文物建筑物承载着过去的故事、文化特征和艺术风格，通过它们可以窥见历史的发展和人们的生活方式。文物建筑具有文化、经济、景观和社会价值，需要对其进行保护工作。张佳莹博士，2016年进入University College London攻读可持续遗产专业的硕士研究生，随后在清华大学和香港科技大学从事建筑与工程智能化方面研究。多年来一直从事基于数字孪生的文物建筑保护理论、方法与政策研究。文物建筑研究活动跨越了中国大陆、中国香港、英国伦敦、马耳他等地不同气候区。张佳莹博士带领团队所创建的文物建筑数字孪生智能体不仅为文物建筑当前状态的保护提供支持，也为未来文物建筑的更新改造，应急管理提供准确的数据库。
文物建筑物具有复杂性形态学，又因经历不同的时代、功能改造、技术和法规的变化，通常缺乏清晰可追溯的施工记录。张佳莹博士所带领的团队提出了一种解决信息缺乏问题的方法，将文件、信息和图形集成到文物建筑保护的信息模型（Heritage Building Information Modelling-HBIM）[1]。团队还改进了针对规则与不规则图形文物建筑的HBIM建模方法，支持计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics-CFD）模拟以保护文物建筑。此外，团队成员梁振宇和陈泽富Jeff Chak Fu Chan以3D高斯飞溅（3D Gaussian Splatting-3DGS) 技术为基础，实现了高效、精细的文物建筑三维模型重建，高度还原了文物建筑真实场景，并解决了复杂建筑物三维模型轻量化的问题，支持虚拟参观体验场景的快速建立。
文物建筑面临空气质量管理这一重大挑战。位于香港尖沙咀核心地带的“FWD HOUSE 1881” 是香港法定古迹，由前香港水警总部更新改造成为文化商业地标。由于暴露在周边海水以及不佳的环境中，文物建筑的氧化痕迹、木材变色和老化痕迹随处可见。为了优化暖通空调系统以改善环境进而保护文物建筑及其所储藏文物，张佳莹带领的团队（张佳莹Zhang Jiaying、CHAN Chi Chun、KWOK Helen Hoi Ling)利用文物建筑信息模型 (HBIM) 与地理信息系统 (GIS)，增强现实与虚拟现实 (VR/VR)、 信息通信技术物联网 (IoT)、计算流体动力学 (CFD) 模拟、人工智能(AI)与数据分析预测、能耗模拟构建了 FWD HOUSE 1881 的数字孪生智能体[2]，用于提升环境管理以实现文物建筑与藏品保护。
香港法定古迹 FWD HOUSE 1881
基于HBIM、AR、IoT、AI的文物建筑保护数字孪生交互平台
本研究主要实现了： (1）集成 HBIM 和 GIS 支持文物建筑周围流体的CFD 模拟；(2) 信息通信技术物联网IoT和 HBIM 的融合使文物建筑不同位置的环境数据可视化；(3) 基于 HBIM 的 CFD 模拟分析了古建筑空调设备在不同条件下的设置和布局对环境的影响； (4) 将 HBIM 与 Autodesk Insight 以及OpenStudio相结合进行能源模拟，提高空调系统控制的准确性以及时效性，以节省能源和碳排放进而支持可持续商业化文物建筑运营。该项目的能源节约可达30% [3]；以及（5）通过AI技术预测环境参数的变化，预先对空调系统进行调控，从而解决系统因制冷制热和空气交换的延迟问题，以保护文物建筑不受损坏。
上述成果已发表在领域认可的SCI顶级期刊，包括建筑环境主流国际权威期刊Building and Environment (中科院一区Top, IF:7.4)。该项目获得由香港建造业议会和香港发展局颁发的2022建筑信息模拟（BIM）成就奖、由Autodesk颁发的Autodesk香港建筑信息模拟（BIM) 杰出学生奖。
2022建筑信息模拟（BIM）成就奖Autodesk香港建筑信息模拟（BIM) 杰出学生奖
