文化遗产保护已从抢救性保护转向预防性保护。快速发展的数字化技术成为国内外预防性保护的重要手段，常态化监测也推动了其应用日益成熟。构建本体数字化孪生模型是典型应用之一，常采用三维激光扫描技术。该技术通过激光反馈生成点云模型，精确记录结构现状，并借助剖面分析等手段，实现对文化遗产的数字化测量与结构安全评估，具有无损、高效、高精度的优势。

频发的自然气候紧急状况，为文化遗产数字化带来新挑战。2023年7月，北京房山区遭受强暴雨极端天气袭击，引发洪水灾害，导致琉璃河大桥栏板及周边驳岸损毁，桥体周边发生淤积现象（图1）。

为满足预防性保护需求、发挥日常监测作用并支撑后续抢险修缮设计，作者所在团队对琉璃河大桥进行了结构检测与技术状况评定。借助三维激光扫描技术，建立了桥梁数字孪生模型，获取了关键数据。本文基于扫描数据，对比分析水灾前后关键部位变形情况，评估灾损程度，以期为修缮工作提供依据。

琉璃河大桥位于北京市房山区琉璃河镇，呈南北向横跨琉璃河，始建于1539年（明嘉靖十八年），建成于1546年（嘉靖二十五年），历经5次大修，1999年其西侧一座钢筋混凝土公路桥建成通车，不再承担道路通行任务。后经历史原貌恢复性修缮，大桥于2013年列入第七批全国重点文物保护单位。

琉璃河大桥为十一孔石拱桥，是北京市第二大石拱桥，规模仅次于卢沟桥，桥长189米，跨中宽10.4米；两侧有节间式石栏，各有望柱88根，栏板87块，两端置抱鼓石；桥堍和桥面上铺砌花岗岩石板，桥面略成正圆弧形，局部凹凸不平；拱券为半圆形纵联式结构，由14道拱碹石和1道龙门碹石构成；侧墙、翼墙由花岗岩和青石板砌筑；桥台为雁翅型，雁翅以外皆有石砌泊岸；有桥墩10座，平面呈平底船形，西侧上游端为船头状分水尖，东侧下游端为船尾状。琉璃河大桥共有11个券洞，由北至南依次编号北1、北2、北3、北4、北5、中券、南5、南4、南3、南2、南1。

大桥数据采集设备为Faro Focus S350三维激光扫描仪，扫描速度为122000pts/s；测距误差可控制在±1毫米；扫描成像为彩色；激光等级为1级安全激光；视野范围为纵向300°、横向360°。

三维激光扫描仪采集桥梁整体数据，覆盖桥面、桥身及拱圈。受现场条件限制，桥面与拱圈结构不通视，需通过点云拼接整合各测站数据。桥面数据可直接设站于桥面获取，桥身及拱圈数据通过将测站设于施工脚手架上获取。为确保拼接所需特征点充足，依据现场实际，现场扫描设站间隔定为5米，共设置121站，其中桥面41站，东西两侧桥身及拱圈各40站。

点云数据经配准、降噪和抽稀处理后，最终点云的平均拼接误差为1.8毫米，最大误差为7.1毫米，符合标准规定的工作精度指标要求，能够满足后期分析需要的精度规格。随后，经纹理映射、模型拼接、修补、光滑及检验等处理，形成最终的三维点云模型。

分析方法采用整体分析与单点分析相结合的方式进行。单点分析方法选取5个特征点（A~E点）的坐标数据。其中A点和B点数据用于判断各拱圈顶部相对下沉变形状况；C点、D点和E点数据用于判断各侧墙歪闪状况（图2）。

拱圈变形的单点分析主要考察指标为拱圈顶部相对沉降量，提取11个拱圈的A点和B点竖向（z）数据进行对比分析。由结果可知，拱圈顶部东西两端高差最大处出现在北5券，高差为0.162米，其次北3券、中券、南4券拱圈高差也相对较大。

拱圈变形的整体分析主要考察指标为拱圈形状，对比标准为参照曲面，其是根据拱圈断面点云数据拟合出的标准弧线沿圈洞方向拉伸生成的标准弧面。分割拱圈点云以便于直观分析，与参照曲面进行拱圈3D变形对比分析（图3）。

分析结果显示，拱圈整体变形在±0.3米内，北5券东西两侧、南3券东侧、南2券东侧等局部区域变形超过0.1米。相对于参考面，50.6%的数据偏差在0.02米以内，85.5%的数据偏差在0.055米以内，考虑到拱桥材料及构造偏差，可认为这些区域基本无变形。综合单点及整体分析结果，表明拱券整体结构完整，受力状况良好，未发生较大变形。

桥身变形分为东侧桥身变形和西侧桥身变形。根据桥身实测数据进行点云均化，拟合形成桥身二维平面作为桥身变形的参照基准。分别取桥洞之间的C点、D点和E点进行偏差标注，分析桥身整体变形趋势（图4）。

由结果可知，东侧桥身最大偏差为±0.2米，整体呈中间内凹两侧外凸趋势，其中内凹部分最大为0.192米，外凸部分最大为0.138米；西侧桥身最大偏差为±0.3米，整体呈中间外凸两侧内凹趋势，其中内凹部分最大为0.028米，外凸部分最大为0.237米。综合可知，桥身结构完整，整体变形呈西凸东凹趋势，桥身变形值较小。

根据桥面实测数据进行点云均化，拟合形成桥面空间曲面作为桥面变形的参照基准。分别取桥面均匀分布的点位进行偏差标注，分析桥面整体变形趋势。

由结果可知，桥面存在较小变形，最大偏差为±0.3米，桥面中部略有凹陷，桥面北部略有凸起；参照弧形桥面分析沉降状况，其表面起伏在+0.2~-0.3米之间，考虑桥面铺设石块起伏误差，桥面本身相对于理论拟合曲面的偏差为±0.1米。

现场脚手架遮挡面积较大，且部分栏板与望柱处在维修状态，为保证分析的完整性，以桥面俯视为基础，将桥体东西两侧栏板与望柱区域分别视作一个整体，再以桥头桥尾两端为基准延伸形成参照平面，与两侧栏板望柱进行对比分析。由于桥体外侧有脚手架，故分析工作选取栏板与望柱的内侧进行。东西两侧栏板与望柱分别自南向北对照现状平面图进行分组编号。对现存栏板与望柱共计进行94次歪闪测试。

由结果可知，对于东侧，栏板向西（内侧）偏移数量为42块，望柱向西（内侧）偏移数量为47根，栏板向东（外侧）偏移数量为17块，望柱向东（外侧）偏移数量为13根；对于西侧，栏板向东（内侧）偏移数量为24块，向西（外侧）偏移数量为23块，望柱向东（内侧）偏移数量为34根，局部向西（外侧）偏移数量为13根。综合分析表明，除局部有消防或建材设施遮挡，东西侧栏板与望柱均有向内外两侧偏移的趋势，偏移量多集中在0.05米左右，最大偏移量约为0.2米；东侧栏板与望柱总体偏移量大于西侧；东侧栏板与望柱多向西（内侧）偏移，西侧栏板与望柱多向东（内侧）偏移。

基于三维激光扫描技术对琉璃河大桥的灾后评估表明，本次洪水灾害虽对桥体局部构件造成损毁，但主体结构整体保持稳定。拱券变形可控、桥身位移量值有限、桥面沉降处于安全阈值内，大桥仍具备良好的结构完整性。栏板与望柱的偏移现象虽较显著，但属可修复范畴。本研究通过高精度数字化手段，不仅精准量化了灾损程度，为针对性修缮提供了科学依据，更验证了三维激光扫描技术在文化遗产应急评估与预防性监测中的关键价值——无损、高效、高精度。

数字化技术不仅能有效支撑灾后评估与修复，更能通过积累历史数据构建文物健康档案，为应对未来气候风险提供预警基础。建议进一步推广三维扫描等数字技术在文保领域的系统化应用，将单次灾损评估转化为持续性的结构状态追踪，最终形成“监测-预警-评估-干预”的闭环保护机制，全面提升文化遗产在气候变化背景下的韧性。

（作者单位：北京市考古研究院）