2019年4月15日，法国巴黎圣母院发生了一场火灾，大火导致中世纪拱顶倒塌。曾经被誉为“石头交响乐”的雄伟大教堂，成了昔日辉煌的梦幻泡影。今年一月，法国总统马克龙重申，巴黎圣母院的修复将在2024年完成。

火灾坍塌的巴黎圣母院中世纪拱顶是一个由巨型石块组成的“拼图”。拱石交叉相连，将天花板分为六个部分，较小的石头填充在拱顶的空隙中，形成了六瓣拱顶。

在火灾发生几天后，宏伟的巴黎圣母院突然变成了一个繁忙的科学工地，在前院搭起的帐篷成为研究站。研究人员现在需要研究巴黎圣母院的每一个细节，才能了解和重现中世纪的建造者展现出的复杂技艺。

早期的建筑师在12世纪成功建造了整个基督教世界最高的拱顶，今天的人们无论如何都不会放弃恢复这个奇迹，重建巴黎圣母院的中世纪拱顶成为重中之重！

虚拟现实碰撞考古调查

巴黎圣母院是一座历经数个世纪的大教堂，由于重建人员想研究它在12世纪建造时的最初构想，所以要从最近的现在追溯最古老的过去。

这次倒塌的中殿拱顶建于13世纪早期，已经有800多年的历史。

重建拱顶是一个令人难以置信的挑战，既没有图纸，也没有横拱的模型参照，专家们被迫从被毁的巴黎圣母院本身寻求答案。

他们用装有摄像头的无人机扫描大教堂的每一个部分，悬挂在拱顶上方的旋转扫描仪，将剩下的屋顶及其结构细节一一数字化。结合这两种技术，他们可以在火灾后创造出一个“虚拟孪生”的巴黎圣母院。

在修复巴黎圣母院的过程中，虚拟现实技术首次成为考古调查的工具。

     法国国家科研中心研究主任

     利维奥·德·卢卡

你再也不能把数字技术看作是虚拟的了，物理现实和数字现实之间有一种完全的共生关系。我们正在创作的是一种数字记忆，它不仅是物理维度的数字记忆，也是一次科学冒险的数字记忆。

数字技术小组借助了另一项有利条件，那就是2010年制作的巴黎圣母院三维模型，它由一位年轻的美国历史学家使用点云系统创建，精确到厘米。

     法国国家科研中心研究主任

     利维奥·德·卢卡

我们收集、整合和组合了大教堂不同状态的数据，包括火灾发生前、遗迹恢复阶段，当然还有清理后的数据。我们创建的这个大教堂四维表示法，让我们在穿越时间的同时，还能在一个独特的几何结构中观察一切。

有了这些数据，工程师们能够制作一张平面图，以此重建拱顶坍塌的部分。对建筑考古学家塞德里克·穆利斯来说，这张平面图显示了拱石的独特排列方式。

洛林大学建筑考古学家

     塞德里克·穆利斯

这张平面图非常有帮助，因为我们看到了一个不标准的拱顶。我的意思是，这些拱石的大小都不一样。最小的有10厘米厚，最大的可达28厘米。

而且，它们的大小并不是逐步增加的。底部不一定是最大的，顶部也不一定是最小的，所以最重要的是要弄清楚它们是如何排列组合的。

在回收的66块拱石中，49块的厚度为14到18厘米；13块的厚度为18.5到28厘米；而只有4块的厚度为10.5到13.5厘米。

考古学家们被再一次震惊，同一个拱顶的拱石厚度什么会有如此大的不同呢？

神秘十字形标记

随着拱顶的重建进行，还有另一个细节需要弄清。专家们想知道这些石块上为什么刻有十字形标记？这些在灰尘下隐藏了800年的标记是干什么用的？

他们在努瓦永大教堂的阁楼上发现了线索，那里存放着二战期间受损的碎石。艺术史学家阿诺·提伯特在其中一些碎石上发现了类似十字形的标记。

     艺术史学家

     阿诺·提伯特

在13世纪，采石场有一种生产标准预制品的工艺。当时的采石场已经有人在加工石头了。他们必须通过特定的符号，向现场组装这些石块的工人传达信息。

但这些工人彼此不认识，之间也没有其他交流方式，所以他们会在石头上刻上某种标记，例如一个十字形，表明这块石头与另一个带有相同标记的石头相邻，而且要放在它的对应位置上。

十字形为石匠们提供了指引，告诉他们石块应该被放置在前一块的哪侧，以及在下一个石块放置之前哪一侧需要空出来。

还有个问题是这些石块可能有多种排列组合方式，重组石块给专家们带来了巨大挑战。

洛林大学建筑考古学家

     塞德里克·穆利斯

当我们试图把一块石头放在某个地方时，其他问题和困难就会冒出来，或者我们突然意识到一块石头实际上应该放在这里，所有其他石头的位置都会被打乱。

随着重建任务的难度越来越大，多学科小组再次求助数字技术专家。这一次，他们需要扫描构成这个复杂拱顶的每一块石头。

这样他们就可以尝试用虚拟的方式解决这个问题。

为此，工程师埃洛伊·盖特开发了一种特殊装置。在装有四个摄像头的圆顶灯下，工程师可以从各个角度拍摄拱石，然后使用摄影测量软件处理这些照片，来创建它的虚拟样本。

每个石块都被捕捉成一个非常精确的三维模型。

在火灾后的第一天，法国马赛市的利维奥·德·卢卡和数字建筑建模专家安东尼·格劳试图展现大教堂的状态。他们整理了灾难发生后团队所拍摄的数千张照片。

通过在虚拟空间内对照片进行重新定位，他们创建了坠落拱石的三维模型，细到可以对它们进行数字化扫描。

调查还在继续。根据拱石掉在地上的位置，科学家们可以计算出垂直落差，这样就能确定它们是从何处坠落的。

尽管他们准确指出了石块在拱顶中的原始位置，但仍然很难还原每个石块的原始位置，因为有些在坠落过程中角度发生了偏转。

科学家们急需一种方法来确认所有70块拱石的原始位置。

巴黎圣母院第一阶段的修复工作迅速完成。短短几个月的时间里，这座石头大教堂摇身一变，成了一座铁质大教堂。一个由将近1500吨金属搭起的骨架，将重现巴黎圣母院往日的辉煌。

这个巨大的骨架是为艰巨的重建任务而设计的。当科学家们第一次坐着铁笼上升时，他们面对的是150多年来没有人近距离见过的东西——巴黎圣母院的拱形天花板。

橙色标记的位置就是拱顶的神秘凹槽

利用这个机会，中世纪艺术史教授伊夫·加勒将调查在坠落石块上发现的奇怪凹槽。它们主要集中出现在拱顶的上部，根据石块的厚度，每隔四五个砖块就有一个凹槽。

这些凹槽在大教堂建造过程中起到了什么作用？答案可能会揭示更多有关古老建造技术的秘密……

敬请观看凤凰大视野

《烧痛世界的心——巴黎圣母院重建纪实》

编辑：王鼎尧