Пальмира была одним из важнейших культурных и торговых центров Древнего мира благодаря своему стратегическому положению и уникальному наследию. В 1980 году город включили в список Всемирного наследия ЮНЕСКО, однако в результате вооруженных конфликтов многие памятники, включая Триумфальную арку и храмы Баалшамина и Бела, были разрушены. Реконструкция Пальмиры имеет важное значение для сохранения культурного наследия и исторической памяти. Современные технологии, такие как лазерное сканирование, 3D-моделирование и 3D-печать, позволяют воссоздавать утраченные архитектурные объекты с высокой точностью. В исследовании рассматривается потенциальное использование этих методов для восстановления города Пальмира. Особое внимание уделяется восстановлению Триумфальной арки, которая является самой известной достопримечательностью Пальмиры, как примеру для разработки методов реставрации других памятников, разрушенных войной в древнем городе и в мире.
1. Введение
Пальмира, один из важнейших культурных и торговых центров древнего мира, была основана в третьем тысячелетии до н.э. Она расположена в Сирийской пустыне на территории современной мухафазы Хомс в Сирии, в 230 км к северо-востоку от столицы Дамаска. Пальмира возникла как транзитный или перевалочный пункт для караванов, пересекавших Сирийскую пустыню. Культура Пальмиры испытала влияние греко-римской традиции и произвела уникальное искусство и архитектуру, которые сочетали восточные и западные элементы с местными особенностями. Город с его коринфскими колоннадами, театром и великолепными храмами стал источником вдохновения для западной архитектуры. В 1980 году Пальмира была включена в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Однако в 2015 году памятники, включая храмы Баалшамина и Бела, Триумфальную арку и колоннаду, были разрушены боевиками ИГИЛ*, что нанесло серьезный ущерб мировому культурному наследию.
Восстановление Пальмиры имеет важное культурное, историческое и символическое значение. Город отражает взаимодействие восточных и западных традиций, и его реконструкция позволит сохранить это наследие для будущих поколений. Как объект Всемирного наследия ЮНЕСКО, Пальмира символизирует объединяющую силу культуры и играет ключевую роль в сохранении коллективной идентичности человечества. Кроме того, реконструкция Пальмиры может сыграть ключевую роль в процессе примирения и восстановления в постконфликтной Сирии, выполняя функцию инструмента культурной дипломатии. Это также открывает возможности для возрождения туризма, что может стать важным фактором экономического подъема региона.
Современные технологии играют ключевую роль в реконструкции памятников Пальмиры, позволяя точно воссоздать утраченные архитектурные объекты.
- Лазерное сканирование обеспечивает детализированные 3D-модели руин с высокой точностью, создавая цифровые архивы для дальнейшей реставрации.
- 3D-моделирование и BIM-технологии позволяют виртуально восстановить здания, анализировать их конструктивные особенности и минимизировать ошибки в реставрационных работах.
- 3D-печать дает возможность воспроизводить утраченные элементы архитектуры с использованием материалов, максимально приближенных к оригинальным.
В совокупности эти технологии предоставляют мощные инструменты для сохранения культурного наследия. Они позволяют не только восстановить Пальмиру, но и создать подробную документацию для ее защиты в будущем, а также сделать историю доступной для изучения и восхищения будущими поколениями.
Триумфальная арка в Пальмире (рис.1) выбрана как ключевой объект исследования, так как ее восстановление может стать примером для реконструкции других памятников города. Построенная во II веке при Септимии Севере, арка являлась важным элементом римской архитектуры, соединяя Большую колоннадную улицу с храмом Бэла. В 2015 году она была разрушена боевиками, что нанесло серьезный ущерб культурному наследию (рис.2). Триумфальная арка является одним из самых знаковых архитектурных памятников Пальмиры. Ее восстановление с использованием современных технологий позволит не только воссоздать архитектурную форму, но и сохранить ее историческое и символическое значение. Реализация данного проекта будет важным шагом в восстановлении Пальмиры и может стать образцом для сохранения утраченного наследия в других исторических городах мира.
Рисунок 1. Триумфальная арка в Пальмире до того, как Пальмира была разрушена ИГИЛ*
Рисунок 2. Триумфальная арка Пальмиры после взрыва террористами
2. Материалы и методы
2.1. Лазерное сканирование
В последние годы цифровая документация стала неотъемлемой частью большинства реставрационных проектов. Использование современных геодезических инструментов, дронов и лазерных сканеров значительно упростило и ускорило процессы фиксации археологических объектов. Одним из наиболее популярных цифровых методов стала фотограмметрия (SfM, Structure from Motion), которая стремительно завоевала признание благодаря простоте выполнения полевых съемок, относительной доступности программного обеспечения и интуитивно понятным инструментам для обработки и интерпретации данных. Гибкость фотограмметрии позволяет эффективно применять данный метод как для съемки крупных территорий, таких как античные города, так и для работы с мелкими объектами, например, архитектурными деталями или орнаментами. Это открывает широкие возможности для организации сложных логистических процессов обмена данными в рамках масштабных проектов.
В 2022 году археологи провели анализ арки, используя лазерное сканирование и фотограмметрию. Для аэрофотосъемки применялись дроны с высококачественными камерами, а наземная съемка проводилась с помощью профессионального фотооборудования. Геодезическая основа была создана с помощью спутниковой геодезии и тахометра, что позволило точно привязать данные к системе координат WGS 84 UTM 37 N. На основе собранных данных была построена 3D-модель развала арки, состоящая из более чем 32 млн полигонов, с использованием программы Agisoft Metashape для фотограмметрической реконструкции (рис.3).
Рисунок 3. Структура рабочего процесса по цифровому сопровождению посттравматического реагирования
Метод структурированной подсветки (SLS) позволил детализировать элементы арки, классифицируя камни по сложности формы и орнамента. Камни были классифицированы на три категории: крупные камни сложной формы с богатым декором, крупные камни простой формы без сложного орнамента и мелкие камни с декором. После завершения разборки завала и археологических раскопок, следующей задачей стало создание точной 3D-модели состояния арки и ее отдельных частей. Эта система подходов и технологий позволила создать точные, детализированные модели, которые будут использованы для дальнейшего анализа и восстановления архитектурных элементов арки, а также для мониторинга состояния объекта на различных этапах работ.
Преимущества лазерного сканирования:
- Высокая точность – детальные 3D-модели с точной геометрией и текстурой.
- Комплексный сбор данных – интеграция с фотограмметрией для более полного представления объекта.
- Гибкость применения – подходит для крупных памятников и мелких архитектурных деталей.
- Поддержка реставрации – служит ориентиром для восстановления разрушенных конструкций.
- Архивация данных – сохранение оригинальных моделей для дальнейшего изучения.
- Интеграция с BIM – упрощенные модели используются в современных реставрационных программах.
- Мониторинг повреждений – отслеживание изменений и раннее выявление разрушений.
- Экономия времени и ресурсов – ускоряет процесс документирования, особенно при использовании дронов.
Недостатки лазерного сканирования:
- Высокая стоимость – дорогостоящее оборудование и программное обеспечение.
- Сложная обработка данных – требует значительных вычислительных мощностей.
- Необходимость квалифицированных специалистов – сложные технологии требуют обученного персонала.
- Потеря деталей при оптимизации – упрощение моделей может снизить точность реконструкции.
- Зависимость от погодных условий – сканирование, особенно с дронами, требует благоприятной среды.
2.2. Технологии BIM
3D-графика стала важным инструментом в археологии и сохранении культурного наследия, позволяя виртуально «воссоздавать прошлое». Кроме того, технологии BIM обеспечивают поддержку VR-визуализации, что способствует более детальному изучению памятников. С 1990-х годов ученые активно применяют 3D-моделирование для реконструкции утраченных памятников.
Первым шагом в восстановлении архитектурных памятников является:
- Создание 3D-моделей, начинающееся с лазерного сканирования объектов.
- Фотограмметрические данные используются для формирования базовых моделей.
- Модели интегрируются в BIM-программы, такие как Autodesk Revit, позволяя анализировать конструктивные элементы, создавать чертежи, спецификации и рассчитывать объемы работ.
С 2015 года во всем мире было предпринято несколько шагов по сохранению и возрождению памяти об утраченном великолепии Пальмиры, реконструируя объекты города в 3D, стремясь тем самым виртуально воскресить их, чтобы в дальнейшем восстановить в Пальмире утраченные шедевры мировой архитектуры.
Группа археологических исследователей в 2022 использовала фотограмметрические данные для создания базовой трехмерной модели арки. На следующем этапе 3D-модели уцелевших пилонов, обнаруженных блоков и реконструированных элементов были интегрированы в программу информационного моделирования (BIM) Autodesk Revit (рис.4). Программа предоставляет возможности трехмерного моделирования элементов, плоского черчения, создания большой библиотеки семейств камней, дает возможность гибкого редактирования и изменения элементов информационной модели. На основании информационных вводных программа выводит необходимые ведомости и спецификации, калькулирует площади, объемы, габариты, количества и пр. Это обеспечивает качество при последующих восстановительных работах.
Рисунок 4. Анализ данных в программе по BIM-проектированию
В процессе воссоздания облика арки в графическом виде была проведена оценка состояния арки и ее утраченных элементов (рис.5). Взрыв разрушил центральные пилоны и арки, превратив их в груду камней. Сильно пострадали пилоны A, B, E, F, A/F. На их месте остались лишь их основания. Тогда как C, D и G сохранились частично (рис.6). Около 40% арки осталось нетронутым, 44% разрушено, но подлежит восстановлению, а 16% утрачено безвозвратно.
Рисунок 5. Параметрическая первичная модель арки в среде Autodesk Revit
Рисунок 6. Схема Триумфальной арки Пальмиры с указанием зон разрушений
Преимущества BIM-технологий:
- Точная документация и анализ – создание детализированной 3D-модели позволило проводить точные измерения и оценку состояния объекта.
- Эффективное планирование – параметрическая модель в Autodesk Revit упростила организацию работ и процесс документирования.
- Интеграция данных – объединение фотограмметрии, структурированного светового сканирования (SLS) и других данных в единую цифровую среду повысило точность реставрации.
- Гибкость моделирования – итеративное обновление моделей по мере поступления новых данных обеспечило актуальность на каждом этапе реконструкции.
- Сохранение данных – исходные и оптимизированные модели были заархивированы для будущего использования.
- Визуализация и анализ – 3D-модели помогли в изучении поверхностей, выявлении трещин и орнаментов, что важно для планирования реставрации.
- Совместная работа – параметрическая BIM-модель обеспечила доступ к актуальной информации для всех участников проекта.
Недостатки BIM-технологий:
- Необходимость хранения больших объемов данных: для каждой модели требовалось хранение двух вариантов – исходного полноразмерного и упрощенного, что приводит к значительному увеличению объемов архива данных и усложняет их организацию.
- Высокая зависимость от программного обеспечения: обработка данных в Agisoft Metashape и Autodesk Revit требует значительных ресурсов, навыков и времени, что может стать проблемой для малобюджетных проектов.
- Длительность документации – многократные итерации съемки и моделирования удлиняют процесс, требуя больших временных и материальных затрат.
2.3. 3D-печать
3D-печать открывает новые возможности для восстановления утраченных объектов культурного наследия. Технология позволяет воссоздавать поврежденные части памятников и артефактов, обеспечивая их сохранность и доступность для будущих поколений.
Примером успешного применения является реконструкция Триумфальной арки Пальмиры, выполненная Институтом цифровой археологии (IDA) (рис.7). 3D-печатная копия арки была установлена в Лондоне, а затем представлена в Нью-Йорке и Дубае, демонстрируя возможности современных технологий в сохранении исторического наследия.
Рисунок 7. 3D-печатная копия Пальмирской арки, разрушенной ИГИЛ*
Предлагаемые шаги по восстановлению арки Победы с использованием 3D-печати:
1. Цифровая документация
Для создания точной цифровой модели арки проводится высокоточное 3D-сканирование, включающее лазерное сканирование и фотограмметрию. Этот процесс фиксирует не только общую геометрию объекта, но и мельчайшие детали, такие как резьба, орнаменты и текстура поверхности. В результате создается детализированная цифровая модель, которая служит основой для дальнейшего восстановления.
2. Выбор материала
Оригинальная арка была построена из мраморного известняка, добытого в местных карьерах. Однако его использование в 3D-печати затруднительно из-за высокой твердости, поэтому необходимо выбирать альтернативные материалы, максимально точно имитирующие его внешний вид и свойства. В качестве таковых рассматриваются камнеобразные филаменты или композитные материалы, имитирующие эстетические и тактильные качества мраморного известняка. Например, порошковые 3D-принтеры позволяют создавать изделия с эффектом мрамора, что обеспечивает аутентичный внешний вид и тактильные свойства, приближенные к оригиналу.
Предлагаемые к использованию материалы включают:
- Polymaker Panchroma Marble PLA Filament – биопластиковый филамент, обладающий удобством использования, надежностью и скоростью печати. Доступен в диаметре 1,75 мм и катушках по 1 кг.
- Polymaker PolyTerra PLA Marble Limestone – экологичный филамент, сочетающий органические материалы с PLA, представленный в цветах, таких как белый, сланцевый серый, кирпичный, песчаник и известняк.
- CONCR3DE Marble – устойчивый материал, изготовленный из переработанного мраморного порошка, подходящий для 3D-печати.
3. 3D-печать
Для создания заменяющих элементов на основе цифровой модели используется 3D-принтер, совместимый с выбранным материалом. Порошковые 3D-принтеры, такие как SLS (селективное лазерное спекание) (рис.8). Принтер строит объект слой за слоем, следуя спецификациям, полученным из 3D-скана. Особое внимание уделяется репликации тонких деталей, таких как резьба, надписи и орнаментальные рельефы, для чего необходимы 3D-принтеры с высоким разрешением. В результате получается 3D-напечатанный элемент, точно воспроизводящий утраченные или поврежденные части арки.
Рисунок 8. Селективное лазерное спекание (SLS)
4. Послеобработка
После печати выполнены отделочные работы, включающие шлифовку, полировку и нанесение патинирования для достижения реалистичного вида, соответствующего состаренному оригинальному известняку. Кроме того, необходимо использовать специальные покрытия и пигменты, имитирующие естественное старение камня, создавая плавный переход между исходными и новыми частями арки.
5. Интеграция
Интеграция 3D-напечатанных элементов в существующую арку осуществляется с минимальными инвазивными методами, чтобы избежать повреждения оригинального материала. В зависимости от степени деградации арки применяются различные методы крепления, такие как специализированные клеи или механическое укрепление, включая кронштейны или штифты, обеспечивающие надежную фиксацию без повреждения исторического материала.
Используя данный метод, реставрация арки Победы в Пальмире может объединить традиционное каменное мастерство с современными технологиями 3D-печати.
Преимущества 3D-печати:
- Точная репликация: 3D-печать позволяет создавать высокоточные копии поврежденных частей памятников, восстанавливая оригинальный внешний вид и детали, включая орнаменты и текстуры.
- Использование современных материалов: можно применять материалы, имитирующие оригинальные камень или мрамор, при этом они могут быть более долговечными и устойчивыми к воздействиям.
- Экономия времени и ресурсов: восстановление с использованием 3D-печати сокращает время и затраты, что делает процесс более экономически эффективным.
- Международное сотрудничество и обмен: 3D-печать способствует обмену данными между странами и организациями для улучшения методов сохранения наследия.
Недостатки 3D-печати:
- Различия в материалах: современные материалы могут не обладать такой же долговечностью или визуально-тактильными характеристиками, как оригинальные..
- Сложности интеграции: проблемы могут возникать при совмещении напечатанных элементов с оригинальными частями памятника.
- Этические вопросы: использование современных технологий может вызвать споры о сохранении исторической подлинности и ценности памятника.
3. Выводы
Современные технологии играют важную роль в сохранении и восстановлении объектов культурного наследия. Их использование позволяет не только точно документировать архитектурные памятники, но и эффективно восстанавливать утраченные элементы, сочетая традиционные подходы с инновационными решениями.
1. Лазерное сканирование
Лазерное сканирование стало основным инструментом для точного фиксирования архитектурных объектов. Сочетание фотограмметрии с дронами и наземной съемкой позволило создать высокополигональные 3D-модели арки. Эти модели интегрируются в программы информационного моделирования (BIM), сохраняя геометрические и структурные особенности.
2. BIM-технологии
BIM-технологии позволили интегрировать 3D-модели в систему проектирования Autodesk Revit, упрощая процесс реставрации. Это позволило разрабатывать чертежи, спецификации и расчеты, оценивать степень повреждений и определять объемы сохранившихся элементов, а также использовать VR-технологии для визуализации восстановления.
3. 3D-печать
Предложенный метод восстановления арки с помощью 3D-печати включает изготовление физических копий поврежденных частей арки из материалов, имитирующих мраморный известняк. Также использование селективного лазерного спекания позволяет точно воспроизводить детали, а последующая обработка гарантирует их соответствие оригиналу.
В результате, использование лазерного сканирования, BIM-технологий и 3D-печати позволило соединить традиционное мастерство с инновациями для сохранения культурного наследия.
4. Заключение
Восстановление Триумфальной арки в Пальмире с применением современных технологий, таких как лазерное сканирование, BIM и 3D-печать, представляет собой уникальное сочетание традиционного ремесленного мастерства и инновационных цифровых методов. Использование фотограмметрии и лазерного сканирования позволило создать точные 3D-модели, которые обеспечивают подробную документацию как сохранившихся, так и утраченных частей арки. Интеграция этих данных в систему BIM предоставляет возможности для проведения структурного анализа, разработки чертежей и планирования реставрационных работ. Применение 3D-печати для восстановления утраченных элементов на основе цифровых моделей позволяет достичь высокой точности воссоздания орнаментов и форм, сохраняя историческую и эстетическую ценность памятника. Современные технологии не только способствуют сохранению культурного наследия, но и закладывают основу для его дальнейшего мониторинга и исследования, что позволяет сохранить наследие для будущих поколений.
3D-наследие: сохраняя культуру
Ссылки на источники, используемые в статье, были удалены. Библиография доступна в оригинальной публикации.
Автор статьи: Иззави Сара (Казанский федеральный университет, Казань, Россия).
Опубликовано в научном интернет-журнале «Техника и технология транспорта» 1(36) 2025.
*Организация, деятельность которой запрещена на территории Российской Федерации