Современные технологии в процессах сохранения объектов культурного наследия

ВВЕДЕНИЕ

Памятники архитектуры и градостроительства – наиболее часто встречающиеся сегодня объекты культурного наследия. Их сохранение является одной из актуальных задач устойчивого развития регионов, играя важную роль в общественной и социальной жизни. Несмотря на то, что в мире накоплен большой опыт и теоретическая база по вопросам учета, консервации, реставрации и реконструкции исторических зданий и ансамблей, задача сохранения культурного наследия в крупных городах по-прежнему остается актуальной.

Во многом острота проблем в области сохранения объектов культурного наследия (ОКН) определяется (1) противоречиями между необходимостью развития городской инфраструктуры и обязанностью сохранения объектов культурного наследия, которые постоянно нуждаются в восстановлении и/или реставрации, (2) возможностью полной адаптации к происходящим изменениям климата, городской инфраструктуры, социальной структуре общества, (3) объемами финансирования; (4) эффективностью управления процессами сохранения культурного наследия; (5) степенью вовлеченности общественных организаций и гражданского общества в целом в процесс сохранения ОКН. Все эти факторы влияют на сохранность ОКН, уровень культурного развития населения и формирование ответственного отношения к историко-культурному достоянию народов.

Новые возможности по сохранению и использованию ОКН, а также управлению этими процессами открываются благодаря развитию цифровых технологий. Однако в научной литературе выделяют ряд проблем, связанных с применением цифровых технологий в данной сфере. К ним относят дефицит специально обученного технологиям оцифровки персонала, потребность в более совершенных технологиях и дорогостоящих технических средствах, необходимость устойчивого финансирования процессов цифровизации, неготовность учреждений и лиц, задействованных в сохранении ОКН, к применению достаточно сложных технологий [1,2].

Целью данного исследования является анализ новых форм и практик сохранения архитектуры и градостроения в условиях цифровизации. Объектом исследования являются процессы сохранения культурного наследия, предметом исследования ‒ формы и практики сохранения объектов культурного наследия с использованием современных цифровых технологий.

Методологической и теоретической основой исследования являются контент-анализ российской и зарубежной научной литературы, монографий, нормативно-правовой базы, экспертных заключений в области применения современных цифровых технологий в управлении ОКН и их сохранении, анализ актуальных практик, подтверждающих новые возможности и эффективность информационных систем в решении задач сохранения, консервации, популяризации и практического использования ОКН. Практические кейсы, используемые в исследовании, предназначены для демонстрации новых форм и практик применения цифровых технологий для сохранения ОКН.

Новизна исследования заключается в расширении понимания роли и места цифрового культурного наследия культуры, а также в рассмотрении актуальной концепции развития цифровой инфраструктуры в сфере сохранения культурного наследия.

НАПРАВЛЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ЦИФРОВИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ

С точки зрения применения цифровых технологий процессы в области музеефикации направленны на (1) сохранение и экспонирование памятников культурного наследия; (2) изучение истории и культуры на основе модернизации и цифровой обработки музейных экспонатов [3]; (3) внедрение практики создания и реализации интерактивных проектов, имеющих важное социальное и образовательное значение [4,5,6]; (3) популяризацию объектов культурного наследия [7]. При сохранении памятников архитектуры и градостроения реализуются все названные направления музеефикации. Так, в многих исторических городах России (Москва, Тула, Новгород, Псков, Ярославль, Казань и др.) в центре городов сохранены кремлевские постройки и древние крепости, в которых располагаются музеи (например, музей «Тульский Кремль» в Туле, «Оружейная палата», «Успенский собор» и др. в Москве). В исторических зданиях располагаются музеи. Например, в Москве в зданиях, являющихся ОКН, расположены Политехнический музей, Третьяковская галерея, Исторический музей. Для популяризации наследия создаются виртуальные музеи, выставки, проводятся онлайн лекции, разрабатываются 3D-туры.

Уникальность использования информационных технологий как средств и методов музеефикации заключается в их междисциплинарном характере [8], что позволяет расширить не только сам перечень объектов музеефикации, но и объединить разнородную информацию об объекте в постоянно действующую динамическую структуру. Многие авторы выделяют важность музеев в организации и расширении доступа к электронным версиям экспозиций. Значительна роль библиотек и научных издательств, которые открыли для пользователей всемирной сети оцифрованную часть своих книжных и журнальных коллекций, а также архивов, создав условия для дистанционного ознакомления исследователей и широкой публики с оцифрованными историческими документами. При этом необходимо сохранение цифрового наследия и разработка научно-обоснованных мер его по защите [9]. Это новый вызов системе сохранения культурного наследия, который требует решения юридических, технических и организационных задач.

Вопросы долгосрочного хранения оцифрованных объектов материального культурного наследия с учетом смены технологических решений, устаревания форматов данных, создание условий повторного использования цифровых моделей и широкомасштабный доступ к ним находятся в стадии проработки. В научных публикациях [10,11,2,13] представлены анализ подходов и форматов сохранения цифрового культурного наследия, рассмотрены вопросы формирования идеологии институтов памяти нового формата. Авторы излагают концептуальные основы цифрового наследия, рассматривая его как сложную социотехническую систему, подверженную рискам, связанным с применением информационных систем. Поврозник Н.ГОтмечается необходимость формирования связей между цифровыми ресурсами в области сохранения ОКН, разработки алгоритмов поиска по ресурсам и коллекциям, создание методики и внедрения инструкций по цифровизации, каталогизации и сохранению цифровых копий для более эффективного использования ресурсов, что создаст условия для применения цифрового культурного наследия в разнообразных сферах [13]. На данный момент даже частичная интероперабельность на международном и национальном уровнях между ресурсами не может быть достигнута ввиду технологических, технических, а частично политических и культурных, обстоятельств.

Исследования культурного кластера, который формируется и развивается различными стейкхолдерами [9], позволило выявить такие проблемы как полиакторность креативных и информационных инициатив и культурных процессов и несовместимость в ближайшем будущем цифровых материалов с постоянно развивающимися технологиями. В научной литературе рассматриваются также правовые и кадровые проблемы сохранения цифрового наследия [6,10].

Существенным препятствием в развитии сегмента цифрового культурного наследия является различие подходов заинтересованных сторон к данному процессу (так называемый узковедомственный подход), при котором историки, архивисты, сотрудники библиотек и музеев, реставраторы ОКН и другие стейкхолдеры, формулируют принципиально различные требования к системе сохранения культурного наследия [11]. Эти проблемы во многом становятся препятствием для реализации государственной культурной политики по созданию единого информационного пространства и использованию цифровых коммуникационных технологий для обеспечения доступа граждан к культурным ценностям независимо от места проживания и профессиональных интересов специалистов и должны быть учтены в государственной системе охраны ОКН ‒ предметов музейного, архивного и национального библиотечного фондов, памятников культуры и архитектуры.

Снижение факторов риска утраты цифрового наследия, связанных c активным развитием технологий основывается, по мнению многих исследователей, на применении интегрированной информационной системы управления ОКН. Такая система предусматривает формирование инфраструктуры для создания цифрового контента (собор, преобразование, анализ, интеграция, регистрация, каталогизация), а также создание дубликатов, проверку форматов, миграцию данных при смене поколений ИТ-технологий [14,15].

В научной литературе обсуждаются вопросы управления взаимодействием заинтересованных в сохранении культурного наследия стейкхолдеров. Большинство стран применяет многоуровневую систему управления ОКН [16], которая предполагает иерархическое руководство от функциональных секторов высшей власти к соответствующим секторам местного самоуправления, что требует горизонтальной и территориальной координации на местном уровне. Такой подход возлагает ответственность за сохранение ОКН на органы местной власти при общем концептуальном управлении на верхнем иерархическом уровне. Руководствуясь международным правом, национальными нормативно-правовыми актами, а также системой разграничения прав и обязанностей в многоуровневой системе управления, в целом взаимодействие между заинтересованными в сохранении ОКН сторонами оказывается крайне неэффективным.

Цифровые технологии, используемые для сохранения ОКН по всем выявленным направлениям (рис. 1), многообразны и имеют различный опыт их применения, однако значительная часть проблем, связанных с цифровизацией и созданием цифрового культурного наследия, характерны для всех направлений и категорий объектов культурного наследия.

Рисунок 1. Применение цифровых технологий в сохранении ОКН

Источник: составлено авторами

ТЕХНОЛОГИИ СОХРАНЕНИЯ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ

1. Возможность проведения различного рода манипуляций с изображением с целью улучшения качества фотографии [17]. При применении цветовой коррекции, ретуши, фотомонтажа и других приемов утрачивается первоначальный вид объекта, что может стать препятствием для дальнейшего изучения ОКН.

2. Недостаточность атрибутов фотодокументов, таких как место и время съемки, автор, описание ситуации, в которой проводилась съемка, источник поступления фотографии в архив также ограничивают использование фотографий для научных исследований и дают лишь общее представление об ОКН.

3. Низкая изученность фотоматериалов, хранящихся в личных и государственных архивах, во многом ограничивает возможности применения их в таких дисциплинах как история, культурология, архитектура, что снижает ценность фотографии как метода сохранения культурного наследия.

Логичным продолжением фотографии является кино- и видео съемка. С точки зрения процессов сохранения культурного наследия интерес представляют документальные съемки, которые хранятся в архивах в необработанном виде. Однако и в этом случае для интерпретации представленного материала необходимы описание условий съемок (даты, события, места и т.п.), а также комплексный анализ материала для оценки степени его достоверности.

Наиболее современным методом сохранения ОКН является BIM-технологии (Building Information Modeling – информационное моделирование зданий) ‒ это технология проектирования интеллектуальных 3D-моделей, позволяющих создать полный виртуальный аналог ОКН и работать всем участниками проекта, где бы они ни находились, в одном информационном пространстве. Термин BIM-технологии появился в качестве обобщающего термина таких технологий как цифровое трехмерное моделирование и автоматизированное проектирование (САПР) для описания информационных системы, применяемых при строительстве. Для объектов культурного наследия была предложена концепция HBIM (Historical Building Information Modeling) [18,19], которая предполагает использование BIM-моделирования при сохранении и реконструкции исторических зданий как объектов, подверженных существенным воздействиям внешней среды.

НBIM-технологии являются предметом активного изучения и обсуждения во всем академическом сообществе. В одной из первых фундаментальных работ по применению BIM-моделирования [18] авторы описывают процессы информационного моделирования объектов культурного наследия, тестирование и изучение результатов, а также ресурсы, необходимые для реализации. В более поздних работах акцент делается на технологии разработки моделей ОКН и специфике применения для исторических зданий [19, 20].

Достоинством НBIM-технологии является возможность добавления измерений для получения 4D-, 5D-моделей и более (цена, исполнитель, время и т.д.), что позволяет в режиме мониторинга отслеживать состояние объектов культурного наследия и выполнять профилактические работы для их сохранности. Информационное моделирование позволяет в короткие сроки получить точные данные и сформировать документацию, которая становится неотъемлемой частью объектов культурного наследия. Однако сами технологии и сформированные в итоге HBIM-модели остаются по-прежнему малодоступными для стейкхолдеров из-за отсутствия единого хранилища цифрового наследия, высокой стоимости оборудования, дефицита кадров, обладающих необходимыми компетенциями для использования современных технологий в сфере сохранения культурного наследия, а также ввиду отсутствия единых международных требований и стандартов к методам информационного моделирования ОКН [21].

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СОХРАНЕНИИ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ

Большое внимание использованию цифровых технологий для управления культурным наследием уделяют страны EC. Рамочные программы Европейской комиссии [23] реализуются по различным направлениям. В области охраны культурного наследия решаются вопросы (1) координации работ на европейском уровне; (2) формирования политики и программы оцифровки и распространения положительного опыта; (3) организации сотрудничества в проектах по обеспечению доступа к оцифрованному культурному наследию Европы; (4) разработки общеевропейских стандартов и критериев оценки качества Web-сайтов, предоставляющих доступ к цифровым ресурсам; (5) развития национальных программ обучения и получения навыков работы с постоянно усложняющимися технологиями.

Для обеспечения совместной работы и участия различных организаций в процессе сохранения ОКН, создания общего доступа к цифровому наследию в Европе рассматривается вопрос формировании облачного пространства. Данная задача является достаточно сложной и ресурсоемкой, поскольку цифровые ОКН отличает:

1. Наличие множества типов данных и огромные объемы информации, требуемые для полного отражения всех характеристик и свойств материальных объектов;

2. Необходимость удовлетворения потребностей специалистов в области охраны культурного наследия (музееведов, реставраторов, архивистов, археологов, историков, сотрудников образовательных учреждений, исследователей и др.);

3. Возможность доступа к приложениям и инструментам для потенциальных пользователей с различным уровнем владения информационно-коммуникационными технологиями и их клиентская поддержка, а также наличие мультиязычного интерфейса для всех категорий пользователей, реализуемого на базе алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ);

4. Необходимость гарантированного сохранения прав собственности.

Несмотря на технические и организационные сложности решения поставленной задачи, работа в этом направлении продолжается. Бюджет Европейского совместного облака для культурного наследия по программе финансирования исследований и инноваций ЕС предполагает инвестиции в размере 110 миллионов евро до 2025 года, однако Европейский исследовательский совет (ERC) продвигает идею увеличение бюджета программы финансирования исследований и инноваций.

Развитие цифровых сервисов является одной из приоритетных задач России. Одним из самых масштабных цифровых проектов стал «Цифровой двойник Москвы» [25], функционирующий с 2019 г. Цифровой двойник города – это точная 3D-копия (фотограмметрическая модель) территории Москвы, реализованная средствами автоматизированной информационной система «Цифровой двойник» (АИС ЦД). Данная система обеспечивает сбор, обработку, актуализацию, хранение, распространение, обмен и использование пространственных данных и метаданных об объектах, расположенных на территории города и используется для управления развитием городского пространства, включая управление ОКН. Так, встроенные в «Цифровой двойник Москвы» инструменты аналитики применялись в 2020 году при реконструкции ОКН регионального значения «Большой Каменный мост» без полного перекрытия движения по нему. Цифровые двойники используются при реставрации исторических зданий и объектах архитектуры (рис.2). По результатам сканирования формируются архитектурные чертежи. Облачная 3D-модель позволяет воссоздать любой элемент в STL-формате для 3D печати, а также провести тестирование различных сценариев реставрации, сводя к минимуму необходимость физического вмешательства и снижая потенциальные риски дальнейшего разрушения здания или изменения его внешнего вида.

Рисунок 2. 3D-модель Императорского воспитательного дома (Москва)

Еще один проект, реализуемый в рамках федерального проекта «Цифровое государственное управление» и национальной программы «Цифровая экономика», это создание платформы, которая обеспечивает дистанционный контроль охраняемых законом объектов культурного наследия, а также мониторинг параметров экологии в российских регионах (Государственная платформа сбора данных ‒ ГПСД). Как представлено на сайте Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации [26], «платформа в реальном времени обрабатывает данные о состоянии культурных объектов и концентрации вредных веществ в атмосфере и передает информацию в государственную информационную систему «Типовое облачное решение по автоматизации контрольно-надзорной деятельности»». Таким образом, ведомства получают полную картину состояния объектов без необходимости проводить контрольные мероприятия. В основу платформы положена технология интернета вещей IoT Platform, с помощью которой осуществляется сбор, обработка и хранение данных (рис.3).

Рисунок 3. Структура государственной платформы сбора данных (ГПСД)

Источник: составлено автором на основании [26]

С 2020 года система проходит тестирование в нескольких регионах России по нескольким направлениям (экология – «Лес» и «Воздух», культурное наследие – «Культура»). Тестирование системы контроля за объектами культурного наследия осуществляется в Вологодской области и в ближайшее время будет распространено на другие области России.

Широко применяемым во всех регионах страны инструментом популяризации культурного наследия являются виртуальные музеи, часть которых представлена на портале Культура.РФ (https://www.culture.ru/). Постоянно совершенствуются сайты, содержащие информацию об ОКН. Так, Главное управление по обслуживанию дипломатического корпуса при МИД РФ (ГлавУпДК) запустило новую версию сайта «Объекты культурного наследия» (https://mansions.updk.ru/), на котором можно совершить виртуальную экскурсию и познакомиться с архитектурой и историей уникальных особняков, находящихся в ведении организации.

Еще одним направлением цифровизации, является портал цифровых сервисов Департамента культурного наследия города Москвы. На портале mos.ru доступно электронное оформление основных услуг, связанных с владением и реализацией проектов с объектами культурного наследия. Здесь можно получить сведения из городского реестра недвижимого культурного наследия, согласовать проект установки вывески на объекте культурного наследия, согласовать проектную документацию, получить заключение историко-культурной экспертизы или разрешения, связанные с объектом культурного наследия и многое другое. Таким образом в мире накоплен существенный опыт применения цифровых технологий для поддержки процессов сохранения ОКН. Для России характерна фрагментарность работ в этом направлении, а применение «Цифрового двойника Москвы» ориентированно в большей степени на развитие городского пространства, но может стать основой для разработки цифровых двойников исторических зданий.

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СОХРАНЕНИЯ ОБЪЕКТОВ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ

Рисунок 4. Обобщенная структура управления ОКН

Источник: составлено авторами

При автоматизации такой структуры возможен эффективный контроль по всем основным направлениям деятельности государственных и других ассоциированных структур, задействованных в процессах сохранения, популяризации, применения и развития ОКН. Ключевым моментом является разработка показателей эффективности управления по каждому направлению. Для полномасштабного применения современных информационных технологий, кроме применения государственной платформы сбора данных (ГПСД), необходимо решение ряда существенных задач.

В первую очередь это касается информационной модели ОКН. Для эффективного использования созданной на основе BIM-технологий информационной модели (ИМ) необходимо обеспечить ее поддержку и обновление по результатам мониторинга для внесения произошедших изменений. Существующий стандарт ГОСТ Р 10.00.00.00-2023 [1] ориентирован на широкий круг пользователей в различных областях (промышленность, строительство, машиностроение), но не учитывает специфику и жизненный цикл объектов культурного наследия. Для возможности привлечения к работе архитекторов, реставраторов, историков и других стейкхолдеров необходимо применение технологий информационного моделирования 3-го уровня (табл. 1).

Таблица 1

Модель зрелости технологии информационного моделирования

Такие технологи соответствуют требованиям автоматизации процессов сохранения ОКН, а также способны обеспечить взаимодействие стейкхолдеров и вовлечь в процесс сохранения широкий круг специалистов из различных областей знаний и общественность.

Второй не менее важной задачей является создание долговременных источников хранения данных. Следует отметить, что облачные технологии обеспечивают только временное хранение данных. Для долговременного хранения рассматриваются разработки компании Hitachi [28], которые совместно с японскими учёными создали систему хранения данных на основе кварцевых дисков накопителей, компании Microsoft, создавшей стеклянный 5D-диск, способный хранить огромные массивы данных сотни тысяч лет [29]. О своих инновациях заявила немецкая компания Cerabyte (Ceramic Data Solutions Holding GmbH), которая продемонстрировала прототип разрабатываемого ими стеклянного накопителя с покрытием из керамики, способным хранить до 100 ПБ данных в течение 5000 лет [30]. В 2018 году завершился совместный проект Фонда перспективных исследований, РХТУ им. Д.И. Менделеева при поддержке Минобрнауки России по созданию носителя информации с неограниченным сроком хранения данных и количеством циклов считывания информации, обладающим абсолютной устойчивостью к электромагнитным полям, свету и ультрафиолетовому излучению, экстремальным климатическим условиям, высокой устойчивостью к агрессивным химическим средам, повышенным температурам вплоть до открытого пламени [31]. Применение этих технологий позволит сохранить сформированное цифровое культурное наследие на многие столетия.

Еще одна задача ‒ это агрегирование созданных цифровых коллекций ОКН, включая НBIM-моделей исторических памятников архитектуры и градостроения. В последние годы в связи с ростом цифрового контента, создаваемого учреждениями, функциями которых является сохранение ОКН (музеи, архивы, библиотеки, архитектурные и реставрационные организации) остро встает задача инвентаризации оцифрованных коллекций, созданных HBIM-моделей для обеспечения доступа исследователей в области гуманитарных наук к информационным ресурсам. Кроме того, различные инфраструктуры создания, распространения и потребления знания, созданного на основе ОКН, также становятся предметом анализа специалистов. Во многих странах мира существует опыт агрегирования цифровых коллекций. Примером могут служить цифровая библиотека Европеана (https://www.europeana.eu/en), агрегатор цифровых ресурсов в области культурного наследия Новой Зеландии (https://digitalnz.org/), цифровая публичная библиотека Америки (https://dp.la/).

В России задача учета музейных фондов и предоставления доступа к коллекциям привели к созданию Музейного фонда Российской Федерации (https://goskatalog.ru/portal/#/). Государственный каталог содержит информацию по большому количеству тем (скульптура, графика, живопись и др.), но описания объектов носят скорее просветительский характер в силу первоначально поставленной задачи учета музейных фондов. Агрегированная информация об архитектурно-градостроительном наследии отсутствует и по-прежнему является собственностью государственных и частных компаний. Для восполнения данного пробела необходимы решения юридического, финансового и технического характера, позволяющие собрать в единый ресурс разработанные HBIM-модели. Технически такая система может представлять собой экосистему, основанную на платформенных решениях, обеспечивающих HBIM-экспертизу моделей на всех этапах жизненного цикла ОКН, стадиях и процессах сохранения культурного наследия. Концептуальная модель такой системы представлена на рисунке 5.

Ядро системы составляет первичная HBIM-модель, которая может быть изменена в результате мониторинга системы или внесения новых информационных материалов. Сбор информации осуществляется на основе применения государственной платформы сбора данных (ГПСД) или ручным способом. Сервисы для различных категорий пользователя обеспечивают доступ исследователей, образовательных структур, компаний, инициативных групп и физических лиц. Техническое обслуживание ИТ-инфраструктуры может выполняться ИТ-компанией с участием государства.

Рисунок 5. Концепция развития ИТ-инфраструктуры в системе сохранения ОКН

Источник: разработано авторами

Заключение

[1] ГОСТ Р 10.00.00.00-2023 «Единая система информационного моделирования. Основные положения» в области Единой системы информационного моделирования (ЕСИМ)