CN 11-5366/S     ISSN 1673-1530
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虚实共生视角下的工业遗产景观数字化构建方法

孙淼, 朱怡晨

孙淼,朱怡晨.虚实共生视角下的工业遗产景观数字化构建方法[J].风景园林,2023,30(6):61-69.
引用本文: 孙淼,朱怡晨.虚实共生视角下的工业遗产景观数字化构建方法[J].风景园林,2023,30(6):61-69.
SUN M, ZHU Y C. Research on Digital Construction Method for Industrial Heritage Landscape Based on Virtual-Real Symbiosis[J]. Landscape Architecture, 2023, 30(6): 61-69.
Citation: SUN M, ZHU Y C. Research on Digital Construction Method for Industrial Heritage Landscape Based on Virtual-Real Symbiosis[J]. Landscape Architecture, 2023, 30(6): 61-69.

虚实共生视角下的工业遗产景观数字化构建方法

基金项目: 国家社会科学基金重大项目“三线建设工业遗产保护与创新利用的路径研究”(编号17ZDA207);中国博士后基金面上项目“基于街区触媒视角的工业遗产更新实施后评价研究——以上海中心城区为例”(编号2020M681388);杨浦区博士后创新实践基地项目“基于增强现实技术(AR)工业遗产地历史场景复原技术与应用研究”(编号SHYPPD-2022-39-40)
详细信息
    作者简介:

    孙淼/男/博士/上海大学文化遗产与信息管理学院讲师/上海大学中国三线建设研究中心副秘书长/研究方向为工业遗产的保护与再利用、城市更新

    朱怡晨/女/博士/同济大学建筑与城市规划学院助理教授/研究方向为景观遗产保护、滨水工业遗产更新、共享建筑学

    通讯作者:

    朱怡晨, zhuyic@outlook.com

  • 中图分类号: TU986

Research on Digital Construction Method for Industrial Heritage Landscape Based on Virtual-Real Symbiosis

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    Author Bio:

    SUN Miao, Ph.D., is a lecturer in the School of Cultural Heritage and Information Management, Shanghai University, deputy secretary general of Research Center for Third Front Construction in China, Shanghai University. His research focuses on protection and reuse of industrial heritage, and urban renewal

    ZHU Yichen, Ph.D., is an assistant professor in the College of Architecture and Urban Planning (CAUP), Tongji University. Her research focuses on landscape heritage protection, waterfront industrial heritage renewal, and sharing architecture

    Corresponding author:

    ZHU Yichen, zhuyic@outlook.com

  • 摘要:
    目的 

    工业遗产是生产型的遗产,过去的生产活动决定了遗产价值以及源于价值的景观特征。工业遗产数字景观具有虚实映射和沉浸交互的优势,能够深度重现遗产价值。尝试从虚实共生的视角拓展工业遗产数字景观的内涵。

    方法 

    以上海市杨树浦发电厂为样本,通过记录、设计、阐述、传播的技术手段,复原4个重要历史时期的生产场景,重现工业遗产价值及其景观特征。

    结果 

    虚实共生视角下的工业遗产数字景观是一个数字交互平台,构建的主体、逻辑、方式和目标均不同于传统数字景观。进而提出“要素孪生—元素再生—虚实相生—活化共生”4步工业遗产景观数字化构建方法。

    结论 

    工业遗产景观数字化构建的目的是服务现实世界,通过复原历史场景来重现遗产价值,以期实现保护和再利用。应强化虚拟现实互动、线上线下联动,以“元宇宙”等多元形式为工业遗产景观迈向可持续活化提供路径。

    Abstract:
    Objective 

    Industrial heritage is a kind of productive heritage. The current heritage value and landscape characteristics derived therefrom are typically determined by past production activities. With over 180 years of industrial civilization, China has a large number of industrial relics featuring rich variety, wide distribution and profound deposits. However, the identity transition from relic to heritage is often accompanied by the cessation of production activities, which accordingly results in the loss of partial heritage value and landscape characteristics derived therefrom. The main goal of landscape construction is to facilitate the sustainable rehabilitation of industrial heritage while preserving the historical significance thereof. With the advantages of virtual-real mapping and immersive interaction, digital landscape can comprehensively and profoundly restore heritage value. This research attempts to analyze the transformation of thinking on the digital construction of industrial heritage landscape and to broaden the meaning of the term "digital industrial heritage landscape" from the perspective of "virtual-real symbiosis".

    Methods 

    The digital construction of industrial heritage landscape has been initially explored at home and abroad, which can be divided into three modes: digital twin, augmented reality (AR) and virtual reality (VR), with both the AR and VR modes being discussed in this research. Taking the Yangshupu Power Plant in Shanghai as an example, the research mainly involves the following four steps. 1) Record information elements. The research adopts such methods as on-site research, historical research and oral interview to collect a large amount of information related to the power plant, and form a database based on the combing and recording of the information collected. 2) Design landscape elements. The research builds a digital base on the ArcGIS platform based on remote sensing images and master plans, and have value elements designed into digital landscape elements that can be presented and experienced. 3) Restore historical scenarios. The research selects four important historical periods, i.e. 1913, 1949, 1979 and 2010, and restores historical production scenarios in the aforesaid periods by means of game engine and 3D modeling, with such scenarios being presented in multiple forms such as audio and text. 4) Enable embodied communication. The research establishes two sets of value communication modes respectively online and offline with the aid of such technologies as AR, VR, blockchain, cloud computing, and artificial intelligence (AI), allowing users to fully engage in the digital construction, utilization, operation and transaction of industrial heritage landscape via mobile or PC platforms.

    Results 

    The digital industrial heritage landscape based on "virtual-real symbiosis" may serve as an digital interactive platform that is different from typical digital landscape in such aspects as construction subject, logic, approach and objective. The digital industrial heritage landscape can, by integrating digital technology, exhibit the spatiotemporal properties of virtual-real symbiosis and offer an immersive and engaging landscape experience. The significance of the construction of digital industrial heritage landscape can be reflected in the following aspects. 1) Expand the breadth of value through recording. Keep track of the material and immaterial aspects of industrial history, as well as the historical "layers" of value elements. 2) Improve the depth of value through design. Design the numerous value elements recorded into digital landscape elements that can be presented and experienced. 3) Extend the span of value through elaboration. Have digital landscape elements fully and authentically incorporated into production scenarios in various historical periods. 4) Exploit the diversification of value through dissemination. Create spaces, behaviors, regulations and memories via digital platforms to generate economic activities based on heritage values between the real and virtual worlds, and to offer kinetic energy for their long-term regeneration. In this research, a four-step process for digital construction of industrial heritage landscape is initially devised by employing the technical methods of recording, planning, elaboration and dissemination. This process includes "value component twinning, landscape element regeneration, virtual/actual intergrowth, and activation symbiosis", which may be detailed as follows. Firstly, record value elements; secondly, design value elements into landscape elements; thirdly, integrate landscape elements and restore historical scenarios, which is the prototype of digital landscape; and finally, promote the sustainable revitalization of industrial heritage landscape as the ultimate goal for digital construction of industrial heritage landscape.

    Conclusion 

    Starting from the value reproduction of industrial heritage, this research analyzes the connotation of digital industrial heritage landscape by combining the attributes of virtual-real mapping and immersive interaction. Moreover, the research also discusses a framework based on virtual-real symbiosis. In view of the limited expertise of the research team in computer, geographic information and AI disciplines, the research focuses more on the prospective model and the combing method, and some technical aspects need to be further explored. It is worth emphasizing that the ultimate goal for digital construction of industrial heritage landscape should be further serve the real world, and better protect and reuse industrial heritage through value reproduction. Therefore, we should strengthen virtual-real interaction and online-offline linkage with respect to industrial heritage landscape, and provide a path for the development of digital interactive platform such as Metaverse, and sustainable revitalization of industrial heritage landscape through diversified forms such as digital cultural tourism, virtual community and cultural innovation.

  • 工业遗产是人类历史遗留的文化景观,是人类工业文明的见证[1],是生产型的遗产。过去的生产活动不仅留下了大量建筑、矿场、机器设备等有形价值要素,也蕴含着在历史演进中涌现出的科技、社会和人文等无形价值要素[2]。中国有180余年的近现代工业文明史,具有数量众多、种类丰富、分布广泛、底蕴深厚的工业遗存。然而在遗存向遗产的身份转换过程中,往往伴随着生产活动的退出,从而导致部分价值以及源于价值的景观特征的丧失。如何重现遗产价值,推动其可持续活化,是工业遗产景观构建工作的重点。

    聚焦工业遗产景观构建,于明玉等[3]从场所营造出发,提出搭建空间结构、把控尺度、创造活力界面、筛选合适材料、表达遗存信息的设计方法;宋世华等[4]基于工业文化传承,探讨了景观空间改造、功能转型、元素再造的更新实施路径;马中军[5]探析了开滦煤矿的景观营造方法,包括提炼工业景观的多义内涵,艺术化处理工业地貌,增加空间层次,丰富行为路径和视线层次等。相关研究已形成丰富成果,但主要是针对现状的观照。如何为公众提供景观的时空体验,尚存在创新空间。数字景观具有虚实映射和沉浸交互的优势,能够通过虚实共生的方式全面而深刻地重现遗产价值,为工业遗产景观构建提供了新思路和新方法。

    在此基础之上,本研究旨在以虚实共生的视角,拓展工业遗产数字景观内涵,探讨工业遗产景观数字化构建的思路转变。以上海市杨树浦发电厂为样本,通过记录、设计、阐述、传播的技术手段,重现工业遗产价值及其景观特征,提出“要素孪生—元素再生—虚实相生—活化共生”4步工业遗产景观数字化构建方法,以期为数字景观理论和实践创新提供借鉴。

    近年来,数字技术被广泛应用于景观构建的不同阶段,包括调查与记录、保护与设计,以及阐述与传播等[6],工业遗产领域业已有众多尝试。例如,Trepal等[7]基于历史地理信息系统(Historical GIS, HGIS)的基威诺时间旅行者地图(Keweenaw Time Traveler),为密歇根铜矿区提供历史数据管理和公众参与平台;伯利恒钢铁公司的高线公园流线及空间设计,与手持移动设备和交互应用程序紧密结合[8];纽卡斯尔梅利韦瑟煤矿虚拟漫游项目利用增强现实(augmented reality, AR)技术,将历史场景与现实叠加,形成沉浸式的遗产价值呈现方法等[9]表 1)。

    表  1  数字技术在工业遗产景观构建中的应用[7-15]
    Table  1.  Application of digital technology in construction of industrial heritage landscape[7-15]
    应用阶段 案例 应用技术
    遗产信息调查与记录 基威诺时间旅游者地图[7] HGIS
    北洋水师大沽船坞信息管理系统[10] 地理信息系统(GIS),建筑信息模型(BIM),三维激光扫描等
    摩洛哥梅德萨古水钟扫描[11] 近景摄影测量
    遗产空间保护与设计 伯利恒钢铁公司高架栈桥线性公园[8] 对象动态跟踪注册、手持移动设备
    “上海船厂”等工业文化数字藏品[12] 三维建模、区块链、微信小程序
    西班牙布尔戈斯的汽车工业旅游[13] 三维建模、虚拟现实(virtual reality, VR)、游戏引擎、360度全景体验
    遗产价值阐述与传播 纽卡斯尔梅利韦瑟煤矿虚拟漫游[9] AR、对象动态跟踪注册、手持移动设备
    中东铁路南支线[14] AR、对象动态追踪、三维建模、手持移动设备
    湖北汉江流域工业遗产研究[15] 手机社交媒体软件(APP)、基于位置的社交网络(location-based social network, LBSN)、应用程序接口(application programming interface, API)、三维建模、VR
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    将数字技术整合应用到遗产景观构建的全过程中,是数字景观的发展趋势。数字技术能帮助景观设计实现从前期数据分析到人居环境运营管理的全程数据化[16]。但当前数字技术的相关探讨多局限于单一层面的技术运用[17]。尤其在工业遗产的价值阐释和传播中,应用数字技术的景观空间虽然提供了一些虚实结合的体验,但仍是对公众的单向输出或仅提供简单互动,缺乏对遗产价值的深层次交流、多维度重现和创新性发展,更遑论以价值共享促进工业遗产可持续发展[18]。因此,如何构建一套技术方法,整合工业遗产价值,实现记录、设计、阐述、传播的景观构建全过程的统筹规划,是景观数字化和数字技术整合的发展方向[19],也为工业遗产景观构建赋予新的思路。

    信息技术迭代促进了虚实共生的数字交互平台的发展,使用户通过虚拟身份和VR设备接入映射现实世界的虚拟世界成为可能。近年来,随着Web 3.0的语义网络和5G、人工智能和云计算等新一代信息技术的出现,国务院、国家发改委、工业和信息化部、文化和旅游部以及上海等城市的各级部门陆续发布相关数字交互平台建设方案,使得探索工业遗产领域的相关研究实践显得必要且迫切。

    这种虚实共生的数字交互平台亦被称为“元宇宙”。平台是指包括空间、行为、规则乃至记忆等物质和非物质要素构成的数字化系统;交互则是通过数字孪生、VR或AR等方式,在虚拟世界和现实世界之间搭建桥梁,其本质是全面、深度的数字化[20]。一般认为,以“元宇宙”为名的数字交互平台包含身份、社交、沉浸、随时、多元、随地、经济系统和文明8个关键要素,依赖于物联网、网络运算、区块链、人工智能、电子游戏和交互六大数字技术的集成。相比传统数字化,数字交互平台更加注重用户参与和多模块集成的生态构建[21-22],呈现出虚拟身份、沉浸交互、自由多元和经济行为等特征

    工业遗产是一种特殊的工业景观,是技术发展与社会情境相互交织而形成的一系列极富特点的遗产的聚合[23],具有一定的时空完整性,体现了经济、生态、文化等多功能价值[24]。近年来,工业遗产的价值得到了进一步拓展,不仅增加了工业流程、技术工艺知识、企业管理和工人组织等无形价值要素[25];同时强调作为承载各个历史时期人类生产活动“层积”,以及仍在动态变化的城市历史景观价值[26]。工业遗产应是历史性、区域性和综合性的混合型工业文化景观[27]。如何重现工业遗产混合、多元和“层积”的价值特征,成为其景观构建的研究重点。数字化作为一种可行的景观构建方式,具备深入探究的意义。

    工业遗产数字景观能够通过整合数字技术,呈现出虚实共生的景观时空特征,提供沉浸交互的景观体验。其构建意义在于以下4个方面。1)记录以扩展价值的广度。记录工业遗产有形的、无形的,以及历史“层积”的各类价值要素。2)设计以提升价值的深度。将记录下的各类价值要素设计成可呈现、可体验的数字景观元素。3)阐述以延展价值的跨度。将数字景观元素,真实完整地嵌入到不同历史时期的生产场景中。4)传播以开拓价值的多元度。提供用户可以进入、漫步和时空切换的操作界面。老职工、周边居民和工业遗产爱好者可以借助虚拟身份,参与工业遗产价值挖掘和景观设计,不断拓展工业文化内涵。经济活动则强化工业遗产的“文化资本”属性[28],通过虚拟旅游和数字文创等方式营造“强流量化”[29],促进虚拟现实互动、线上线下联动,为工业遗产的可持续活化提供新路径。

    相较传统单一的VR或基于电脑端的数字化,虚实共生的景观建立在一个虚实映射和沉浸交互的数字空间平台之上。这为工业遗产景观数字化构建带来了4个方面的思路转变。

    1)从专家到公众,所有用户共同参与建设。公众可以积极参与景观构建,设计也从工程规划走向具身传播的场景想象[30]。通过平台搭建和移动端接入,工业遗产的价值被多维度、多视角地重现,而源于价值的景观特征也得到极大丰富。

    2)从观照到体验,虚拟工人身份引发共情。通过“浸入”生产场景,包括“近距离”观察或参与运输装卸、流水线操作、产品铸造、企业管理以及工人日常生活的“前世今生”,公众可以重新理解工业遗产价值,在具身认知过程中产生情感共鸣并被唤起对工业时代的记忆。

    3)从布景到映射,可通用于多个应用场景。运用三维建模、体感设备和交互内容设计等技术方法,大规模、系统化地复原那些反映不同历史时期生产场景的虚拟景观,并将其与教育、文旅、商业、治理和规划管理深度融合,在不同的应用场景下实现不同价值[31]

    4)从记忆唤醒到持续活化,虚拟旅游和数字文创等提供经济动能。不仅可以借助区块链技术,强化工业遗产作为文化资本的可交易性;也能依托物联网、云计算和人工智能技术,提高工业遗产作为文化触媒同经济、社会和环境领域的链接度,为工业遗产的可持续活化创造条件。

    国内外已有关于工业遗产景观数字化的众多探索。根据虚实关系的不同,可以将其分为数字孪生、AR和VR 3种模式(图 1[32-34]

    图  1  工业遗产景观数字化的3种模式
    Figure  1.  Three Digitalization Modes of Industrial Heritage Landscape

    1)数字孪生模式,即构建一套能够真实完整映射现实景观的虚拟景观。如谷歌开发的“沉浸式实景”产品,作为地图导览和在线旅游的工具,采用神经辐射场(neural radiance field, NeRF)模型融合了数十亿张街景照片和航拍图像,结合“隐式体表达”和“体渲染”得到高精度的伦敦老城景象[32]

    2)AR模式,即将虚拟对象同现实景观深度融合。如汉堡“通往未来之门”项目,作为仓库城(德语:Die Speicherstadt)露天博物馆的展陈部分,可以让游客借助移动设备去理解这处世界文化遗产的前世今生,观看用数字艺术重现的汉堡海运物流演变的历史进程。项目还创建了一个反映植物和濒危物种共生的未来城市等[33]

    3)VR模式,即数字复原业已不存在的历史景观,提供沉浸式旅游体验。如卢森堡贝尔瓦尔“时空之旅”项目,游客坐在车里,借助基于位置的服务(location based service, LBS)、游戏引擎和VR眼镜,重新认识这座百年钢铁厂在4个不同历史时期的景观变迁。身着历史服饰的虚拟导游以共情的方式讲述工业生产、环境污染、移民和纳粹压迫的历史,以及制造业外迁等工业遗产特有的价值内涵[34]

    笔者结合AR和VR 2种模式展开探索,基于不同的虚实共生场景研究景观数字化的构建方法。

    本研究以上海市杨树浦发电厂作为样本。发电厂位于杨浦区杨树浦路2800号,占地14.2 hm2,现存建筑面积3.86万m2图 2),是上海最具代表性的工业遗产之一。1911年,英商上海电光公司在此开建厂房,为公共租界输送电力。作为中国最早的火力发电厂之一,杨树浦发电厂在电力发展、革命运动、城市变迁等多个方面,见证了上海乃至中国的百年荣辱(表 2[35]。发电厂于2010年正式关停,被规划为工业遗迹公园,局部已作为滨江公共空间向公众开放,同时入选了“中国工业遗产”“上海市风貌保护街坊”等多个保护名录。

    图  2  杨树浦发电厂的位置和范围
    Figure  2.  Location and scope of Yangshupu Power Plant
    表  2  杨树浦发电厂的历史演进脉络[35]
    Table  2.  Historical evolution of Yangshupu Power Plant[35]
    历史时期 曾用厂名 年份 代表性空间形成的时间节点 重要事件发生的时间节点 历史照片[35]
    建厂之初 工部局电气处、江边蒸汽电站 1911—1929年 1911年10月,动工兴建;
    1915年7月,1号锅炉房投运;
    1919年1月,2号锅炉房投运;
    1920年,化验室投运;
    1922年9月,露天储煤场投运;
    1924年1月,3号锅炉房投运;
    1929年5月,4号锅炉房投运
    1913年4月,投运发电,安装2机4炉;
    1925年6月,工人参加“五卅”大罢工,成立工会;
    1926年3月,地下独立党支部成立;
    1927年3月,参加上海工人第3次武装起义;
    1929年8月,美商购入,更名“上海电力公司”
    远东第一电厂 美商“上海电力公司” 1930—1949年 1930年,开设运送锅炉灰渣的有轨电车;
    1941年,5号锅炉房投运;
    1941年,竖起远东最高的105 m钢板烟囱;
    1947年10月,德士古储油罐投运
    1937年4月,中国第1台高压高温机组投运;
    1939年10月,江边电站地下党支部成立;
    1941年12月,日军接管;
    1945年9月,上海电力公司归还美商经营;
    1948年4月,王孝和烈士牺牲;
    1949年,发电量相当于上海、全国的81%和19%
    社会主义动力基地 国营上海电业管理局、上海杨树浦发电厂 1950—1979年 1953年10月,工人大厦投运;
    1961年8月,3号油库投运,同年全部改为燃油发电;
    1968年,4号油库投运;
    1972年1月,电机修理车间投运;
    1972年,拆除电车轨道;
    1979年9月,竖起180 m高的钢筋混凝土烟囱
    1949年2月,护厂斗争;
    1949年5月,电厂解放;
    1950年2月,二六轰炸,发电厂严重受损;
    1950年12月,成为社会主义动力基地;
    1958年8月,安装国产6 000千瓦机组;
    1958年,对外供热;
    1969年6月,国产第1台直流高压锅炉和双水内冷发电机组投运
    升级和转型 上海电力股份有限公司、杨树浦发电厂 1980—2010年 1982年10月,西港码头投运;
    1988年2月,千伏升压站投运;
    1993年12月,材供楼投运;
    1995年5月,综合楼投运;
    1996年1月,拆除工人大厦;
    1996年12月,新竖起180 m高的钢筋混凝土烟囱;
    2002年9月,拆除105 m高的远东第一烟囱
    1998—1999年,新2号和新1号机组投运;
    2003年12月,拆除英国造10号汽轮发电机组;
    2004年6月,拆除美国造9号汽轮发电机组;
    2005年5月,王孝和烈士塑像揭幕;
    2010年12月18日,停止运行
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    选择杨树浦发电厂作为工业遗产数字景观的构建样本,具有4个方面的可行性。

    1)代表性。发电厂位于上海老工业基地杨浦滨江地区,是中国最早的火力发电厂之一,也曾是远东最大的火力发电厂,被誉为“中国电力摇篮”[36]。已被拆除的高105 m的烟囱曾是中国最高的建筑物。

    2)共时性。发电厂现存有1912年建1号循环水泵房、1926—1934年建老汽机房、1979年建180 m高烟囱,以及1998年投运的新1号机炉。百年遗存连同滨江步道可作为市民可达的公共空间和城市功能载体。

    3)历时性。发电厂经历了建厂之初、远东第一电厂、社会主义动力基地、升级和转型4个历史时期,其生产工艺、规划形制、建筑风格和组织管理模式发生过多次重大变迁,承载了不同时期的“层积”价值。

    4)完整性。发电厂的边界路网清晰,空间结构易于识别,主体建筑留存较完好,且历史档案资料保存完整,包括多个历史时期的总平面图、照片、文字以及机组图纸等资料。

    杨树浦发电厂的工业遗产景观数字化构建包括4个步骤。1)记录信息要素,即采用现场调研、史料研读、口述采访等方式,大量收集同发电厂相关的各类信息,整理、记录并形成数据库。2)设计景观元素,即基于遥感图像和总平面图,在ArcGIS平台搭建数字基座,把各类价值要素设计成可呈现、可体验的数字景观元素,如模型和动画等。3)复原并呈现历史场景,选择4个重要且可获取充足资料的历史时期,即1913、1949、1979、2010年,借助游戏引擎和三维建模等技术,复原历史生产场景,并以音频和文字等多元形式呈现。4)赋予具身传播能力,借助AR和VR、区块链、云计算和人工智能等技术,形成线上和线下2套价值传播模式。用户可选择通过移动端或PC端,沉浸式参与工业遗产景观数字化的构建、使用、经营和交易等各类活动。

    相关数据来源包括《杨浦区志》《杨树浦发电厂志》《杨树浦发电厂100周年纪念画册》《中国电力工业史》、杨树浦发电厂档案资料和照片、发电厂在多个历史时期的遥感影像图、航拍图、总平面图和新老机组图纸,相近时期的同类工业设备图纸或三维模型,现场调研资料,以及老职工和周边居民的口述采访等。

    杨树浦发电厂工业遗产景观数字化构建的思路在于突破时空约束,为用户搭建体验虚实共生的数字交互平台(图 3)。具体而言,即数字化重建杨树浦发电厂多个历史时期的生产场景,并将其嵌入到现实的发电厂中。用户基于数字身份,通过线上线下多种形式,漫游、观察乃至创作发电厂景观,在价值的时空矩阵中持续丰富遗产价值,从而在经济、社会和文化等多个维度推动工业遗产的可持续活化。本研究主要采用记录、设计、阐述、传播的技术手段,初步整理出“要素孪生—元素再生—虚实相生—活化共生”4步工业遗产景观数字化构建方法。

    图  3  工业遗产景观数字化构建的思路转变
    Figure  3.  3 Transformation of Thinking on Digital Construction of Industrial Heritage Landscape

    记录价值要素,是景观数字化的构建基础。依据工业遗产的历史价值、科技价值、社会价值和艺术价值,审视工厂的历史和当下,真实完整的记录能够映射其历史演变过程的有形和无形的价值要素,形成工业遗产景观的信息库。

    通过现场调研、史料研读和口述采访等方式,笔者梳理记录了杨树浦发电厂在不同历史时期所呈现出的场地、建筑、设备和植被等有形价值要素,以及事件、人物、制度和技术突破等无形价值要素及相关信息。例如,解读遥感图像和历史地图,得出工厂自东北向西南的扩建过程;比对历史图片,总结出卸煤地点从老码头到出水浜再到西岸码头的空间转换过程;同老工人访谈,发现105 m高的钢板烟囱、老汽机房、工人大厦等是重要的记忆点;分析厂志中的大事记,提取出从烧煤到燃油的工艺转变,以及从英制、美制到国产机组的设备升级等技术信息。

    进一步,在“历史-当下”和“有形-无形”2个维度上建立起杨树浦发电厂的价值矩阵,将所记录的价值要素及相关信息归入其中(图 4),“数字孪生”发电厂历史变迁中产生的价值要素。

    图  4  杨树浦发电厂的价值矩阵
    Figure  4.  Value matrix of Yangshupu Power Plant

    将价值要素设计成景观元素,制作景观数字空间的构成部分。从价值矩阵出发,以边界为轮廓、道路为骨架、建筑为肌理,建设发电厂的数字基座。进一步将经过设计的景观元素纳入数字基座的时空网格框架中。

    从可获取最早的1913年杨树浦发电厂的总平面图出发,在ArcGIS平台上,针对所选历史时期重现设计景观元素。首先,通过史料研读厘清工厂边界:北侧洞庭路和西侧杨树浦路没有明显变化,南侧在1949年前延伸至腾越路并保持至今,东侧岸线于出水浜和西岸码头处略有进退。其次,识别工业建筑的矢量足迹(footprint)。在遥感图像中,工业建筑物因其体量、高度和屋顶颜色等特征,比道路更易识别,由此提取不同历史时期的建筑矢量足迹,反映出“留-改-拆”的建筑肌理演变。最后,补充厂区路网,结合各年份的遥感图像和总平面图,绘制主要道路和铁轨等,完成数字基座建设。

    进而,从老照片、生产记录和口述资料中找出工业设施、绿地、水体、煤场、建筑形式和立面材质等相关信息,采集老职工和专业人员对空间的不同感知点[37]。在数字基座的时空网格框架下,将价值要素设计成模型、动画等可呈现、可体验的景观元素(图 5)。

    图  5  杨树浦发电厂的景观元素设计流程
    Figure  5.  Design process of landscape elements of Yangshupu Power Plant

    整合景观元素、复原历史场景是景观数字化的雏形。将模型、图像、文字、音频等景观元素呈现形式置入不同历史时期的数字基座中,模拟复原历史上的生产场景,并同现实场景相互嵌套、互为补充。

    明晰杨树浦发电厂各类景观元素的“出现”和“消亡”时间,据此将其分别整合到4个历史时期中。基于游戏引擎,通过三维建模、烘焙贴图、骨骼动画制作、音频制作、实时渲染、文字对话框等手法,动态复原工厂历史上的生产场景,包括建筑物的形式、吊车装卸煤的动作、机组运转的轰鸣、说明性文字,以及光影、气候和季节等环境变化。上述景观元素亦被赋予出现的“地点”“年份”“形式”“接触方式”和“激发前提”等参数。结合现实世界中被保留下来的烟囱、滨水步道、老汽机房等工业遗产核心物件,制定虚实相生的景观体验节点、路线和地域,丰富虚拟空间的层次和内涵(图 67)。

    图  6  杨树浦发电厂景观数字交互平台的线下设计界面(4个历史时期)
    Figure  6.  Offline Design Interface of Digital Interactive Platform for Landscape of Yangshupu Power Plant(4 historical phases)
    图  7  杨树浦发电厂景观数字交互平台的线上设计界面(4个历史时期)
    Figure  7.  Online Design Interface of Digital Interaction Platform for Landscape of Yangshupu Power Plant(4 historical phases)

    场景复原应以阐述工业遗产价值内涵为首要目标。鉴于历史资料缺失、信息不完整、技术呈现能力有限等现实挑战,需要甄选出工业遗产的核心价值,同时适当采取艺术化的处理手段,在真实感和体验感之间寻求更好的平衡。

    活化,是工业遗产景观数字化构建的最终目标。制定数字平台中的空间、行为、规则和记忆,借助线上线下人景互动、人机合一的沉浸体验旅游、自由参与的文化创意活动,以及可交易的数字资产等特征,使工业遗产景观价值获得具身传播的能力,从而在现实世界和虚拟世界之间,基于遗产价值形成经济活动,为其可持续活化提供路径。

    于杨树浦发电厂而言,分别运用AR和VR 2种模式,构建兼顾线下和线上的工业遗产景观数字化平台。在线下,用户使用手持移动设备,通过APP的形式,体验不同历史时期的工业景观。借助机器视觉和对象动态追踪注册技术,虚拟景观深度嵌入现实景观。用户通过移动自身位置来体验变化的呈现内容,并可以获取详尽的解析资料。在线上,用户下载PC端软件,通过创建虚拟身份登录数字交互平台。用户可以在4个历史时期自由切换,随意探寻电厂的每一个角落,参与补充工业遗产信息,同其他用户交流并组织社群,开发虚拟旅游产业,在虚拟厂房中举办会议、演唱会或私人展陈等虚拟商娱或教育研学活动,完成虚拟任务的LBS游戏,购买数字藏品(non-fungible token, NFT),创作电厂主题的电影、动漫和游戏等。这些线下线上联动的模块,共同构成工业遗产景观数字化平台(图 8)。

    图  8  工业遗产景观数字化的构建框架
    Figure  8.  Framework for digital construction of industrial heritage landscape

    通过架构虚实共生的数字交互平台,衔接现实世界和虚拟世界,可以催化工业遗产的资源转化,包括发展数字文旅产业以激发经济价值,凝聚虚拟社群、重塑社会网络以激发社会价值,采用二次创作等方式创新文化价值等,最终为工业遗产景观迈向可持续活化提供路径。

    本研究从工业遗产的价值重现入手,结合虚实共生的数字技术及交互平台,拓展了工业遗产数字景观的内涵,探讨了工业遗产景观数字化构建的思路转变。以上海市杨树浦发电厂为样本,通过记录价值要素、设计景观元素、复原阐述生产场景、赋予具身传播能力,重现工业遗产的价值,整合转换为景观特征,进而提出了“要素孪生—元素再生—虚实相生—活化共生”4步工业遗产景观数字化的构建方法。鉴于笔者在计算机和人工智能学科专业技术能力有限,本研究更侧重于展望模式和梳理方法,部分技术环节尚待进一步攻关。

    值得强调的是,工业遗产景观数字化构建的最终目的仍然是服务现实世界,通过价值重现,更好地实现工业遗产的保护和再利用。因此,应当强化VR互动、线上线下联动,通过数字文旅、虚拟社群和文化创新等多元形式,为工业遗产景观迈向可持续活化提供路径。

    虚实共生视角下的工业遗产数字景观发展尚处于起步阶段,数字交互平台抑或是“元宇宙”等概念仍在不断发展,相关应用实践有待探索,具有较大的想象和提升空间,例如如何实现虚拟世界和真实世界之间的价值联结,真实沉浸式地再现历史上已经逝去的工业建筑和生产场景,增强虚拟场景的细节深度和遗产价值阐释之间的联系,以及如何支持公众持续参与工业遗产景观“元宇宙”的创新性构建等,都是后续应当继续思考的重点。

    致谢(Acknowledgments): 感谢同济大学张尚武教授、汪劲柏博士、上海大学李垣讲师、浦东规划院邝远霄工程师,以及同济大学大都会更新研究社对本研究的支持和帮助,感谢同济大学朱晓明教授、崔燕宇博士候选人提供的杨树浦发电厂空间感知点相关成果。
    注释:
    2022年,国务院发布《“十四五”数字经济发展规划》。国家发改委发布《关于数字经济发展情况的报告》。工业和信息化部发布《工业元宇宙创新发展三年行动计划(2022—2025年)》,由工业和信息化部工业文化发展中心牵头成立工业元宇宙协同发展组织。文化和旅游部成立文旅中国元宇宙生态联盟,发布《文旅中国元宇宙项目白皮书》。上海市人民政府2022年发布了《上海市培育“元宇宙”新赛道行动方案(2022—2025年)》等。
    根据文献[20]~[22],“元宇宙”一般被认为包含虚拟身份、沉浸交互、自由多元和经济活动4点特征。虚拟身份是指使用相对确定的ID、身份和对象参与虚拟社会活动。沉浸交互同VR、AR接近,但更接近现实。自由多元是指用户行为自由、交互自由和创作自由。经济活动是用户的消费、生产、创作和获取服务。这4点特征意味着“元宇宙”是一个空间生态系统,这是其同传统数字化的主要差异。
    联合国教科文组织2005年提出城市历史景观的定义,是“文化和自然价值及属性在历史上层层积淀而产生的城市区域”。根据文献[26],老工业区作为工业遗产区的主要类型,可以被认为是一类典型的城市历史景观,是历史上不同“层次”随时间“层积”的结果。
    图表来源(Sources of Figures and Tables):
    图 1-1引自参考文献[32],图 1-2引自参考文献[33],图 1-3引自参考文献[34],图 5中的“感知点”引自参考文献[37],其余图片均由作者绘制;表 1内容引自参考文献[7]~[15],表 2文字内容由作者根据参考文献[35]整理,插图引自参考文献[35]。
  • 图  1   工业遗产景观数字化的3种模式

    Figure  1.   Three Digitalization Modes of Industrial Heritage Landscape

    图  2   杨树浦发电厂的位置和范围

    Figure  2.   Location and scope of Yangshupu Power Plant

    图  3   工业遗产景观数字化构建的思路转变

    Figure  3.   3 Transformation of Thinking on Digital Construction of Industrial Heritage Landscape

    图  4   杨树浦发电厂的价值矩阵

    Figure  4.   Value matrix of Yangshupu Power Plant

    图  5   杨树浦发电厂的景观元素设计流程

    Figure  5.   Design process of landscape elements of Yangshupu Power Plant

    图  6   杨树浦发电厂景观数字交互平台的线下设计界面(4个历史时期)

    Figure  6.   Offline Design Interface of Digital Interactive Platform for Landscape of Yangshupu Power Plant(4 historical phases)

    图  7   杨树浦发电厂景观数字交互平台的线上设计界面(4个历史时期)

    Figure  7.   Online Design Interface of Digital Interaction Platform for Landscape of Yangshupu Power Plant(4 historical phases)

    图  8   工业遗产景观数字化的构建框架

    Figure  8.   Framework for digital construction of industrial heritage landscape

    表  1   数字技术在工业遗产景观构建中的应用[7-15]

    Table  1   Application of digital technology in construction of industrial heritage landscape[7-15]

    应用阶段 案例 应用技术
    遗产信息调查与记录 基威诺时间旅游者地图[7] HGIS
    北洋水师大沽船坞信息管理系统[10] 地理信息系统(GIS),建筑信息模型(BIM),三维激光扫描等
    摩洛哥梅德萨古水钟扫描[11] 近景摄影测量
    遗产空间保护与设计 伯利恒钢铁公司高架栈桥线性公园[8] 对象动态跟踪注册、手持移动设备
    “上海船厂”等工业文化数字藏品[12] 三维建模、区块链、微信小程序
    西班牙布尔戈斯的汽车工业旅游[13] 三维建模、虚拟现实(virtual reality, VR)、游戏引擎、360度全景体验
    遗产价值阐述与传播 纽卡斯尔梅利韦瑟煤矿虚拟漫游[9] AR、对象动态跟踪注册、手持移动设备
    中东铁路南支线[14] AR、对象动态追踪、三维建模、手持移动设备
    湖北汉江流域工业遗产研究[15] 手机社交媒体软件(APP)、基于位置的社交网络(location-based social network, LBSN)、应用程序接口(application programming interface, API)、三维建模、VR
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    表  2   杨树浦发电厂的历史演进脉络[35]

    Table  2   Historical evolution of Yangshupu Power Plant[35]

    历史时期 曾用厂名 年份 代表性空间形成的时间节点 重要事件发生的时间节点 历史照片[35]
    建厂之初 工部局电气处、江边蒸汽电站 1911—1929年 1911年10月,动工兴建;
    1915年7月,1号锅炉房投运;
    1919年1月,2号锅炉房投运;
    1920年,化验室投运;
    1922年9月,露天储煤场投运;
    1924年1月,3号锅炉房投运;
    1929年5月,4号锅炉房投运
    1913年4月,投运发电,安装2机4炉;
    1925年6月,工人参加“五卅”大罢工,成立工会;
    1926年3月,地下独立党支部成立;
    1927年3月,参加上海工人第3次武装起义;
    1929年8月,美商购入,更名“上海电力公司”
    远东第一电厂 美商“上海电力公司” 1930—1949年 1930年,开设运送锅炉灰渣的有轨电车;
    1941年,5号锅炉房投运;
    1941年,竖起远东最高的105 m钢板烟囱;
    1947年10月,德士古储油罐投运
    1937年4月,中国第1台高压高温机组投运;
    1939年10月,江边电站地下党支部成立;
    1941年12月,日军接管;
    1945年9月,上海电力公司归还美商经营;
    1948年4月,王孝和烈士牺牲;
    1949年,发电量相当于上海、全国的81%和19%
    社会主义动力基地 国营上海电业管理局、上海杨树浦发电厂 1950—1979年 1953年10月,工人大厦投运;
    1961年8月,3号油库投运,同年全部改为燃油发电;
    1968年,4号油库投运;
    1972年1月,电机修理车间投运;
    1972年,拆除电车轨道;
    1979年9月,竖起180 m高的钢筋混凝土烟囱
    1949年2月,护厂斗争;
    1949年5月,电厂解放;
    1950年2月,二六轰炸,发电厂严重受损;
    1950年12月,成为社会主义动力基地;
    1958年8月,安装国产6 000千瓦机组;
    1958年,对外供热;
    1969年6月,国产第1台直流高压锅炉和双水内冷发电机组投运
    升级和转型 上海电力股份有限公司、杨树浦发电厂 1980—2010年 1982年10月,西港码头投运;
    1988年2月,千伏升压站投运;
    1993年12月,材供楼投运;
    1995年5月,综合楼投运;
    1996年1月,拆除工人大厦;
    1996年12月,新竖起180 m高的钢筋混凝土烟囱;
    2002年9月,拆除105 m高的远东第一烟囱
    1998—1999年,新2号和新1号机组投运;
    2003年12月,拆除英国造10号汽轮发电机组;
    2004年6月,拆除美国造9号汽轮发电机组;
    2005年5月,王孝和烈士塑像揭幕;
    2010年12月18日,停止运行
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-30
  • 修回日期:  2023-03-27
  • 网络出版日期:  2023-06-07
  • 刊出日期:  2023-06-09

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