每日關注!一群大學師生和一座被數字修復的石碑

坐在爸爸的自行車前座，一路從天安門到故宮，再沿南長街、北長街一路向北，再到后海……在北京建筑大學研二學生李淑陽的童年記憶里，中軸線是從爸爸臂彎里看到的世界，紅墻、綠瓦、琉璃頂，獨具韻味。

彼時的她不會想到，未來的某一天，自己會與北京中軸線上的一座石碑發生奇妙的關聯。 ? 作為土生土長的北京人，李淑陽從小就有很多接觸古建筑的機會。更是因為喜歡古建筑，加上對文化遺產保護的好奇，填報高考志愿時，李淑陽就選擇了北京建筑大學的遙感科學與技術專業。

2022年暑假，在北京建筑大學測繪學院教師侯妙樂、董友強等多位教師和北京市考古研究院的專家學者的指導下，李淑陽和十幾名北建大學子一起，研究碑文智能識別與虛擬修復技術，并在正陽橋疏渠記碑上應用，重現碑文，揭開這座散落在北京中軸線上的石碑的神秘面紗，也為中軸線各遺址點石碑石刻保護提供技術借鑒與支持。

(資料圖片)

尋根溯源，找到一座石碑的前世今生 ?

天壇西北角的紅廟街78號平房群里，“藏”著一塊石碑。 ?

在蜿蜒曲折的胡同里，穿過一條最窄處僅容一人通過的小巷，看到一圈上了鎖的鐵柵欄，便能找到石碑所在。 ?

這座隱于市井的石碑名為正陽橋疏渠記碑。鮮為人知的是，它曾是天橋“雙碑”之一。另外一座石碑如今就在與它直線距離不過5公里的首都博物館。游客們如果留心，會在首博的東北角找到乾隆御制碑《帝都篇》《皇都篇》方碑，從四周到石碑頂部都有特制的玻璃防護，被譽為“鎮館之寶”。 ?

受歷史因素和現實條件的影響，正陽橋疏渠記碑一直留在了紅廟街，在此度過百余年的時光，底座都已被埋了一米多深。 ?

2022年夏，北京建筑大學測繪學院教師董友強看到這塊碑時的第一反應是，“有點兒破。”這也是不少人看到石碑時的第一印象。而北建大團隊要做的，是讓正陽橋疏渠記碑在數字世界里煥發新生。 ?

董友強是此次數字修復石碑石刻的項目帶隊教師之一，主要從事攝影測量和遙感領域，此次數字修復石碑的關鍵技術三維重建技術即是他的研究方向之一。董友強曾和團隊老師專家一起帶領學生多次探訪正陽橋疏渠記碑。 ?

對于團隊里的很多學生而言，以前多是隔著博物館的玻璃觀察石碑石刻，這是他們第一次如此近距離地看到石碑本體。大三學生韋泓媛說，“在現場看到它，離它這么近，有一種歷史的滄桑感。” ?

對正陽橋疏渠記碑的修復先從追溯歷史開始。 ?

“不論怎么修復，首先都要對石碑的背景知識進行調查，了解它的歷史沿革。”董友強表示，無論是對文物本身的修復，還是虛擬修復，最終都是要實現文物的保護與文物價值的傳播。 ?

正陽橋疏渠記碑有什么價值？碑文記載了哪些內容？石碑石材是什么？來自哪里？從古至今其位置發生了哪些變化……一連串的問題堆疊，李淑陽和兩位本科生一起，開始查閱資料、向專家求證，試圖在數字修復前厘清一切。 ?

正陽橋疏渠記碑原址位于天橋十字路口東北方，同治年間被遷移至北側弘濟院內，記述內容為乾隆五十六年治理天橋南河道工程。 ?

清朝初年，天橋附近的水往東經金魚池、狀元橋、紅橋、窯坑（今龍潭湖）后出城，天橋南一帶因地勢低洼到夏天雨季經常積水，乾隆五十六年在天橋以南地區疏浚水道。因這次疏渠成效顯著，故乾隆皇帝親書為記。 ?

史料記載，正陽橋疏渠記碑建于清乾隆五十六年（1791年）。碑體為方柱形，南向，高約8米，各面寬均為1.45米，頂部有四角攢尖式的碑蓋，四脊各雕一龍，龍昂首曲身，似欲騰飛狀，輻輳于寶頂。碑下為束腰須彌座，浮雕出覆、仰蓮瓣及云、龍、菩提葉等紋飾。碑額和碑身四周有龍紋邊飾，碑四面分別為兩面漢文、兩面滿文的碑文，正面上首為漢字題名“正陽橋疏渠記”，為清乾隆帝親筆手書楷書，記述乾隆五十六年治理天橋南河道（龍須溝）的工程。?

可以穿越，或許能站在天橋上，在熙熙攘攘的人群中，看到在天橋兩側巍峨高大的兩座石碑，說不定還有人大聲讀著碑文，身邊一眾圍觀者小聲議論著以后總算沒有了夏季積水的煩惱。 ? 漫長的歷史長河中，曾風光無兩的正陽橋疏渠記碑漸漸失去了往日神采。但研究依舊有意義。 ? 碑文記載的北京水道情況，對研究北京地理和歷史變遷有重要的價值，是研究清代治理北京河道的少有的第一手資料。同時為考察當時的風俗民情、政治禮制、河道治理工藝等角度研究其發展史提供了重要的文物資料。 ?

而且，石碑也是北京中軸線歷史變遷的實物見證?！罢麄€中軸線上，現在能看到的遺產點是14個，但實際上包括正陽橋疏渠記碑在內的很多文物，都是歷史上中軸線的遺產點，只不過因為各種原因不在原來的位置，或者消失了?！北本┦形奈锞窒聦賳挝槐本┦锌脊叛芯吭嚎萍急Ｗo研究室主任張濤曾如是說道。 ?

細致“體檢”，將石碑“搬”到電腦上 ?

2022年夏，8月的北京，秋老虎威力不減，北建大的師生們和專家一起來到了紅廟，再一次進行數字化采集。 ?

這也是數字修復的重要前提，要用各類設備對石碑進行數據采集與作業，比如電子顯微鏡、熱紅外掃描儀、回彈儀等手持設備、XRF熒光光譜分析儀、高精度相機等等。數字化采集的過程也是對石碑進行一次“體檢”。 “咔噠咔噠咔噠”，回彈儀在石碑底座上被不停地摁下再彈起，發出清脆的響聲；變焦攝像機的鏡頭不斷變化，一張張高精度的照片記錄下了石碑每個面的狀況……韋泓媛和小伙伴們在老師們手把手的指導下，使用專業儀器測量、記錄正陽橋疏渠記碑的表面病害情況。 ?

體檢發現，正陽橋疏渠記碑文物本體現狀保存基本完整，但由于長期暴露于室外，存在明顯的風化、剝蝕痕跡；局部出現嚴重裂痕、殘損缺失情況；碑座局部有水泥填補痕跡。碑體表面粉化，碑身局部被墨跡污染，碑身底座受植物病害。受周邊地坪抬升影響，須彌座幾乎全部被掩埋。 ?

“我們來之前對石碑有一個宏觀的了解，知道它有哪些病害，但并不知道病害到底位于什么位置，或者為什么會在這一面而不在那一面，為什么這個面會比其他面風化嚴重?！表f泓媛在前期的資料搜集中，了解了正陽橋疏渠記碑的歷史和基本情況，實地探訪則給了她一次解答心中疑惑的機會。 ?

“現場看到石碑的風化狀況，感覺比我想象得還要更嚴重一些?！表f泓媛仔細觀察著石碑的位置，試圖解答自己心中的疑惑：石碑不同側面的風化情況與外在環境有關，而北京夏天多是東南風、冬季多是西北風，這些都有可能導致相應側面風化程度更重。

研二學生國洲乾則負責石碑三維數據及影像采集?！熬褪怯孟鄼C垂直于石碑面拍攝，后期會把所有影像進行拼接，結合石碑的三維模型方便后期的數字拓片分析。”國洲乾告訴記者，三維建模多是采集4個點位或者8個角，這樣可以環繞一圈快速采集信息生成一個長方體模型，其他的比如石碑上的紋飾、文字細節、有風華或者有裂隙的地方，都需要用正攝像機進行補圖，最后融合起來進行數字化建模。 ?

通過三維激光掃描石碑表面，可以獲得大量密集的點云，海量點云的集合能構建出物體的數據模型，將石碑“搬”到電腦上。掃描儀的攝像頭1秒能采集近100萬個點，圍繞碑體需要采集七八個點位，才能盡可能完全地還原石碑的表面原貌。用三維檢測儀進行一次完整的掃描至少耗時80分鐘。 ?

國洲乾日常更熟悉的是工程采集數據，“我們會使用腳架，移動相機跟隨鋪設航線去拍。但拍正陽橋疏渠記碑用這種方法就不行，地方太小了，大一些的機器都不好進入?！眹耷荒苁殖窒鄼C拍攝，“拍的時候得扎著馬步，不能動，一動照片就模糊了。挺考驗耐力的?！??

“熱，被蚊子咬了很多包”“很辛苦，但不后悔”“都是我知識的盲區”……為石碑奔走、鉆研的那個夏天，那些收獲和難忘的瞬間深深印在學生的記憶里。國洲乾說，雖然困難重重，但沒有一個人叫苦，大家都很認真地做自己的工作。 ?

抽絲剝繭，解開碑文推理題

數據采集之后，就要進行數據處理。對于曾參與過眾多數字修復項目的北建大文化遺產數字化與虛擬修復團隊而言，對中軸線上的一座石碑進行數據處理并不難。 ?

高分辨率數字影像、高精度激光點云等海量大數據呈現在北建大師生面前。通過古籍資料、論文等查閱的關于正陽橋疏渠記碑的所有信息，隨著石碑三維實景模型的顯現，也逐漸變得生動起來。 ?

對著石碑三維實景模型，國洲乾一點一點地標注石碑“體檢”中識別的病害，“識別是第一位的，因為只有對病害識別才能進行后面的修復。能夠具體地把病害全部都標注出來，讓我覺得特別有意義，也很有成就感。” ?

在查閱了古代碑刻邊飾紋樣的大量資料后，大三學生王潤頔感慨不已，“覺得特別神奇、特別有意思，每看到一個紋飾就會去猜想去驗證這個紋飾是什么寓意?！?與雕紋相比，碑文上的文字識別是重頭戲。調用OCR api，團隊對修復后的碑文進行文字識別。得益于此前搭建的識別模型，該結構模型的初步識別精度達到了82.4%。 ?

但數字化不是萬能的，無法將石碑上的所有細節一一準確還原。以碑文為例，近400個漢字，50%的字已經有了缺損或者近乎完全“消失”，這就需要發揮人類的智慧，通過殘存的痕跡和歷史資料，相互印證，給出推斷，并將其一筆一畫還原出來。 ?

在文物的修復過程中，會隨時發現像這樣需要額外補課的文化部分，而這并不是技術團隊擅長的領域。 ?

“就像修復石窟，理想的情況下，石窟里人物的臉型是對稱的。但實際上有的并不對稱，而是自有造型特點。這個時候就需要把握不同朝代的石窟特點、技法特點，這樣才能修復出符合歷史的石窟。但這恰恰是最難的部分，因為我們這群測繪人不太具備這些專業知識。”董友強以碑文舉例，針對破損的碑文，要么查到原始的歷史資料，利用石碑制作時留下的拓片進行補充，要么就要靠自己去推理。 ?

甲骨文到底是哪個字不能“看圖猜謎”，而必須要有科學依據。碑文的推理同樣如此。 ?

“如果這個字只是缺少了一個筆畫，或者哪怕它只有一個筆畫，這種情況相對好確定，結合推理，都可以找出來?！倍褟娬f道，在循證的過程中已掌握多種證據，再結合推理，即使碑文并不清晰，也能知道具體的字，這部分也可以采用機器學習的方法解決問題。 ?

石碑數字拓片更多依賴于攝像機的高清圖像以及與石碑三維原始點云數據相關的算法。照片輸入電子系統即可自動生成數字拓片。 ?

有經驗和數字技術的加持，團隊對石碑碑文信息進行提取識別，還查找了大量文獻、對應《四庫全書》中的內容，對未能識別部分進行補充。為了盡可能多地還原碑文，團隊還專門研究了乾隆字體，在古書典籍中搜尋查找乾隆楷書，琢磨其手寫體輪廓及書寫習慣，對應電子拓片中碑文的“蛛絲馬跡”，生成缺失部分的虛擬復原文字。最終，復原了超95%的碑文漢文部分，滿文部分雖相較漢文有所缺失，但也實現了復原的新突破。 ?

留有遺憾是常態，但收獲遠不止于碑文上的文字。 ?

“整個項目花費時間比較多的其實是帶學生，這要是老師們自己做，應該早就做完了?！倍褟娦χ巴虏邸?，隨后又認真地說道，帶隊教師要負責引導學生跟進工作，哪一塊需要細查資料、哪一塊需要跟專家再溝通、接下來需要做什么等等，“我們其實是通過這樣的活動，找一找以后能夠從事這項研究的好苗子?！??

在北建大教授侯妙樂看來，改變下一代的自我認知，就要讓他們在項目中直面挑戰和困難，“我前幾天看國洲乾都要被難哭了，都快沒有耐心了。所以要攻堅克難、要做出成果，就得努力去做，別人都做不下去的時候，依然要堅持?！??

“其實現在我們碰到的問題就得硬碰硬了，數字拓片如何高保真、高效地提取出來？滿文識別，找不到文獻資料的話怎么修復？這些都是困難?！睂τ趯W生們可能出現的“前路迷茫”與“止步不前”，侯妙樂直言不諱。 ?

“我希望他們（學生）最大的收獲是對科研的熱愛和解決實際問題的科研能力。”被文物保護中解決實際問題的需求“倒逼”，從而可以擴展數字化成果的應用。侯妙樂認為，從實際問題出發到提出科學問題、找到問題思路、解決實際問題，這才是科研的正循環之路，“在這個過程中，很容易讓學生有成就感，增加自信心。成就感不是單純來自發表了一篇文章，而是在研究過程中真的解決了某個實際問題，對社會和工程一線有用?！??

修復時光，串起中軸線上的“珍珠”

“中軸線是古都北京的脊梁和靈魂?！边@句出現在《讀城——中軸線》系列展覽中的話，曾讓侯妙樂很受觸動。 ?

也正是讀城系列展覽，侯妙樂對中軸線有了更多關注，“中軸線的核心和靈魂是時空。中軸線這個概念之所以出現就是基于時空框架下的一個概念。我們做測繪的人，最主要是做時空地理信息服務，那這與中軸線要如何結合呢？” ?

她關注到了中軸線上的石碑刻，“中軸線上的石碑刻在時空框架下，處于什么位置？如何演變的？和周邊的環境關系如何？” 侯秒樂是正陽橋疏渠記碑數字項目的帶隊教師之一，她長期從事文化遺產數字化保護與虛擬修復研究，解決了文化遺產高精度信息留取、多層級表達、缺損區域定量化評估、智能修復及預測等關鍵難題，形成國內首個自主研發的文化遺產虛擬修復系統。

項目暫時告一段落，侯妙樂的思考卻不曾停止。在她看來，中軸線申遺入選之后，其實是一個長期的研究過程，作為學者要不斷去研究、去挖掘新故事，讓更多的人了解中軸線、一起保護傳承中軸線，或者引導更多初中生、高中生進入項目，“大家一起做科研，同時培養我們的下一代?！??

“華表半空經霹靂，碑文才見滿埃塵?！碧拼娙藙⒂礤a在《漢壽城春望》中，描述了自己看到殘缺的華表、蒙塵的石碑時，對滿目衰敗的惋惜。 ?

千年之后的今天，借助于數字修復技術，北建大和北京市考古研究院的“時光修復師”們努力撿拾起散落的時光碎片，讓后人可以隨時隨地看到更多石碑石刻乃至文物古跡的“數字孿生體”，也讓塵封在千百年歲月中的歷史故事逐漸生動起來。古人的遺憾，或將因此得以彌補。 ?

借助于先進的數字修復技術，北京建筑大學的師生和專家一起成功賦予正陽橋疏渠記碑新生。更讓人欣慰的是，文物部門也正在研究制定正陽橋疏渠記碑的詳細保護和利用措施，未來這件文物有望作為中軸線上的遺產點，與其他文物古建成片保護。 ?

北建大師生與中軸線的緣分也還在延續。今年夏天，他們將參與先農壇地祈壇的數字修復。 ? 在侯妙樂看來，中軸線的特殊之處在于其歷史價值和文化價值，這些價值需要通過每一個細碎的科研成果來體現，“一個科研成果就像一顆珠子，所有的串起來就是一條漂亮的項鏈，就能更加打動人。” ?

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