Легкий интегрированный диагностический подход к архитектурному наследию Макао с использованием 3D‑лазерного сканирования и НДТ

Почему история этого храма важна

Во всем мире исторические здания разрушаются под воздействием современных нагрузок, от загрязнения до климатических изменений. В оживленном, влажном городе Макао небольшие квартальные храмы по‑прежнему ежедневно принимают верующих, хотя их многовековые стены постепенно ослабляются. Это исследование прослеживает один такой храм и показывает, как портативный набор цифровых приборов, помещающийся в рюкзаке, может выявить скрытые повреждения внутри стен без сверления, отбора проб или закрытия объекта для посетителей. Работа указывает на новый способ ухода за хрупкими памятниками в плотных городах: сначала собрать точную трехмерную информацию, а затем вмешиваться настолько бережно, насколько это возможно.

Живое святилище в суровой среде

Храм Гуань Тай и Тянь Хоу на острове Тайпа был основан в 1717 году и до сих пор является действующим местом поклонения. С архитектурной точки зрения он представляет собой редкую гибридную конструкцию: толстые земляные стены и деревянный каркас традиционной китайской застройки в сочетании с известковыми растворами и черепицей, связанными с португальским влиянием. Такое сочетание материалов придаёт храму характер, но также затрудняет прогнозирование его поведения со временем. Здание стоит в теплом морском климате Макао, где высокая влажность и соленые ветры ускоряют разрушение. Внутри долгими часами горит благовоние. Вместе влага и дым оставляют видимые следы: отслоение штукатурки, порошкообразные поверхности и солевые корки на стенах. Поскольку монолитные земляные стены очень толстые и конструктивно важные, обычные испытания, требующие сверления или отбора проб, неприемлемы; задача — увидеть внутреннюю структуру стен, не нанося им вреда.

Легкие инструменты для тяжелой задачи

Чтобы решить эту задачу, исследователи собрали легкий комплект приборов совокупным весом менее четырех килограммов. Портативный 3D‑лазерный сканер зафиксировал полную форму храма внутри и снаружи, создав плотное «облако точек» с миллиметровой точностью. Крошечный дрон сфотографировал крышу и окружение. Ручные приборы затем ближе изучили стеновые материалы: инфракрасная камера выявляла холодные участки, связанные с влажными зонами; зонд рентгенофлуоресцентного анализа измерял химические элементы на поверхности; а прибор для пилообразного отскока (rebound‑tester) оценивал устойчивость стен к ударам. Важно, что каждое измерение было привязано к 3D‑модели, полученной сканером, так что геометрия, химия, влажность и прочность разделяли одну пространственную систему координат. Команда называет эту объединённую структуру «пространственно‑композиционно‑физико‑механической» моделью.

Понять невидимые повреждения

Имея все измерения в едином 3D‑пространстве, команда смогла перейти от простого картирования трещин и пятен к более глубокому анализу взаимосвязей между загрязнителями, влажностью и прочностью. Инфракрасные изображения выделили зоны, где стены оставались холоднее, указывая на захваченную влагу. В сорока точках сильно задымленной внутренней стены исследователи измеряли и химический состав, и твердость. Они обнаружили, что участки с повышенным содержанием серы — связанные с дымом благовоний — были последовательно мягче, тогда как зоны, богатые кальцием, ключевым компонентом известковых вяжущих, как правило, были тверже. Степенная зависимость показала, что по мере увеличения содержания серных соединений (зафиксированных как SO₃) прочность снижалась ясно и предсказуемо. Интерполируя данные между точками измерений, они получили непрерывные карты стен в масштабе всего сооружения, показывающие, где накопилась сера и где материал утратил прочность, выявляя скрытый паттерн ослабления за тем, что на поверхности могло выглядеть как незначительные дефекты.

От сканирования к более разумной охране

Эти результаты указывают на конкретный механизм разрушения: в влажном воздухе храма сера от дыма благовоний мигрирует в трамбованные земляные стены, образует сульфатные соли и постепенно подрывает механическую прочность материала. Поскольку весь рабочий процесс неинвазивен, портативен и относительно быстр, он подходит для «живых» объектов наследия, которые нельзя закрывать или повреждать испытаниями. Интегрированный 3D‑подход также соответствует международным и китайским стандартам точности документирования исторических зданий, предоставляя командам по консервации надежную основу для долгосрочного мониторинга и цифрового архивирования. Проще говоря, исследование показывает, что небольшой, умный набор инструментов может выявить, как повседневные религиозные практики и местный климат совместно разрушают священную архитектуру, и сделать это достаточно рано, чтобы направить бережные и точно нацеленные ремонты. Та же методика может помочь защитить многие другие исторические здания, которым предстоит выживать в современных плотных, загрязнённых и постоянно влажных городах.

Цитирование: Zheng, Y., Huang, G., Wang, M. et al. A lightweight integrated diagnostic approach for Macao Architectural Heritage using 3D laser scanning and NDT. npj Herit. Sci. 14, 170 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02393-y

Ключевые слова: архитектурное наследие, 3D‑лазерное сканирование, недиеструктивное тестирование, сохранение храмов, сульфатная коррозия