01
典型數(shù)字化技術(shù)
三維激光掃描技術(shù)
三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，是通過(guò)激光掃描儀對(duì)實(shí)景進(jìn)行掃描操作，將實(shí)景的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集到電腦中，并以可視化的點(diǎn)云形式展現(xiàn)出來(lái)。三維激光掃描技術(shù)除了具有三維可視化的特點(diǎn)，還具有數(shù)據(jù)無(wú)接觸采集、一次作業(yè)獲取海量數(shù)據(jù)、掃描數(shù)據(jù)成果精度較高的特點(diǎn)。
激光掃描技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其種類非常豐富，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)。在歷史建筑檢測(cè)領(lǐng)域，最常用的是地面設(shè)站式激光掃描儀。這種方式既能滿足檢測(cè)精度的要求，也能提供較好的檢測(cè)便捷性。
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)是在無(wú)人機(jī)上搭載光學(xué)數(shù)碼鏡頭進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)采集帶有三維坐標(biāo)信息的遙感影像數(shù)據(jù)，再將遙感影像數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理后獲得測(cè)量結(jié)果的一種方式。這種攝影測(cè)量成果具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、展示效果好的特點(diǎn)，已經(jīng)在歷史建筑檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用，可以作為地面三維激光掃描技術(shù)的重要補(bǔ)充。
全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
通過(guò)自動(dòng)化全站儀，可對(duì)多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的變形情況進(jìn)行高精度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)房屋變形情況的實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。具有自動(dòng)化程度高、測(cè)量功能多樣、能提供三維測(cè)量成果等特點(diǎn)。
02
數(shù)字技術(shù)在歷史建筑測(cè)繪中的應(yīng)用
建筑總平面圖和平面圖測(cè)繪
通過(guò)三維激光掃描技術(shù)、GPS及無(wú)人機(jī)等技術(shù)，可以快速獲取建筑群的室外空間信息數(shù)據(jù)，形成“空、天、地”一體的數(shù)據(jù)集合。將融合后的三維數(shù)據(jù)模型在電腦中進(jìn)行二維、三維聯(lián)動(dòng)繪圖，便可實(shí)現(xiàn)建筑總平面圖的繪制。經(jīng)過(guò)實(shí)際比對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)及內(nèi)業(yè)實(shí)施效率較傳統(tǒng)方式提高了近十倍。
利用三維激光掃描技術(shù)，可以有效解決歷史建筑平面不規(guī)則，傳統(tǒng)的手工測(cè)繪難以測(cè)繪室內(nèi)外各種角度、弧度的問(wèn)題。在歷史建筑的室內(nèi)可以應(yīng)用三維激光掃描儀技術(shù)快速獲取整個(gè)建筑內(nèi)部的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而輕松繪制出建筑平面。
歷史建筑屋面測(cè)繪
歷史建筑的屋面布局往往比現(xiàn)代建筑更復(fù)雜，傳統(tǒng)測(cè)繪只能爬到屋面進(jìn)行人工測(cè)量，效率低、誤差大，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)大。而利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，很輕松就能進(jìn)行歷史建筑的屋面測(cè)繪。
歷史建筑外立面測(cè)繪
不論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，建筑遺產(chǎn)大多外立面造型不規(guī)則、裝飾細(xì)節(jié)多、空間曲線繁多，如運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪難度相當(dāng)大、需要耗費(fèi)的時(shí)間和精力也多。
上海楊浦圖書館
采用地面三維激光掃描技術(shù)，只需要在地面設(shè)站對(duì)歷史建筑的外立面進(jìn)行掃描，就可以無(wú)接觸、快速地獲取建筑外立面的空間坐標(biāo)信息，并且避免了登高作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)歷史建筑的破壞。同時(shí)，掃描數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入電腦進(jìn)行繪圖作業(yè)，解決了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息不對(duì)稱題、現(xiàn)場(chǎng)返工復(fù)測(cè)等問(wèn)題，測(cè)繪效率大大提升。
豫園檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)
地面三維激光掃描作業(yè)測(cè)繪歷史建筑外立面的時(shí)候，也存在頂部數(shù)據(jù)不完整、缺乏紋理信息等問(wèn)題，這時(shí)可以結(jié)合無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量進(jìn)行解決。通過(guò)無(wú)人機(jī)空間機(jī)動(dòng)的作業(yè)特點(diǎn)，可以對(duì)歷史建筑的外立面頂部進(jìn)行完整的影像數(shù)據(jù)采集，并最終形成矢量的立面正射遙感圖，導(dǎo)入電腦就可以進(jìn)行二維立面圖紙的繪制。
結(jié)構(gòu)測(cè)繪
對(duì)歷史建筑的閣樓、屋架等復(fù)雜、狹小、密閉空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)測(cè)繪，我們可以采用便攜式激光掃描儀。通過(guò)頂升、放置等方式，將掃描儀放入進(jìn)行掃描測(cè)繪，可以減少對(duì)歷史建筑的擾動(dòng)、避免了人工測(cè)量的墜落風(fēng)險(xiǎn)。
03
數(shù)字技術(shù)在歷史建筑損傷檢測(cè)中的應(yīng)用
在歷史建筑檢測(cè)中，對(duì)其外立面和屋面等位置的表面開(kāi)裂、風(fēng)化、脫落等損傷的定性檢測(cè)是一項(xiàng)主要內(nèi)容。采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃好飛線路線，無(wú)人機(jī)即可自動(dòng)對(duì)歷史建筑進(jìn)行全方位、近距離的拍攝檢測(cè)，獲取歷史建筑外立面和屋面的損傷情況。相較于傳統(tǒng)通過(guò)登高、攀爬，采用肉眼、望遠(yuǎn)鏡等方式，采用無(wú)人機(jī)技術(shù)的檢測(cè)盲區(qū)少、照片更清晰、檢測(cè)效率高。
當(dāng)需要定量檢測(cè)歷史建筑外立面和屋面裂縫長(zhǎng)度、走向，風(fēng)化或脫落面積等損傷時(shí)，傳統(tǒng)方法大都只能對(duì)歷史劇建筑的低樓層進(jìn)行手工測(cè)量。而采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)與仿地飛行技術(shù)相結(jié)合，可以生成高質(zhì)量的建筑實(shí)景模型，并通過(guò)軟件對(duì)模型上的損傷尺寸進(jìn)行量測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)對(duì)比，基于實(shí)景模型測(cè)量的損傷尺寸可以精確到10mm，滿足除裂縫寬度以外的墻面、屋面損傷定量檢測(cè)的需求。
基于實(shí)景模型的裂縫長(zhǎng)度測(cè)量
對(duì)于精度要求更高的裂縫寬度測(cè)量，可以采用基于無(wú)人機(jī)的圖像識(shí)別技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以識(shí)別1mm以下的裂縫，精度可達(dá)0.2mm，能夠基本滿足歷史建筑表面裂縫寬度檢測(cè)精度的需要。
04
數(shù)字技術(shù)在歷史建筑變形檢測(cè)中的應(yīng)用
歷史建筑，由于藝術(shù)造型的需要，建筑立面墻角常常沒(méi)有棱線，很多時(shí)候采用弧形或圓柱造型。如古塔一類的歷史建筑，雖然有棱線，但由于是變截面，其外墻棱線也不能作為評(píng)判整體傾斜的依據(jù)。這時(shí)，常規(guī)的單點(diǎn)測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其傾斜的量測(cè)。
遇到這種情況，數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)就可以派上用場(chǎng)了。區(qū)別于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量，采用攝影測(cè)量或者激光掃描測(cè)量，可以獲取歷史建筑外表面整體的坐標(biāo)信息，再通過(guò)算法將建筑墻角的棱線、圓柱的軸心線、或者變截面塔的軸心線給擬合出來(lái)，最后只要對(duì)這個(gè)擬合出來(lái)的棱線或軸心線進(jìn)行計(jì)算和分析就可以得出建筑的傾斜。
數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、大數(shù)據(jù)采集、空間作業(yè)及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，很多時(shí)候可以解決傳統(tǒng)檢測(cè)方式的難點(diǎn)和疼點(diǎn)問(wèn)題。但也不能完全否定傳統(tǒng)的檢測(cè)方式。由于傳統(tǒng)方法具有簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，在檢測(cè)實(shí)際工程應(yīng)用中，還要根據(jù)實(shí)際情況，因地制宜，將兩種方式結(jié)合起來(lái)，達(dá)到提升作業(yè)效率和質(zhì)量的目的。
