张筱逸

摘要：在中国式现代化背景下，海洋文化遗产保护对文明赓续与可持续发展具有战略意义。现以福建漳州镇海卫明代海防城墙为例，针对其面临的结构风险与文化转化瓶颈，集成无人机倾斜摄影、机器学习裂缝预测与声发射传感等技术，构建BIM动态数据库；研发贝壳骨料生物砂浆，实现裂缝自修复率超90%；并设计红树林生态研学课程，建立校地协同治理与市场化绩效机制。实践表明，该方法使城墙维护成本下降37%，文旅收入提升2.1倍，形成“技术韧性―文化叙事―制度协同”的滨海遗产保护中国范式。

研究背景与意义

乡村振兴战略下海洋文化遗产保护新需求

1.文化振兴驱动滨海社区认同重塑

在乡村振兴背景下，滨海社区的海洋文化遗产作为历史见证与情感纽带，面临全球化带来的文化同质化与渔业衰退引发青年外流的双重冲击，地方性文化记忆面临断层风险。年轻一代对明代抗倭传统、开漳圣王祭祀等仪式的认知衰减持续弱化文化认同；福建漳州镇海卫明代海防城墙（以下简称“镇海卫古城墙”）以花岗岩体承载抗倭历史与海洋信仰，成为重塑社区文化认同的实体载体：其物理空间强化“海防卫城”身份，使历史叙事可触可感；复苏的“海神祭”仪式凝聚集体情感；活态传承的石作工艺重燃工匠文化自豪。这一闽南石构遗产实践，将历史工程转化为情感枢纽，有效缝合代际断层，成为抵御文化同质化的重要力量。

2.生态宜居需求对遗产保护技术的挑战

乡村振兴战略将生态宜居作为核心目标，镇海卫古城墙因滨海环境而面临特殊挑战：高盐海风、台风及温湿剧变等问题持续加重镇海卫古城墙等石构遗产的物理损伤。而传统以三合土与石灰砂浆为主的修复材料暴露出耐候性缺陷，如表层剥落与盐结晶病害加速蔓延，甚至诱发结构性裂缝扩张。同时，生态保护要求超越单一工程思维，现行技术面临两难：化学加固可能污染近海土壤与水体，机械加固易破坏红树林湿地微生态。这一“保护性破坏”悖论，深刻揭示了文化遗产真实性与海岸带生态敏感性之间的内在矛盾。

3.产业振兴亟须文化遗产赋能

乡村振兴的产业振兴维度正面临双重挑战，即粗放型渔业持续衰退与旅游开发同质化困局。在此背景下，亟须通过深入挖掘文化遗产为产业发展注入转型动能。镇海卫古城墙作为明代海防工程的实体遗存，其蕴含的古代建筑智慧与现代海洋工程叙事构成了独特的产业基因库，具体体现为：城墙敌台的战略视野可转化为观海体验空间，传统石作工艺能衍生出建筑文创产品，同时，抗倭历史更可赋能海鲜餐饮的故事化升级。由此使“海防卫城”从静态遗址跃升为产业融合枢纽，最终化解滨海社区长期存在的“有产业无灵魂、有产品无溢价”深层矛盾。

镇海卫古城墙的典型价值

1.明代古建工程智慧的物质载体

镇海卫古城墙作为明代海防工程的实体结晶，其物质形态系统蕴含着历史建筑智慧。具体而言，墙体采用因地制宜的花岗岩错缝垒砌工艺，凭借石材自重与榫卯咬合实现结构自稳；同时，敌台布局精准呼应海岸线曲率，形成全方位火力控制，其中瓮城双重防御机制尤为典型：既利用涡旋空间消耗敌军冲锋动能，又通过高位箭孔实施立体打击。这些技术特征不仅实证了16世纪海防建筑的科技高度，更因其依山控海的地理选址与现代海洋生态保护区高度重合，促使历史工程智慧与当代可持续发展理念展开跨越时空的“对话”。

2.石构建筑病害典型性

镇海卫古城墙的石构病害集中呈现了滨海环境侵蚀的典型病理图谱，具体表现为高盐度海风诱发盐结晶病害，导致表层片状剥落；同时，季节性温湿波动引发冻融循环，加速结构微裂隙扩张。此外，生物附着与根系入侵更造成石材生物机械性损伤。这些复合型病变不仅实证了海岸带气候变化对露天遗产的叠加破坏效应，尤其关键的是其病害发育程度与空间分布模式，为诊断同类海防石构遗产的脆弱性提供了活态样本库。

海陆文化交汇节点的象征意义

镇海卫古城墙作为山海之间的物理界碑，其空间存在深刻隐喻着陆地文明与海洋文明的对话交融。它既是农耕族群抵御倭患的堡垒，又是渔民社群祭祀海神的信仰中心，更成为容纳开漳圣王祭典的海洋叙事。尤为重要的是，城墙石材采自陆域山体而筑向滔滔海疆，这种物质流动将山岳的沉毅与海洋的奔涌凝铸为具象符号，最终使工程遗产升华为滨海社区“山魂海魄”精神认同的活态枢纽。

土木工程技术赋能文化遗产保护

智能监测：结构安全的“数字哨兵”

1.无人机倾斜摄影建立BIM模型

针对滨海露天石构遗产人工监测效率低、三维数据更新滞后的共性问题，无人机倾斜摄影技术可构建动态数字化监护体系。通过多旋翼无人机搭载五镜头相机实施≥85%航向与旁向重叠率的高分辨率影像采集，结合摄影测量原理生成厘米级精度实景三维模型（误差≤1.5cm），实现遗产本体全息化建档。该模型经Revit平台集成处理，可分层标注结构脆弱区并关联历史修缮数据，形成时空多维BIM数据库。周期性复飞数据通过CloudCompare软件进行点云配准分析（位移检测灵敏度达2mm），自动识别年位移量＞3mm的高风险区域。此技术路径特别适配乡村场景――本地人员经基础培训可完成野外数据采集，原始影像通过云端协作由专业技术团队处理，显著降低高精度监测的落地门槛（运维成本降幅达60%），为海岸带遗产的结构形变提供常态化靶向监测方案。

2.机器学习裂缝预测系统

隐匿性裂隙的深度诊断需融合多源传感数据与智能算法。在遗产本体关键区布设工业相机阵列与声发射传感器网络，基于YOLOv5计算机视觉算法实时捕捉表面裂缝几何特征（召回率＞92%），同步记录环境温湿度及荷载参数；声发射传感器则捕获20―100kHz频段的材料微破裂信号。通过随机森林回归模型建立裂缝表面参数（长度L、宽度W）、声发射能量AE与环境因子（相对湿度RH、温度T）的映射关系，实现裂缝深度预测（误差控制＜10%）。当预测值突破预设阈值时，系统自动触发BIM平台分级预警。回溯验证表明，该方法可提前28天识别深度＞4cm的贯穿性裂隙。游客端通过扫码获取结构健康可视化报告，将海防工程智慧转化为可感知的科技叙事。

生态修复材料：土木科技的绿色创新

1.贝壳骨料生物砂浆配制

滨海石构遗产修复需兼顾耐候性与生态安全性，贝壳骨料生物砂浆技术为此提供了创新路径。该材料体系以废弃牡蛎壳经650℃控温煅烧生成的活性氧化钙替代30%―50%水泥基胶凝材料，同步掺入海洋源硅藻土微粉（粒径≤20μm）填充毛细孔隙。其关键创新在于，引入巴氏芽孢八叠球菌微生物孢子悬液，其分泌的脲酶催化尿素水解生成碳酸根离子，与钙离子结合形成原位沉积的碳酸钙晶体。此双重反应机制使砂浆在盐雾环境中呈现自修复特性――当裂缝宽度≤0.3mm时，微生物诱导矿化可在14天内实现90%以上的自主填充，显著提升修复层抗渗寿命。

该材料的生态适配性深刻回应了海岸带保护矛盾。生物矿化过程仅依赖尿素―钙源反应，避免传统化学固结剂对红树林湿地土壤pH值的扰动；同时，贝壳骨料的级配设计使砂浆导热系数降至0.8W/（m・K），有效缓冲日照温差引发的热应力，较传统石灰砂浆降低冻融损伤率37%。经潮间带加速老化试验验证，其28天抗压强度达42.5MPa且氯离子扩散系数＜2.0×10-12m2/s，成功化解前文所述“化学加固污染近海生态”与“修复―劣化循环”的双重困境。

2.传统石作工艺科学化改良

针对传统石作技艺断层问题，需通过数字化逆向工程与力学仿真实现工艺参数定量化传承。采用三维激光扫描获取镇海卫古城墙原砌体点云模型，基于FEM有限元分析解构“三重错缝咬合”工艺的力学机制：花岗岩砌块以75°±5°倾角交错垒砌时，重力荷载沿榫卯接触面形成45°压力扩散角，使墙体抗侧移刚度提升至直立砌筑的2.3倍。据此建立“砌筑倾角―结构稳定性”映射数据库，并开发AR辅助施工系统――通过Hololens眼镜实时接收砌块定位指引，同步投影重力分布云图，将经验性口诀转化为可视化操作规范。

工艺改良需融合现代材料科学以提升耐久性。在传统牡蛎灰浆中掺入0.2%玄武岩纤维，通过纤维桥接效应抑制收缩微裂，使180天干缩率从0.15%降至0.06%；同时，采用纳米二氧化硅改性灰浆碳化进程，使其在CO2浓度为5%的环境中碳化深度减少58%。为保障修复兼容性，开发低强度等级（M2―M5）专用砂浆，其弹性模量（1.2 GPa―2.0 GPa）与原砌体（1.5 GPa―2.5 GPa）匹配度达90%，有效避免了刚性冲突引发的界面剥离。

海洋资源文化开发路径与长效机制

“生态―文化”协同研学开发

1.红树林湿地生态监测课程

海岸带生态保护与遗产防灾的协同性可通过沉浸式研学实现价值转化。在镇海卫古城墙与红树林缓冲带交界区设立潮间带观测站，配备孔隙水压力传感器、浊度仪及无人机航测套件，引导学员监测台风季红树林消浪效能；同步开展湿地底栖生物多样性调查，解析牡蛎礁群落对海堤地基的生物加固机制（单平方米生物沉积量达4.8kg）。该课程整合了林业部门的红树林修复数据与文物局的城墙应力监测数据，生成海岸带生态屏障效能动态图谱。

课程设计需强化产业联动赋能。学员采集的湿地硅藻样本经显微成像后，转化为“海防卫城”系列文创瓷砖纹样；同时，基于消浪效能数据开发城墙防护林优化模拟软件，支持游客调整树种组合，实时预测台风损毁率降幅。此类实践使红树林修复从专业领域走向公众参与，既为渔民转产文旅服务提供技能接口（如生态导览员培训），更通过可视化数据实证，破解“陆海管理割裂”困局。

2.城墙抗震结构与海洋灾害防护科普

海防工程智慧的科学传播需植根于结构机理的可视化解构。依据结构损伤识别理论，利用BIM预警模型位移场数据驱动振动台缩尺实验，量化三重错缝砌体在水平加速度下的滞回曲线与残余位移角，实证明代石作工艺的自复位机制；同步基于裂缝预测系统时序数据构建盐结晶侵蚀的AR概率模型，可视化冻融循环与游客荷载的损伤叠加效应。该方法将工程遗产的科技内涵转化为可验证的认知模块，重塑“海防智慧”的科技可信度。

科普效能提升依赖情境化教育链设计。采用比较分析法解构传统牡蛎壳灰浆与现代纳米涂层的技术代际差异，引导参与者撰写工艺转译方案；结合西门敌台坍塌事故的监测回溯数据，开发遗产防灾应急预案沙盘推演系统，内嵌承载力阈值预警算法。此类实践使历史工程智慧融入地方韧性教育体系，培养兼具文化传承与工程思维的遗产守护主体。

校地协同可持续发展

1.海洋遗产保护工作站建设

实现文化遗产的可持续治理，关键在于构建多中心协同的制度体系。基于公共资源治理理论，工作站需整合地方政府、学术机构与在地社群的三维权责：政府提供制度合法性与监管保障，高校贡献知识生产与技术转化能力，社区注入传统地方性知识（TEK）。通过产权界定明确剩余控制权分配：学术团队持有技术创新知识产权，社群保留传统工艺衍生收益权，政府行使最终安全监管权，从而奠定知识要素市场化流通的法治基础。其理论价值在于，重构“保护―发展”二元对立范式，将遗产视为可增值的公共资本。运行机制设计需遵循制度经济学的交易成本最小化原则。首先，建立匠艺知识编码体系，将传统工艺经动作捕捉与力学仿真转化为数字模块，并通过特许经营实现价值捕获；其次，构建能力认证金字塔，基层培训居民掌握日常监测技能，专业层级培养兼具工程素养与文化认知的复合型修复师；最后，引入“修复绩效证券化”机制，发行基于遗产健康指数的绿色债券，使投资者收益与病害降低率挂钩，推动保护行为由道德驱动转向市场激励驱动。该模式为遗产保护的制度创新与可持续发展提供可推广的路径。

2.城墙监测数据接入智慧乡镇平台

数字时代，文化遗产治理的本质是数据要素的产权配置与价值重构。依据数据资产化理论，需建立三级权利约束体系：原始监测数据所有权归属遗产管理主体，衍生数据产品开发权授予平台运营方，数据服务使用权则向市场主体开放。关键创新在于，采用数据信托框架，由独立第三方受托人制定分级授权协议：公共安全类数据强制实时公开，文化体验类数据按需订阅付费，经济收益按预设比例反哺保护基金。该设计在保障伦理安全的前提下激活了数据要素市场。

平台效能取决于治理算法的情境适应性。决策支持层需融合遗产脆弱性模型与区域风险图谱，当台风路径概率＞40%时自动触发墙体应力监测强化模式；产业服务层开发应用程序接口（API），支持餐饮业态调用历史事件关联的结构状态数据增强消费叙事；公众参与层则通过轻量化交互设计，引导市民形成“监测即保护”的行为自觉。这种架构将工程技术数据转化为文化治理媒介，实现技术理性与人文价值的辩证统一。

本研究揭示土木工程技术可通过结构性赋权与文化性转译的双重路径，重塑海洋文化遗产的可持续生命体系。在保护层面，以无人机倾斜摄影构建的BIM动态数据库与机器学习裂缝预测模型形成“数字肌体”，使盐结晶侵蚀等隐性风险可量化预警，而贝壳骨料生物砂浆的微生物自修复机制与AR辅助施工系统，则从材料与工艺维度弥合了生态兼容性与原真性守护的深层矛盾；在资源开发层面，红树林消浪效能监测课程将生态屏障功能转化为沉浸式教育媒介，数据信托框架下的修复绩效证券化机制更催生了“保护性资本”的内生循环。未来，研究需向三重维度深化――海岸带侵蚀模拟需耦合地质动力学模型，以预判海平面上升的长期威胁，数字孪生技术亟待突破BIM与海洋环境数据的时空耦合瓶颈，而VR场景引擎则将为古建智慧提供转译接口，最终构建以技术韧性为基、以文化叙事为脉、以制度创新为络的遗产可持续范式，为全球滨海文明存续提供中国方案。

福建理工大学福建海洋文化科普教育创新模式与数字化平台建设项目“福建海洋文化科普教育创新模式与数字化平台建设”（GY-S24147）；福建省本科高等教育教学研究项目“需求导向、数智融合、实践引领――新质工程人才需求视角下土建类创新人才培养模式探索与实践”（FBJY20240053）。

（作者单位：福建理工大学海洋文化与科技融合发展研究中心）