遗产预防性保护的紧迫需求

长城作为中华民族的精神象征和人类文明的伟大标志，自列入《世界遗产名录》以来，其保护工作始终与国家文化发展战略紧密相连。近年来，随着“文化强国”“加强文物保护利用和文化遗产保护传承”被纳入国家战略层面，文化遗产的保护事业迎来系统性提升的重要契机。特别是“十四五”文物保护和科技创新规划的发布，明确提出要构建“全覆盖、常态化、精准化”的文物安全隐患监测与风险评估体系，提升重大文物风险预警和防控处置能力。在这一背景下，作为我国规模最宏大、分布最广泛、价值最突出的线性文化遗产，长城的科学保护与预防性管理，不仅关乎文化遗产的安全存续，更是国家文化安全与中华文明标识体系构建的重要组成部分。

然而，长城特别是夯土长城区段的保护仍面临严峻挑战。由于其建筑材料以土为主，结构脆弱且分布环境复杂，长期受风蚀、水蚀、盐害与冻融等多重自然营力影响，墙体根部掏蚀病害日益突出，成为墙体失稳甚至大规模坍塌的主要诱因。尽管已有研究从机理层面揭示了盐渍侵蚀等关键致病因素，但在整体层面，长城病害分布不清、风险不明、评估无据的问题依然存在，严重制约保护资源的精准投放与预防性保护措施的有效实施。这一困境不仅影响段落级别的抢险加固，更阻碍了全线系统性和前瞻性保护策略的制定。

在此背景下，推动长城保护从被动应急向主动预防、从局部修复向全域管控转变，已成为落实国家文化遗产安全战略的迫切需求。本研究积极响应“十四五”规划中关于“提升文物安全风险预警与防控能力”的号召，以甘肃明长城夯土墙体为研究对象，依托全覆盖、高精度的低空无人机测绘数据，系统开展掏蚀病害的空间分布调查、形态量化与风险评估研究。通过构建“省域—区段”二级病害分级体系与风险预警地图，旨在为长城预防性保护提供数据基础与决策依据，也为大型土遗址和线性文化遗产的科学管控探索可行路径。

天津大学建筑学院长城研究团队以多年长城研究及数字化成果为基础建成“明长城全线图像与三维数据库”，基于全线连续的低空无人机航测获得厘米级图像和三维数据，构建了长城病害研究的基础数据库。通过在全国范围内对掏蚀病害进行普查，可以发现在甘肃、宁夏、青海、山西、陕西、河北等省份的夯土长城均存在掏蚀现象，且在西北地区更为集中。根据2019年与2024年对甘肃地区明长城的全线图像监测，从前后五年拍摄同一地段的对比照片中可以看出，长城正以惊人的速度倒塌和消失。对于长城的保护工作刻不容缓。

明长城全线数字化调查与智能分析

为系统评估甘肃明长城夯土墙体的掏蚀病害分布特征与风险等级，采用“数据采集—模型构建—量化分析—风险评估”的技术路线，依托全覆盖、高精度、多源数据融合的分析，开展从宏观分布识别到区段精细化评估的研究。

首先，在数据采集阶段，基于课题组已构建的“明长城全线图像与三维数据库”，针对甘肃境内现存的1350公里夯土墙体，采用低空无人机摄影测量技术实施高分辨率影像采集。共计获取2.6万张高清影像，生成厘米级精度的三维点云模型，数据总量达4.1TB，首次实现全省范围内夯土长城表面病害的完整数字化记录，为后续量化分析提供可靠的数据基础。

在数据处理与病害识别环节，通过点云数据与正射影像的综合解译，系统识别并提取墙体根部的掏蚀病害信息。在此基础上，设定四项关键形态指标进行量化分析，包括掏蚀高度、掏蚀深度、掏蚀面积及形态掏蚀率，以期全面刻画病害的空间形态特征。

为揭示掏蚀病害的分布规律与风险等级，研究进一步结合地理信息系统平台进行空间统计分析。在宏观层面，基于掏蚀病害点的分布密度，采用自然断点法对县级行政区进行风险等级划分；在微观层面，则以5米为基本单元对典型区段进行病害程度评估，构建起“省域—区段”二级风险评估体系，为实现长城病害的分级管控和预防性保护提供科学依据。

病害分布规律与风险等级

基于全域数字化调查与系统量化分析，本研究在甘肃明长城夯土墙体的掏蚀病害特征识别与风险评估方面取得以下重要发现，为实现长城保护从被动抢险向主动预防转变提供了科学依据。

掏蚀病害在空间分布上呈现出明显的区域集聚特征。调查结果显示，病害点集中分布于甘肃中部的张掖市山丹县、高台县、金昌市永昌县、武威市凉州区与古浪县、嘉峪关市长城区及酒泉市肃州区等区域。进一步的空间分析表明，掏蚀病害的分布与自然地理环境存在显著关联：病害高发区主要位于海拔较高、土壤盐渍化程度较严重的农田与裸地地带，这一发现从宏观层面证实了盐渍侵蚀确实是掏蚀发育的重要诱因。

在形态特征方面，掏蚀病害的各项量化指标表现出明显的变异性。掏蚀高度与掏蚀深度的数据相对集中，而掏蚀面积与形态掏蚀率则受多种因素影响波动较大。值得注意的是，墙体走向对病害形态的影响有限，仅在南北走向的区段中发现掏蚀高度略小，其他指标与走向无显著相关性。基于四项形态指标的综合评估，本研究对十个典型区段进行了风险排序，结果显示十里堡长城风险等级最高，其次为二十里堡长城和十号长城。

研究实现了从宏观分布到典型区段的病害分级与风险预警，并可以根据调查结果绘制掏蚀病害风险地图，为制定不可移动文物的病害分级标准提供参考依据。根据不同县级行政区划内掏蚀病害点的数量，采用自然断点法对县级病害风险进行分级，其中张掖市山丹县的病害点数量最多，风险等级最高，永昌县次之。宏观视角下的病害风险地图不仅为政府机构进行风险预警，同时为文物保护单位的遗产保护提供基础的数据底座，为保护修缮工程找到切实的着力点。除此之外，还可在病害风险地图的基础上，延伸出开发强度分级图、保护优先级分布图等，实现对长城病害风险的整体性及区域性评估图。通过对掏蚀病害形态特征拟合，进行单一长城段不同片段的病害分级。以静安长城为例，利用每间隔5米的剖面对三维点云模型进行剖切，通过形态掏蚀率的大小计算，可以实现以5米为精度的单一区段掏蚀病害程度分级。研究实现了从宏观省域到单一区段病害状态的分级评估，数据覆盖完整全面，病害风险分级精度高。后续可以通过定期定时的病害数字化普查，实现对病害情况的实时监测，进行及时的风险预警，为长城的合理保护和动态监测提供技术支撑。

展望未来，将在现有工作基础上，建立长城病害定期监测机制，实现从静态评估向动态预警的升级。同时，可将本研究方法体系拓展应用于其他类型文化遗产的风险评估，逐步构建覆盖全国重要文化遗产的风险预警地图，为全面提升我国文化遗产预防性保护能力提供技术支撑。

（作者单位：天津大学 建筑学院）