代久远，近年来古塔出现了塔体渗水、粉刷剥落、植物丛生、局部风化严重等现象。作为一个不可移动文物，文物保护人员平时只能通过观察、记录来关注古塔的总体情况，因此，经市、省、国家文物主管部门严格审批后才有机会接触文物本体的机会，也的确要好好抓紧。
市文保所专业人员介绍了本次保养维修的几个主要工作内容：更换塔基周边铺地，塔身周围原有小青砖铺地为20世纪80年代铺设，既与传统做法不符，又不利于排水，对台基保存不利，拟恢复成石板铺地。清除生物侵害，由于自然原因，塔身多处生长植物，其根系深植于塔体，对塔身结构安全造成威胁，此次将采用生物手段彻底灭杀。清理修补掉砖，清理修补塔檐、平座的掉砖，做到剔一块补一块，不增不减，保持塔身自重。斗拱隐木维护，已经糟朽的给予更换，保存完好的表面进行防虫防腐处理。
需要特别指出的是，在斗拱隐木的维护上，似乎可以做“大数据大工程”的三维激光扫描技术也能“做做小生活”，对文物的保护与修复发挥重要的辅助功能。在对点云数据进行精细建模的基础上，测绘人员就可以建立起塔身三维几何模型，文保人员使用此模型可以直观的发现文物如斗拱隐木损坏情况，再根据损坏特征、程度，选择合适的曲面空洞修补算法，对损坏的构件进行计算机辅助修复。由于在维修前后进行三维激光扫描，既可以进行修复前后的状态对比，评价修复效果，又可以对修复后的现状信息进行数字化保存。——每一次与文物本体的亲密接触，都可以通过数字化存档予以保留，这为今后虎丘塔的保护维修留下了真实、直观的重要依据。
（本版图片由苏州市文物保护管理所、苏州市测绘院提供）
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