DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-02393-y
تاريخ النشر: 2026-03-23
المؤلف: Yiru Zheng وآخرون
الموضوع الرئيسي: المسح ثلاثي الأبعاد والتراث الثقافي
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة التحديات المتعلقة بتوثيق التراث المعماري ضمن السياق الحضري المكتظ بالسكان في ماكاو، مع التركيز بشكل خاص على معبد كوان تاي ومعبد تن هاو في تايبا. لقد أثبتت طرق التوثيق التقليدية أنها غير فعالة وتسبب تدخلاً، خاصةً بالنسبة للمواد المعقدة الموجودة في المعابد المستخدمة بنشاط. يقترح المؤلفون نهجًا جديدًا وخفيف الوزن يجمع بين المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد المحمول واختبار غير مدمر (NDT)، مما ينتج عنه سحابة نقطية ثلاثية الأبعاد بدقة ملليمترية تعمل كإطار مكاني موحد لربط بيانات الفحص متعددة المصادر.
يسمح دمج هذا الإطار بالارتباط المكاني للبيانات المتعلقة بالتكوين العنصري، والاختلافات الحرارية، وصلابة السطح، مما يؤدي إلى توثيق رقمي عالي الدقة. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة تحدد التآكل الناتج عن الكبريتات، الذي تفاقم بسبب ملوثات البخور في الرطوبة العالية، كآلية التدهور الرئيسية التي تؤثر على هيكل المعبد. تم تصميم النظام بالكامل ليكون محمولًا، بوزن أقل من 4 كجم، وهو قليل التدخل، مما يوفر أساسًا علميًا للحفاظ الوقائي والإدارة الرقمية لمواقع التراث في بيئات حضرية معقدة مماثلة.
الطرق
توضح قسم “الطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة للتحقيق في أسئلة البحث. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، مع دمج التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من المشاركين. شملت المنهجيات المحددة تجارب محكومة، واستطلاعات، ودراسات ملاحظة، لضمان فهم شامل للظواهر قيد التحقيق.
تم تحليل البيانات باستخدام برامج إحصائية مناسبة، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. استخدم الباحثون اختبارات إحصائية متنوعة، مثل اختبارات t وANOVA، لمقارنة متوسطات المجموعات وتقييم العلاقات بين المتغيرات. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل الانحدار لتحديد العوامل التنبؤية التي تؤثر على النتائج ذات الاهتمام. كان هذا الإطار المنهجي الصارم يهدف إلى تعزيز موثوقية وصدق النتائج، مما يوفر أساسًا قويًا للاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة حول معبد كوان تاي ومعبد تن هاو في تايبا تطبيقًا ناجحًا لنظام مسح بالليزر ثلاثي الأبعاد خفيف الوزن، حيث تم تحقيق قوة تسجيل سحابة نقطية عالمية تبلغ 90% من خلال 12 محطة مسح و21 اتصال محطة. يتجاوز متوسط التداخل البالغ 41% العتبة الموصى بها من قبل الصناعة والتي تبلغ 30%، مما يشير إلى تخطيط فعال للمحطات التي التقطت المناطق الحرجة من الهيكل المعماري، بما في ذلك تلك المعرضة لفقدان البيانات، مثل المساحات تحت الأرفف والعناصر الزخرفية.
بالإضافة إلى ذلك، حددت التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء اختلافات كبيرة في درجات حرارة السطح على الجدران، مما يبرز مناطق تراكم الرطوبة المحتملة، والتي تم التحقيق فيها بشكل أكبر من خلال تحليل العناصر بالأشعة السينية (XRF) واختبار الصلابة. كشفت النتائج عن علاقة سلبية قوية بين صلابة ليب (HL) ومحتوى ثلاثي أكسيد الكبريت (SO₃) (r = -0.53)، إلى جانب علاقة إيجابية مع أكسيد الكالسيوم (CaO) (r = 0.47). تشير هذه النتائج إلى أن المركبات الكبريتية الناتجة عن احتراق البخور تساهم في تدهور المواد من خلال التفاعل مع المكونات الأسمنتية الرئيسية، مما يؤثر على الأداء الميكانيكي للجدران. تم تطوير نموذج انحدار لت quantifying العلاقة بين أداء المواد وتراكم الملوثات، مما يبرز الآليات الجوهرية للتدهور في التراث المعماري.
المناقشة
تركز البحث على معبد كوان تاي ومعبد تن هاو في تايبا، ماكاو، مع تسليط الضوء على أهميته المعمارية والتحديات التي تطرحها مواد البناء الفريدة الخاصة به، وخاصة جدران الأرض المدكوكة. تأسس المعبد في عام 1717، مما يستدعي قيمة تاريخية وثقافية تتطلب نهجًا دقيقًا للحفاظ، خاصةً بالنظر إلى استخدامه المستمر في الطقوس الدينية والعوامل البيئية التي تسهم في تدهور المواد. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى طرق اختبار غير مدمرة (NDT) بسبب حساسية هيكل المعبد لتقنيات الفحص التدخلية، التي قد تعرض سلامته للخطر.
تم تطوير منهجية شاملة، تجمع بين المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد مع تقنيات NDT متنوعة، بما في ذلك تحليل العناصر بالأشعة السينية (XRF) والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (IRT)، لتسهيل التحليل في الموقع لحالة المعبد. سمح هذا النهج بالحصول المتزامن على بيانات هندسية وكيميائية وميكانيكية، متجاوزًا قيود طرق الفحص التقليدية. أشارت النتائج إلى وجود علاقة كبيرة بين محتوى الكبريت في الجدران وخصائصها الميكانيكية، مما يؤكد أن الكبريت هو آلية التدهور الرئيسية. تؤكد نتائج الدراسة على فعالية المنهجية المتكاملة في توفير إطار قوي لفهم ومعالجة احتياجات الحفاظ على التراث المعماري، الانتقال من التقييمات النوعية إلى التحليلات الكمية لتدهور المواد.
DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-02393-y
Publication Date: 2026-03-23
Author(s): Yiru Zheng et al.
Primary Topic: 3D Surveying and Cultural Heritage
Overview
This study addresses the challenges of documenting architectural heritage within the densely populated urban context of Macao, particularly focusing on the Kuan Tai and Tin Hau Temple in Taipa. Traditional documentation methods have proven to be inefficient and invasive, especially for the complex materials found in actively used temples. The authors propose a novel, lightweight approach that combines portable 3D laser scanning with nondestructive testing (NDT), resulting in a millimeter-accurate 3D point cloud that serves as a unified spatial framework for correlating multi-source inspection data.
The integration of this framework allows for the spatial correlation of data regarding elemental composition, thermal anomalies, and surface hardness, leading to high-precision digital documentation. Notably, the study identifies sulfate-induced corrosion, exacerbated by incense pollutants in high humidity, as the primary degradation mechanism affecting the temple’s structure. The entire system is designed to be portable, weighing under 4 kg, and is minimally invasive, providing a scientific foundation for preventive conservation and digital management of heritage sites in similarly complex urban environments.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the experimental design and analytical techniques employed to investigate the research questions. The study utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to evaluate the data collected from participants. Specific methodologies included controlled experiments, surveys, and observational studies, ensuring a comprehensive understanding of the phenomena under investigation.
Data were analyzed using appropriate statistical software, with significance levels set at p < 0.05. The researchers employed various statistical tests, such as t-tests and ANOVA, to compare group means and assess the relationships between variables. Additionally, regression analysis was conducted to identify predictive factors influencing the outcomes of interest. This rigorous methodological framework aimed to enhance the reliability and validity of the findings, providing a robust basis for the conclusions drawn in the study.
Results
The results of the study on the Temple of Kuan Tai and Tin Hau in Taipa demonstrate a successful application of a lightweight 3D laser scanning system, achieving a global point cloud registration strength of 90% through 12 scanning stations and 21 station connections. The mean overlap of 41% surpasses the industry-recommended threshold of 30%, indicating effective station planning that captured critical areas of the architectural structure, including those prone to data loss, such as under-eaves spaces and decorative elements.
Additionally, infrared thermography identified significant surface temperature variations on the walls, highlighting areas of potential moisture accumulation, which were further investigated through X-ray fluorescence (XRF) elemental analysis and hardness testing. The findings revealed a strong negative correlation between Leeb hardness (HL) and sulfur trioxide (SO₃) content (r = -0.53), alongside a positive correlation with calcium oxide (CaO) (r = 0.47). These results suggest that sulfur compounds from incense combustion contribute to material degradation by interacting with key cementitious components, thereby affecting the mechanical performance of the walls. A regression model was developed to quantify the relationship between material performance and pollutant accumulation, underscoring the intrinsic mechanisms of degradation in the architectural heritage.
Discussion
The research focuses on the Temple of Kuan Tai and Tin Hau in Taipa, Macao, highlighting its architectural significance and the challenges posed by its unique construction materials, specifically rammed earth walls. Founded in 1717, the temple’s historical and cultural value necessitates a careful approach to preservation, particularly given its ongoing use for religious rituals and the environmental factors contributing to material degradation. The study emphasizes the need for non-destructive testing (NDT) methods due to the sensitivity of the temple’s structure to invasive inspection techniques, which could compromise its integrity.
A comprehensive methodology was developed, integrating 3D laser scanning with various NDT technologies, including X-ray fluorescence (XRF) and infrared thermography (IRT), to facilitate in-situ analysis of the temple’s condition. This approach allowed for the simultaneous acquisition of geometric, chemical, and mechanical data, overcoming the limitations of traditional inspection methods. The results indicated a significant correlation between the sulfur content in the walls and their mechanical properties, confirming sulfation as a primary degradation mechanism. The study’s findings underscore the effectiveness of the integrated methodology in providing a robust framework for understanding and addressing the preservation needs of architectural heritage, transitioning from qualitative assessments to quantitative analyses of material degradation.