解碼歷史照片——陳家祠水塘復原研究
摘要
文章從缺失的陳家祠水塘出發，以陳家祠水塘的歷史照片為基礎，從確定陳家祠及其四周環境的增改建情況開始，逐步解碼歷史照片拍攝時間，復原歷史照片中珍貴的三維測量數據，最後綜合為水塘的復原設計。藉此研究過程，展示宏觀的城市歷史研究和微觀的歷史照片的透視分析計算技術在遺產保護領域的交集，使透視分析計算技術實質性地參與設計過程，幫助遺產保護研究更深入地挖掘已有證據，讓保護設計更加完善。
解碼歷史照片的拍攝時間
照片中的時間密碼
水塘的歷史照片有數張，可見明顯不同的水塘和環境，以 1、2 號歷史照片為例（圖3、4），實像環境差距之大可證兩張照片顯然拍攝於不同的年代，然而這些照片並未標註拍攝時間，也無從分辨拍攝時間。為避免證據鏈出現前後錯亂的問題，必須獲得歷史照片的拍攝時間，三維數據解碼的結果才能具備實證意義。
圖 3 1 號歷史照片
圖 4 2 號歷史照片，廣東陳氏書院正面頭座全圖
史志與地圖綜合求解
廣州的城市歷史資料，對水塘而言是相關度較低的間接資料，對歷史照片而言則是相關度僅次於直接拍攝時間的重要資料。對廣州清末民初水塘所在地的史志和地圖進行實證性分析，總結成水塘的歷史沿革資料，即可解開歷史照片的時間密碼。
各式史志的載體基本是文字，其記載的城市環境變遷狀況須依靠同期的地圖提供佐證。歷史地圖的記錄重點是交通網路，也有繪製具體的城市環境和建築狀況，甚至有繪製未建成的道路系統，借史志的交通記載確證地圖信息後，歷史地圖和史志的環境信息方能相互印證，得出較接近原貌的城市歷史環境。把每一個瞬間的城市歷史環境組合成歷史沿革資料，便能對應標記每一張歷史照片的拍攝時間。
城市發展與交通建設是水塘演變的主因
水塘屬地是清末南海縣恩龍里，南側有荔枝灣涌余水，建祠置塘前為一片水稻田，陳家祠建成後地圖即標註西側新置水脈[1、2] 。民國七（1918年）廣州首次設市，實施全新的交通規劃，水塘與陳家祠間出現「潁川通津」道路[3、9] 。民國二十年（1931 年）陳濟棠主政廣東，立即擴展原有的交通建設規劃，在惠愛西路西延段開新馬路，新路經過水塘用地，切割了水塘一角，然而拆遷工程尚未完成即因經費問題停止道路建設，因此留下了破爛的水塘邊界和環境[3] 。新中國成立後，廣州市人民政府在1953年全面修繕整改城區道路，在水塘南側新設「中山七路」 [5] ，水塘用地上建設廣州市第三十二中學，隨後中學動工建設，水塘被完全填埋，至 2010 年又復拆遷變為廣場[6] （圖 5）。
圖 5 有關陳家祠和水塘的歷年地圖選編
陳家祠水塘的形態演變
基於史志和歷史地圖的分析研究結論，水塘的形態從近似矩形變化至不對稱梯形直至最後消失，其與陳家祠的關係從密切至獨立直至完全脫離，陳家祠水塘從建成到消失分為初、早、中、晚期四個階段（表 1、圖 6）。
圖 6 水塘形態變化示意平面圖
還原歷史照片的拍攝時間
1 號歷史照片的水面平靜安定，倒影如鏡，邊界整齊筆直，陳家祠前有柵欄圍閉，柵欄外有平行與陳家祠建築與水塘邊界的平直道路穿過。前坪和水塘分開、潁川通津穿過前坪等環境特徵符合早期水塘的特徵，是早期水塘的照片，拍攝於 20 世紀 20 年代。
2 號歷史照片的水塘未見倒影，邊界可見部分破爛交錯，且有堆填土的痕迹。陳家祠前有多段低矮石欄，石欄與水塘間有破爛道路。破落的邊界、雜亂的堆填土和失修的潁川通津等環境特徵符合中期水塘的特徵，是中期水塘的照片，拍攝於 20 世紀 30~50 年代。
解碼歷史照片的三維數據
照片三維數據的解碼原理
根據光學攝影和透視學的原理，利用二維照片中部分變數的準確數值，可得出所有其他變數的數值。如得知部分實像的尺寸、鏡頭傾角和特定反射虛像的數據，便可得知其它可見實像的尺寸、鏡頭與實像的距離、以及像場等數值。陳家祠水塘的歷史照片正符合此種計算步驟[7、8] 。
經全面比對陳家祠的多幅歷史照片，確定陳家祠建築物是基本不變的可見實像，陳家祠周邊的環境，包括水塘、前坪、兩側的建築、地形環境等內容則隨著時間改變。依據這個特點，陳家祠建築物的實像便是計算的已知項。歷史照片記錄了一部分水塘邊緣、水體和水位，部分照片也記錄了陳家祠建築的倒影（虛像），依據倒影虛像的可見範圍，可確定水位高程，求出水塘邊緣的豎直落差，繼而得知水塘邊界與建築物的具體距離。
選擇最優解碼對象
用於透視解碼計算的歷史照片，越清晰越有利，具體而言，需要照片總像素足夠高，也需要計算對象的實像部分像素應足夠高。高像素可提高特徵細部的清晰度，減小計算誤差。除清晰度外，相機鏡頭與計算對象間的傾角也會明顯影響計算結果，如有選擇，應選取正對計算對象拍攝的照片進行解碼計算，如此可大幅度減少修正透視角和畸變的工作時間，明顯簡化計算過程，有效降低誤差（圖 7） [10] 。
圖 7 透視滅點與比例分析圖
水塘的歷史照片中，1號歷史照片的掃描解析度極高，基本還原了歷史照片的二維可見光記錄信息，能保證計算精度；照片拍攝角度基本正對陳家祠建築物，可視為一點透視，透視解碼計算相對簡捷。照片包含了清晰的早期水塘邊界、水位、和倒影虛像等重要信息，正是還原水塘數據所必須的解碼對象。
2 號歷史照片解析度較低，透視角較大，地面明顯傾斜，顯示相機機身處於傾斜位置，不適合用於首次直接透視解碼計算。但在獲得參照鏡頭廣角參數的情況下，可用於簡化了計算步驟的進階透視解碼計算。照片記錄了水塘水位較低時的狀況、以及水塘的西北角，具有重要的信息意義，仍然有必要進行解碼計算以資校驗
[11]
1 號歷史照片三維數據的解碼方法
分析 1 號歷史照片細節，確定照片中陳家祠頭門建築物的輪廓與現狀基本一致，經選定測繪重點、實地測繪、數字繪圖（圖 8）和三維建模等工作步驟後，獲得了 1 號歷史照片的已知計算數據。依據前述的理論計算步驟，逐一計算出早期水塘的重要數據。利用 2 號歷史照片與 1號歷史照片的鏡頭傾角差，換算 1 號歷史照片的鏡頭聚焦點三維坐標，從而推導拍攝照片時相機所在的位置及其高程，也得到了拍攝用相機的部分參數（圖 9、10）。
圖 8 陳家祠首進正立面測繪圖
圖 9 水面高程、可見實像和倒影虛像的可視關係分析圖
圖 10 建立三維理論模型
計算結果的複查檢驗
理論分析和計算結果得出，1 號歷史照片的陳家祠水塘邊緣豎直落差約為 0.3m，水塘北邊緣距離陳家祠頭門南邊界約 38m，相機鏡頭聚焦點距離陳家祠頭門南牆約57m。由於已得知照相機的部分參數，即利用此已知條件對結果進行反向驗算：對 20 世紀初的廣州可用的攝影設備進行逐一排查，得知當時已有歐洲的攝影師使用類似照相機在廣州拍攝風景照片的記錄，可知照相機參數的計算結果與歷史資料相符。利用陳家祠建築的三維模型在計算機內進行模擬驗算：模擬歷史照片的拍攝場景，使用相同參數的虛擬照相機在相同的空間位置上對陳家祠建築三維模型進行模擬拍攝，獲得的二維透視畫面與 1號歷史照片基本一致，確定計算結果合理（圖 11）。
圖 11 理論模型與歷史照片疊加驗算分析圖
擴展深化
同樣辦法，對《正面頭座全圖》進行三維數據還原，獲得中期水塘的底部高程，建立《正面頭座全圖》的模擬三維模型，與 1 號歷史照片的三維模型進行更深一步的對比分析，獲得了相對準確的中期水塘圓角參數。藉助上述照片三維測量計算的結果，綜合此前掌握的所有資料，獲知陳家祠水塘各個時期的基本情況，初步完整了水塘的證據鏈。
水塘的復原與文物建築的保護
復原與設計之辨
因陳家祠的巨大名氣及其對類似建築物的明顯影響，為有效保護陳家祠建築群和同類型的大量建築遺產，有必要依證據復原水塘，強調陳家祠建築群初期的藝術完整性，重點復原水塘與陳家祠建築物的相互關係，讓建築群在感官上得以完整，為祠堂水塘的保護工作帶來正面積極的影響。
復原水塘的同時，必須保護陳家祠建築群的文物真實性。水塘已成為歷史，歷史照片里每一個瞬間的水塘也已成為歷史，照片里記錄的水塘具體細節帶有明顯的時代特徵，只存在於拍攝瞬間，已是歷史的一部分，不可借當代的技術重現，也無法真正重現。對此類技術元素，須真誠地使用當代的材料，以恰當的當代技術進行完善，為陳家祠建築群的文物保護工作補充一筆當代的真實記錄。
復原水塘與建築的相互關係
平面布局和視覺聯繫是水塘和陳家祠建築之間最重要的相互關係。平面布局的核心內容是水塘的平面位置、平面輪廓和總面積，此三者須在平面的維度上據實重現。視覺聯繫的核心內容是水位和倒影，需要在豎直方向上據實重現。
歷史照片解碼的結論給平面布局的復原工作提供了足夠的支撐數據，據此復原的水塘為圓角矩形，長邊長約49m，短邊長約 17m，圓角半徑 3.4m，總面積 775m 2 。綜合考古發掘和歷史照片解碼的結論，水塘位處陳家祠以南約 38m。據 1 號歷史照片的解碼結論，水塘水位低於陳家祠建築室內地坪 0.3~0.5m，此水位高度可大致重現歷史照片的陳家祠建築倒影。依上述數據復原的水塘，可讓觀察者站在陳家祠中軸線與水塘南岸的相交點處，看陳家祠建築和水塘時，獲得近似於 1 號歷史照片的畫面（圖 12）。
圖 12 陳家祠水塘復原方案平面示意圖
完善水塘的外觀和技術細節
陳家祠前坪已恢復花崗岩鋪地，近年建成的陳家祠廣場也廣鋪花崗岩，水塘四周地面的花崗岩材料已是既成事實，因場地的實際情況，復原的水塘選用花崗岩材料鋪砌水塘壁。為明確水塘壁的性質，石塊砌法需要在視覺形式上暗喻自身與水長時間接觸的特點，同時也需要與廣場地面的石塊有直觀的視覺差異，因此針對廣州市荔灣區明清時期的水岸花崗岩的一般形式進行現代化提煉，設計直線邊水塘壁均為水平兩順一丁和水平全順兩種砌合式樣，圓角水塘壁為全順切角砌合式樣（圖 13） [12] 。
圖 13 水塘壁砌石方式示意圖
廣州的雨季降雨量很大，水塘位於陳家祠廣場較低處，是廣場的匯水點，遇到降雨時廣場的彙集水將不可避免地影響水塘的水位，市政排水管網也可能因流量過大而導致污水溢流，為使水位穩定，保證降雨量適中時水位基本一致，也保證降雨量較大時可快速回歸設定水位，水塘設置了獨立的緩衝蓄水池和給排水系統。當水塘水位高於設定值時，溢出水首先到達緩衝水池，再通過獨立水泵排出到市政排水系統[13] 。當水塘水位低於設定值或水塘需要更換乾淨水體時，緩衝水池的儲蓄水則成為優先備用水，通過獨立水泵排放到水塘，用於補充排出的部分
再現陳家祠的水塘
綜合上述水塘復原研究的成果，項目研究組編製完成《陳家祠堂（陳氏書院）水塘修復設計》，遞交國家文物局等各級部門審批並已獲通過，為完善陳家祠建築群的藝術完整性提供有效的研究、證據和法理支持（圖 14）。
圖 14 陳家祠水塘復原設想圖
結語
對建築遺產保護對象而言，歷史照片能填補大量缺失的保護對象歷史信息，是珍貴的歷史過程證據。可惜過往對歷史照片的研究程度實在有限，未能充分利用歷史照片最有價值的記錄能力。上文對歷史照片進行拍攝時間解碼，是完善保護對象的歷史沿革資料的方法；進行三維測量數據解碼，是完善保護對象在特定時間的測繪資料的方法。藉此二法，使歷史照片的利用程度加深兩步，對保護對象的檔案記錄、理論研究和保護工程設計等方面都能發揮重要的證據作用。
隨著建築遺產保護行業日益發展，筆者相信不遠的未來，遺產保護從業人員將尋得許多新辦法，對包括歷史照片在內的許多未盡研究發掘的歷史資料進行更深入的分析研究，造福於保護對象。
作者簡介
林暢斌 廣州順丁社建築設計有限公司，遺產保護設計師
鄭力鵬 華南理工大學建築學院、亞熱帶建築科學國家重點實驗室，教授
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全文請閱讀《南方建築》2018年第2期：林暢斌，鄭力鵬.解碼歷史照片——陳家祠水塘復原研究[J].南方建築，2018（2）：78-83.
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