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“實景復(fù)制技術(shù)”，是通過激光掃描儀對實景進(jìn)行掃描操作，將實景的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集到電腦中，并以可視化的點云形式展現(xiàn)出來。三維激光掃描技術(shù)除了具有三維可視化的特點，還具有數(shù)據(jù)無接觸采集、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。
激光掃描技術(shù)經(jīng)過多年的發(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精度的要求，也能提供較好的檢測便捷性。
無人機(jī)攝影測量技術(shù)
無人機(jī)攝影測量技術(shù)是在無人機(jī)上搭載光學(xué)數(shù)碼鏡頭進(jìn)行手動或自動采集帶有三維坐標(biāo)信息的遙感影像數(shù)據(jù)，再將遙感影像數(shù)據(jù)通過計算機(jī)分析處理后獲得測量結(jié)果的一種方式。這種攝影測量成果具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、展示效果好的特點，已經(jīng)在歷史建筑檢測中得到廣泛的應(yīng)用，可以作為地面三維激光掃描技術(shù)的重要補(bǔ)充。
全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)
通過自動化全站儀，可對多個目標(biāo)點的變形情況進(jìn)行高精度測量，實現(xiàn)房屋變形情況的實時自動化監(jiān)測。具有自動化程度高、測量功能多樣、能提供三維測量成果等特點。
02
數(shù)字技術(shù)在歷史建筑測繪中的應(yīng)用
建筑總平面圖和平面圖測繪
通過三維激光掃描技術(shù)、GPS及無人機(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)動繪圖，便可實現(xiàn)建筑總平面圖的繪制。經(jīng)過實際比對，現(xiàn)場及內(nèi)業(yè)實施效率較傳統(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)的手工測繪難以測繪室內(nèi)外各種角度、弧度的問題。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)測繪只能爬到屋面進(jìn)行人工測量，效率低、誤差大，實施風(fēng)險大。而利用無人機(jī)攝影測量，很輕松就能進(jìn)行歷史建筑的屋面測繪。
歷史建筑外立面測繪
不論國內(nèi)還是國外，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)行測繪難度相當(dāng)大、需要耗費(fèi)的時間和精力也多。
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)站對歷史建筑的外立面進(jìn)行掃描，就可以無接觸、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)險和對歷史建筑的破壞。同時，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、信息不對稱題、現(xiàn)場返工復(fù)測等問題，測繪效率大大提升。
豫園檢測現(xiàn)場
地面三維激光掃描作業(yè)測繪歷史建筑外立面的時候，也存在頂部數(shù)據(jù)不完整、缺乏紋理信息等問題，這時可以結(jié)合無人機(jī)攝影測量進(jìn)行解決。通過無人機(jī)空間機(jī)動的作業(yè)特點，可以對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)測繪
對歷史建筑的閣樓、屋架等復(fù)雜、狹小、密閉空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)測繪，我們可以采用便攜式激光掃描儀。通過頂升、放置等方式，將掃描儀放入進(jìn)行掃描測繪，可以減少對歷史建筑的擾動、避免了人工測量的墜落風(fēng)險。
03
數(shù)字技術(shù)在歷史建筑損傷檢測中的應(yīng)用
在歷史建筑檢測中，對其外立面和屋面等位置的表面開裂、風(fēng)化、脫落等損傷的定性檢測是一項主要內(nèi)容。采用無人機(jī)攝影測量技術(shù)，在現(xiàn)場規(guī)劃好飛線路線，無人機(jī)即可自動對歷史建筑進(jìn)行全方位、近距離的拍攝檢測，獲取歷史建筑外立面和屋面的損傷情況。相較于傳統(tǒng)通過登高、攀爬，采用肉眼、望遠(yuǎn)鏡等方式，采用無人機(jī)技術(shù)的檢測盲區(qū)少、照片更清晰、檢測效率高。
當(dāng)需要定量檢測歷史建筑外立面和屋面裂縫長度、走向，風(fēng)化或脫落面積等損傷時，傳統(tǒng)方法大都只能對歷史劇建筑的低樓層進(jìn)行手工測量。而采用無人機(jī)攝影測量技術(shù)與仿地飛行技術(shù)相結(jié)合，可以生成高質(zhì)量的建筑實景模型，并通過軟件對模型上的損傷尺寸進(jìn)行量測。根據(jù)實測對比，基于實景模型測量的損傷尺寸可以精確到10mm，滿足除裂縫寬度以外的墻面、屋面損傷定量檢測的需求。
基于實景模型的裂縫長度測量
對于精度要求更高的裂縫寬度測量，可以采用基于無人機(jī)的圖像識別技術(shù)。試驗結(jié)果表明，該方法可以識別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精度的需要。
04
數(shù)字技術(shù)在歷史建筑變形檢測中的應(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有棱線，很多時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判整體傾斜的依據(jù)。這時，常規(guī)的單點測量方法難以實現(xiàn)對其傾斜的量測。
遇到這種情況，數(shù)字化檢測技術(shù)就可以派上用場了。區(qū)別于傳統(tǒng)的單點測量，采用攝影測量或者激光掃描測量，可以獲取歷史建筑外表面整體的坐標(biāo)信息，再通過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，最后只要對這個擬合出來的棱線或軸心線進(jìn)行計算和分析就可以得出建筑的傾斜。
數(shù)字化檢測技術(shù)具有非接觸、大數(shù)據(jù)采集、空間作業(yè)及自動化程度高等特點，很多時候可以解決傳統(tǒng)檢測方式的難點和疼點問題。但也不能完全否定傳統(tǒng)的檢測方式。由于傳統(tǒng)方法具有簡單易行的特點，在檢測實際工程應(yīng)用中，還要根據(jù)實際情況，因地制宜，將兩種方式結(jié)合起來，達(dá)到提升作業(yè)效率和質(zhì)量的目的。
