Лазеры, дроны и цифровые двойники: реставрация Нотр-Дама как маленькая французская революция

Главного архитектора исторических памятников Филиппа Вильнёва не часто можно увидеть на публике без пиджака или рубашки — высокая должность обязывает. Но даже если его руки прикрыты одеждой, каждый француз знает: на левом предплечье у Вильнёва набита татуировка — точная копия шпиля Нотр-Дама. Для него, оказавшегося в центре событий на следующее утро после пожара, уничтожившего средневековый шпиль, эта татуировка стала символом преданности главному делу жизни. Стоя на пепелище, он думал о реставрации собора в том виде, в каком тот пребывал после большой реставрации 1840-х под руководством Эжена Э. Виолле-ле-Дюка. В возможность такого восстановления многие поначалу не верили.

Сомнения скептиков понятны — пожар существенно повредил памятник культуры, который создавался по давно забытым технологиям XII-XIV столетий. Аутентичная реставрация подразумевала, что старые технологии нужно воскресить и строго следовать заветам старых мастеров. Однако реализовать это на практике было совсем не просто. Критики утверждали, что тогда придётся подвергнуть риску здоровье сотен специалистов — при Людовике VII строили с применением токсичного свинца. Также необходимо было определить рамки такой аутентичности. К примеру, возможно ли применение при реставрации современной техники?

Вильнёв полагал, что высокотехнологичные решения XXI века могли бы помочь реставраторам сделать свою работу оперативно и воскресить не только сам храм, но и самобытную инженерную культуру Франции времён правления Капетингов. Однако были и другие мнения. Так, пуристы опасались, что это разрушит весь замысел — «вернуть миру самый красивый собор» в облике, в котором тот представал до трагедии.

Но существовала и противоположная точка зрения — что Нотр-Дам выгорел так сильно как раз потому, что его материалы не соответствовали современным требованиям безопасности. И трагедия может повториться в будущем, если не модернизировать «начинку» собора. Такой точки зрения придерживался член Национальной комиссии по наследию и архитектуре Александр Гади. Он выступил против «тяжелого шпиля, ставшего мегатрубой» и использования в конструкции легковоспламеняющихся элементов. К таковым можно отнести и знаменитый «лес» собора — сложнейшего исполнения кровлю из средневековых дубовых балок, прослужившую собору более восьми веков. «Каркас все равно не видно, так что мы могли бы исследовать возможности новых материалов и конструкций, — настаивал Гади. — При восстановлении соборов в Шартре в 1836 году и Реймсе в 1920 году были использованы более современные материалы».

После согласования проекта восстановления к работам привлекли более двух тысяч специалистов — от плотников и каменщиков до операторов дронов и инженеров в сфере аддитивных технологий. Процесс координировал генерал французской армии Жан-Луи Жоржелен, бывший начальник штаба обороны Франции. Реконструкцию Нотр-Дама он называл «битвой за Францию» и постоянно подчёркивал, что её нельзя проиграть.

В итоге в этом необычном проекте сошлись три силы: военная точность организации, средневековые методы стройки и новейшие высокотехнологичные инструменты. Каждая сыграла свою роль в возрождении собора, но начало этой истории было положено ещё за несколько лет до пожара, когда бельгийский искусствовед решил создать 3D-копию Нотр-Дама.

В 2015 году бельгийский искусствовед Эндрю Таллон, изучавший готическую архитектуру, провел масштабное лазерное сканирование Нотр-Дама. Двенадцать лазеров и команда из семи инженеров собрали более 46 тысяч изображений, создав пространственную карту из миллиарда точек. Уже тогда исследование принесло неожиданные открытия: оказалось, что колонны в западной части собора не выровнены друг с другом. Но истинное значение работы Таллона проявилось только после пожара 2019 года.

Соблюсти жёсткие временные рамки реконструкции было бы невозможно без изучения сделанной Таллоном копии, считает исполнительный вице-президент по архитектуре и строительству компании Autodesk Эми Бунзель. «Потребовалось бы гораздо больше предположений. Представьте, если бы пришлось опираться на миллионы туристических фотографий вместо одного консолидированного идеального представления», — поясняет она.

После пожара компания Autodesk объединила усилия с французской исследовательской фирмой Art Graphique & Patrimoine (AGP) для создания полномасштабной цифровой модели поврежденного собора. Однако на практике это оказалось сложнее, чем предполагалось изначально. «Собор был очень нестабилен сразу после пожара, — рассказывает Бунзель. — Пришлось строить временные конструкции и постоянно проводить сканирование во время процесса восстановления».

Ливио Де Лука, руководитель группы цифровой реставрации, и его команда разработали особый технологический подход. «Мы не просто создавали цифрового двойника, — поясняет он. — Мы связывали физические характеристики объекта с коллективными знаниями, полученными при изучении объекта». Для этого была создана специальная веб-платформа Aïoli, позволяющая генерировать трехмерные изображения из обычных фотографий, добавлять к ним аннотации и делиться этой информацией с сообществом.

Помимо этого, инструмент поддерживает многоуровневый временной анализ. С помощью Aïoli можно отслеживать состояние объекта и его возможную деградацию. Доступ к Aïoli сделали всем участникам реставрации.

Но не всегда всё шло гладко. Из-за сложности конструкции, структурных деталей и размеров создание полного цифрового двойника Нотр-Дама заняло более года. Данные лазерного сканирования Таллона дополнили новые сканы после пожара и съемка с дронов.

Искусственный интеллект оказался востребован в реконструкции арок собора. Команда Де Луки разработала систему компьютерного зрения для анализа обломков клиновидных камней арки — вуссуаров. «Идея была немного безумной поначалу — сделать что-то вроде пространственно-временного отслеживания вуссуаров», — вспоминает он. Алгоритмы обработали тысячи фотографий, определяя положение каждого камня. Затем специальный робот оцифровывал сохранившиеся вуссуары, после чего удалось восстановить точную геометрию средневековых арок.

Созданная цифровая модель Нотр-Дама продолжает служить собору и после реставрации — в неё интегрировали датчики противопожарной системы, связанные с интернетом вещей.

Некоторые технологии пришли на помощь собору Парижской Богоматери в самый разгар трагических событий поздним вечером 15 апреля 2019 года, когда он ещё полыхал. В определённый момент температура внутри объятого огнём здания превысила 900 °C, свинцовая крыша стала плавиться и токсичный свинец стекал по стенам. Позже ликвидаторы последствий пожара подсчитают: расплавилось 460 тонн этого тяжёлого металла. В такой обстановке пожарные не могли войти внутрь нефа. В «битву за Францию» в критический момент вступил Colossus — пожарный робот, разработанный французской компанией Shark Robotics совместно с пожарной службой Парижа.

Машина выглядела внушительно: 1,6 метра в длину при массе 500 кг в незаправленном состоянии. Но внешний вид впечатляет не так, как показатели выносливости Colossus: благодаря шести аккумуляторам и двум моторам мощностью 4000 Вт каждый, он способен непрерывно работать до 12 часов, выстреливая в сердце пожара почти тремя тысячами литров воды ежеминутно. Его корпус, полностью герметичный и устойчивый к воде и пыли, изготовлен из стали и алюминиевых сплавов, применяемых в аэрокосмической отрасли.

Управление роботом осуществлялось дистанционно через модуль с дисплеем, что позволяло операторам находиться в безопасной зоне. Colossus подавал воду на дальнее расстояние по системе шлангов, охлаждая внутренние стены собора и конструктивные элементы здания.

В это же время над собором кружили дроны с камерами, отправляя изображения горящей крыши прямо в штаб пожарных. Так удалось добиться беспрецедентной точности координации действий спасателей.

После того как пламя удалось погасить, роботы продолжили работу внутри собора. Четыре машины, оснащенные специализированными устройствами, занимались разбором завалов. Одна бригада роботов, оперируя ковшом-захватом, транспортировала тяжелые фрагменты камней и дерева, другая умело управлялась с ножницами для резки металлических конструкций, третья манипулировала щетками для очистки поверхностей.

Наблюдая за их работой, эксперты отмечали: если бы собор выгорел так десятью годами ранее, французов ожидала бы настоящая катастрофа, ведь на вооружении пожарных таких средств тогда просто не было.

Сегодня технологии, примененные при спасении Нотр-Дама, используются пожарными подразделениями в 16 странах мира.

Пожар, уничтоживший крышу собора, открыл доступ к тайнам его создателей. В конструкциях обнаружились ранее скрытые железные элементы, о существовании которых исследователи даже не подозревали. Эксперты по металлам немедленно приступили к их изучению. Их примеру последовали специалисты по древесине, получившие для исследования около 10 000 фрагментов сгоревшей кровли. Каждый образец проходил тщательный анализ — изучение годичных колец и химического состава древесины пролили свет не только на возраст материала, но и климат средневековой Франции.

Геологи провели исследования камней, чтобы определить их происхождение и подобрать максимально близкие по характеристикам породы для реставрации. По результатам этих изысканий в Париж доставили более тысячи кубометров известняка и 4000 кв. м. свинца для восстановления декоративной кровли.

Особое внимание уделялось компьютерному моделированию долговечности материалов. «Цемент и металл плохо выдерживают огонь и время. А средневековый каркас прослужил более 800 лет», — объясняет Филипп Вильнёв, отстаивая использование традиционных материалов. Его поддержал профессор инженерного дела Паоло Ваннуччи из Университета Версаля, доказавший в своем исследовании, что для стабилизации готической конструкции необходима большая нагрузка на стены, которую может обеспечить только свинец.

И всё же споры продолжились. Американский геофизический союз опубликовал исследование, утверждающее, что французские власти занизили данные о воздействии свинца на окружающую территорию. Организация Robin des Bois даже потребовала возбудить уголовное дело. Вильнёв парировал: «Свинец испаряется при температуре 1750 °C. При пожаре температура поднималась до 1220 °C. Таким образом, свинец не испарялся. Это очень ковкий материал, хорошо переносящий воздействие окружающей среды, который использовался еще в античные времена».

Для защиты от возможных новых пожаров инженеры разработали комплексную систему безопасности. «Лес» Нотр-Дама защитили автоматической системой туманообразования, более толстой обрешеткой крыши и огнестойкими фермами, отделяющими шпиль от нефа и хоров.

В декабре 2024 года в соборе прошла первая месса после реставрации. «Никто из живущих не видел собор таким, — сказал ректор Нотр-Дама, преподобный Оливье Рибадо Дюма. — Он не просто восстановлен, он возрожден».

Однако процесс возрождения изменил не только сам собор. Восстановление Нотр-Дама показало, что современные технологии не противоречат традиционным методам реставрации, напротив — помогают сохранять их, ведь только благодаря цифровому моделированию удалось так подробно задокументировать старинные строительные технологии. Как отмечает Ливио Де Лука, эти знания теперь «будут служить сырьем для систем искусственного интеллекта», помогая в исследованиях и реставрации других исторических зданий.

Изучая опыт восстановления Нотр-Дама, специалисты из разных стран обращаются к своим правительствам и институтам с просьбой задуматься о сканировании имеющих культурное значение объектов на случай трагедии или стихийного бедствия. Катастрофы случаются в неожиданных местах, но если самые ценные сооружения могут быть задокументированы таким образом, последствия будут менее разрушительными, уточняют они.

Для Нотр-Дама же современные технологии стали не только способом сохранить прошлое, но и инвестицией в будущее: виртуальный двойник собора будет широко использоваться и в дальнейшем, а внедренные при воссоздании кровли и интерьера автоматические системы помогут эффективнее обслуживать здание. Хотя бы по этой причине, и несмотря на продолжающуюся критику методов проведённой реставрации, генерал Жоржелен мог бы констатировать: «Это победа!». Увы, жизнь военачальника прервал несчастный случай в Пиренеях — он скончался за год до торжественного открытия обновлённого памятника мирового зодчества.