DOI: https://doi.org/10.35784/bud-arch.8693
تاريخ النشر: 2026-03-31
المؤلف: Emilia Dudzińska وآخرون
الموضوع الرئيسي: المسح ثلاثي الأبعاد والتراث الثقافي
نظرة عامة
تتناول ورقة البحث أهمية نمذجة معلومات المباني التراثية (HBIM) في توثيق وإعادة بناء العمارة الخشبية المعرضة لخطر الاختفاء، كما يتضح من إعادة البناء الرقمية لشرفة قصر متدهور من أواخر القرن التاسع عشر في نوجيفو، بولندا. يدمج سير العمل المقترح من المسح إلى HBIM سحب النقاط عالية الكثافة من المسح بالليزر الأرضي (TLS) مع الأدلة الفوتوغرافية الأرشيفية، مع معالجة التحديات التي تطرحها تآكل المواد وفقدان الهندسة. المركز في هذه المنهجية هو مفهوم مستوى الحاجة إلى المعلومات، الذي يعزز النموذج ببيانات وصفية قائمة على الأدلة، مما يضمن الشفافية ويميز بين الواقع الذي تم مسحه والترميم الافتراضي. يُظهر النموذج المتوافق مع IFC فائدة HBIM في الأرشفة المكانية، واتخاذ قرارات الحفظ، وتوافق البيانات.
تؤكد النتائج أن دمج تقنية المسح بالليزر مع HBIM يوثق ويعيد بناء المباني التاريخية بفعالية. تؤكد الدراسة على أهمية طبقة المعلومات التي تأخذ في الاعتبار عدم اليقين في إعادة إنتاج العناصر المعمارية، والتي يتم تنفيذها من خلال اختيار مستوى التفاصيل (LOD) بشكل متعمد وتعيين البيانات الوصفية. بينما تحدد الأبحاث القيود في أدوات BIM الحالية، مثل الحاجة إلى مكتبات متخصصة وأنظمة تصنيف للأشياء التاريخية، فإنها تدعو إلى مزيد من تطوير أدوات HBIM. تسلط دراسة الحالة الضوء على ضرورة تحسين جودة سحب النقاط وأدوات التقسيم الآلي للهندسات المعقدة. في النهاية، تدعو الورقة إلى توسيع المعايير الحالية لتمثيل التراث المعماري بشكل أفضل، مما يضع إعادة البناء الرقمية كأمر حيوي لحماية التراث الثقافي وجهود الحفظ المستقبلية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الظاهرة غير القابلة للعكس للانتروبيا التي تؤثر على المعالم، مما يؤدي إلى تدهور المواد بسبب عوامل مثل التآكل، وتغير المناخ، والتدخل البشري. يشكل هذا التدهور خطر فقدان جزئي أو كامل للأشياء التي لها أهمية تاريخية أو فنية أو علمية. لتخفيف هذه المخاطر، يدعو المؤلفون إلى استخدام سحب النقاط ثلاثية الأبعاد التي تم الحصول عليها من خلال المسح بالليزر أو الفوتوغرامتري كأدوات توثيق أساسية. تلتقط هذه السحب “لحظة في الزمن”، موضحة ليس فقط الهيكل المكاني للمعالم ولكن أيضًا عيوبها وتغيراتها، مما يسهل المزيد من الأبحاث وإعادة البناء الرقمية حتى بعد تدهور الأشياء المادية.
تؤكد الورقة على دور نمذجة معلومات المباني التراثية (HBIM) كنهج متعدد التخصصات يدمج العمارة، والحفاظ على التراث، والفوتوغرامتري. تعمل نماذج HBIM كتمثيلات رقمية للتراث الثقافي، غنية بالبيانات التي تعزز تحليل المواد الأرشيفية. يحدد المؤلفون سير العمل لإنشاء نماذج HBIM دقيقة، والتي تشمل تقنيات ومرحلة متعددة لالتقاط الواقع، بما في ذلك جمع المواد المصدر والإثراء الدلالي. من الجدير بالذكر أن الدراسة تسلط الضوء على أهمية توثيق المباني الخشبية السكنية في بولندا، التي تتعرض بشكل متزايد لخطر التدمير. تهدف الأبحاث إلى تقييم إمكانيات تقنية HBIM لإعادة بناء هذه الهياكل التاريخية من خلال دمج بيانات سحب النقاط مع الوثائق الأرشيفية، مع معالجة التحديات العملية التي تم مواجهتها في عملية النمذجة.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. كما يصف القسم الأساليب الإحصائية المطبقة لتحليل البيانات، بما في ذلك أي برامج تم استخدامها ومعايير اختبار الدلالة.
بالإضافة إلى ذلك، قد تشمل المنهجية تقنيات أخذ العينات، والضوابط التجريبية، وأي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار خلال البحث. يضمن هذا النهج الشامل أن تكون النتائج قوية ويمكن التحقق منها من خلال الدراسات المستقبلية. بشكل عام، يعمل القسم كأساس حاسم لفهم نتائج البحث وآثارها.
نتائج
يقدم قسم النتائج إعادة بناء رقمية ثلاثية الأبعاد لشرفة تاريخية، تتضمن عناصر هيكلية مثل الجدران، والنوافذ، وإطارات الأبواب، والسقف، والعوارض، والزخارف. يعمل هذا النموذج لأغراض متعددة، بما في ذلك نشر المعرفة حول المبنى وتسهيل الدراسات الإضافية مثل الإسقاطات والمقاطع العرضية. بينما توفر سحب النقاط التمثيل الأكثر دقة للأشياء الموجودة، إلا أنها غالبًا ما تفتقر إلى تغطية جميع الأجزاء ولا يمكن أن تمثل الميزات غير الموجودة. لتعزيز موثوقية النموذج، تم دمج طبقة معلومات، توضح المصادر المستخدمة لإنشائه، بما في ذلك سحب النقاط، والصور الفوتوغرافية، وعدم اليقين المرتبط بها.
يتم تمثيل موثوقية معلومات النموذج بصريًا من خلال مقياس ملون، حيث يتوافق انخفاض عدم اليقين مع زيادة الموثوقية. تم تصميم هذا المقياس خصيصًا للدراسة، بما يتماشى مع معايير مستوى المعرفة (LK) التي تشمل أنواع الوثائق المختلفة. يظهر سير العمل مزايا كبيرة، مثل القدرة على توليد الهندسات من بيانات دقيقة وإعادة بناء التفاصيل المفقودة باستخدام قطع أفضل حفظًا. ومع ذلك، فإنه يواجه أيضًا تحديات، بما في ذلك كثافة العمل العالية بسبب تفرد العديد من التفاصيل ومتطلبات الأجهزة الكبيرة لمعالجة مجموعات البيانات الكبيرة.
مناقشة
يوفر قسم المناقشة في ورقة البحث نظرة شاملة على السياق التاريخي، والتوثيق، وعمليات النمذجة المتعلقة بقصر نوجيفو، بولندا. تم بناء المبنى في الأصل في أواخر القرن التاسع عشر، وقد خضع لعدة تحولات، بما في ذلك استخدامه كمدرسة ولاحقًا كهيكل سكني. الحالة الحالية للقصر متدهورة، مع ملاحظات حول مشاكل هيكلية كبيرة خلال زيارة الموقع في أبريل 2021. استخدمت الأبحاث تقنية المسح بالليزر لالتقاط قياسات دقيقة للمبنى، مما أدى إلى سحب نقطة سهلت تطوير نموذج معلومات المباني التراثية (HBIM). حقق عملية المسح، التي شملت 101 مسح، متوسط خطأ قدره 2 مم، مما يبرز دقة البيانات المجمعة.
تم تطوير نموذج HBIM مع التركيز على الشرفة، باستخدام مستوى محدد من الحاجة إلى المعلومات لتوجيه عملية إعادة البناء. يبرز هذا النهج أهمية دمج بيانات وصفية عن عدم اليقين والأدلة من مصادر متنوعة، بما في ذلك سحب النقاط والصور الفوتوغرافية الأرشيفية، لتعزيز موثوقية النموذج وقيمته العلمية. تؤكد النتائج على فعالية دمج المسح بالليزر مع BIM لتوثيق وإعادة بناء المباني التاريخية، بينما تحدد أيضًا القيود مثل الحاجة إلى مكتبات متخصصة للعناصر التاريخية وتكييف أنظمة التصنيف لتناسب العمارة التراثية بشكل أفضل. تدعو الدراسة إلى مزيد من تطوير أدوات HBIM، بما في ذلك التقسيم الآلي للهندسات المعقدة وإنشاء معايير محددة للتراث، لتحسين توثيق وحفظ التراث الثقافي، خاصة في مواجهة التهديدات المتزايدة للعمارة الخشبية.
DOI: https://doi.org/10.35784/bud-arch.8693
Publication Date: 2026-03-31
Author(s): Emilia Dudzińska et al.
Primary Topic: 3D Surveying and Cultural Heritage
Overview
The research paper discusses the significance of Heritage Building Information Modeling (HBIM) in documenting and reconstructing wooden architecture at risk of disappearance, exemplified by the digital reconstruction of a deteriorated late-19th-century manor veranda in Nużewo, Poland. The proposed scan-to-HBIM workflow integrates high-density Terrestrial Laser Scanning (TLS) point clouds with archival photographic evidence, addressing challenges posed by material weathering and geometry loss. Central to this methodology is the Level of Information Need concept, which enhances the model with evidence-based metadata, ensuring transparency and distinguishing between surveyed reality and hypothetical restoration. The resulting IFC-compliant model demonstrates HBIM’s utility for spatial archiving, conservation decision-making, and data interoperability.
The findings confirm that combining laser scanning technology with HBIM effectively documents and reconstructs historic buildings. The study emphasizes the importance of an information layer that accounts for uncertainty in the reproduction of architectural elements, operationalized through intentional Level of Detail (LOD) selection and metadata assignment. While the research identifies limitations in current BIM tools, such as the need for specialized libraries and classification systems for historical objects, it advocates for further development of HBIM tools. The case study highlights the necessity for improved point cloud quality control and automated segmentation tools for complex geometries. Ultimately, the paper calls for the expansion of existing standards to better represent architectural heritage, positioning digital reconstructions as vital for cultural heritage protection and future conservation efforts.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the irreversible phenomenon of entropy affecting monuments, which leads to material degradation due to factors such as weathering, climate change, and human interference. This degradation poses a risk of partial or complete loss of historically, artistically, or scientifically significant objects. To mitigate these risks, the authors advocate for the use of three-dimensional point clouds obtained through laser scanning or photogrammetry as essential documentation tools. These point clouds capture a “moment in time,” detailing not only the spatial structure of monuments but also their defects and alterations, thereby facilitating further research and digital reconstructions even after the physical objects have deteriorated.
The paper emphasizes the role of Heritage Building Information Modeling (HBIM) as an interdisciplinary approach that integrates architecture, heritage conservation, and photogrammetry. HBIM models serve as digital representations of cultural heritage, enriched with data that enhance the analysis of archival materials. The authors outline the workflow for creating accurate HBIM models, which involves multiple reality capture techniques and stages, including the collection of source materials and semantic enrichment. Notably, the study highlights the importance of documenting residential wooden buildings in Poland, which are increasingly at risk of destruction. The research aims to evaluate the potential of HBIM technology for reconstructing these historic structures by integrating point cloud data with archival documentation, while also addressing the practical challenges encountered in the modeling process.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as the protocols followed to ensure reproducibility. The section also describes the statistical methods applied for data analysis, including any software utilized and the criteria for significance testing.
Additionally, the methodology may include the sampling techniques, experimental controls, and any ethical considerations taken into account during the research. This comprehensive approach ensures that the findings are robust and can be validated by future studies. Overall, the section serves as a critical foundation for understanding the research outcomes and their implications.
Results
The results section presents a three-dimensional digital reconstruction of a historic veranda, incorporating structural elements such as walls, windows, door frames, roof, beams, and cornices. This model serves multiple purposes, including knowledge dissemination about the building and facilitating further studies like projections and cross-sections. While point clouds provide the most accurate representation of existing objects, they often lack coverage of all parts and cannot represent non-existent features. To enhance the model’s reliability, an information layer was integrated, detailing the sources used for its creation, including point clouds, photographs, and their associated uncertainties.
The model’s information reliability is visually represented through a color-coded scale, where lower uncertainty corresponds to higher reliability. This scale was specifically tailored for the study, aligning with the Level of Knowledge (LK) standards that include various documentation types. The workflow demonstrates significant advantages, such as the ability to generate geometries from precise data and reconstruct missing details using better-preserved fragments. However, it also faces challenges, including high labor intensity due to the uniqueness of many details and substantial hardware requirements for processing large datasets.
Discussion
The discussion section of the research paper provides a comprehensive overview of the historical context, documentation, and modeling processes related to the manor house in Nużewo, Poland. Originally constructed in the late 19th century, the building has undergone various transformations, including its use as a school and later as a residential structure. The current state of the manor is deteriorated, with significant structural issues noted during a site visit in April 2021. The research employed laser scanning technology to capture detailed measurements of the building, resulting in a point cloud that facilitated the development of a Heritage Building Information Model (HBIM). The scanning process, which involved 101 scans, achieved a mean error of 2 mm, highlighting the precision of the data collected.
The HBIM model was developed with a focus on the veranda, utilizing a defined Level of Information Need to guide the reconstruction process. This approach emphasizes the importance of integrating uncertainty metadata and evidence from various sources, including point clouds and archival photographs, to enhance the model’s reliability and scientific value. The findings underscore the effectiveness of combining laser scanning with BIM for documenting and reconstructing historic buildings, while also identifying limitations such as the need for specialized libraries for historical elements and the adaptation of classification systems to better suit heritage architecture. The study advocates for further development of HBIM tools, including automated segmentation for complex geometries and the establishment of heritage-specific standards, to improve the documentation and conservation of cultural heritage, particularly in the face of increasing threats to wooden architecture.