从皮尺铅垂到三维扫描——浅谈古建筑测绘方式的更新<br/>

从皮尺铅垂到三维扫描——浅谈古建筑测绘方式的更新

2014-12-16洪涛

安徽建筑大学学报 2014年3期

洪涛

（安徽建筑大学，安徽合肥 230022）

古建筑测绘工作是我国古建筑文物保护的重要环节，是制定古建筑文物保护方案的基础，也是进行各项古建筑修复工作的前提［1］，古建筑测绘精度的高低将对于我国古建筑文物的保护，古建筑文化的继承和发展起着关键性的作用。一直以来传统古建筑测绘偏向于使用皮尺铅垂，无可否认其的确在数据测量方面有着极其重要的作用，但是对于特殊建筑来讲，其测量的精度难以保证，测量的安全性不强，对于古建筑的相关信息难以有效的把握，表现出很多的缺陷和不足。因此，有必要引入先进信息与测绘技术探析古建筑测绘方式由传统到现代的更新［2－3］。在这样的情况下，三维扫描技术被慢慢使用到古建筑文物测量领域，并且因为其测量精度高、适用于大型实体三维数据采集的优势而成为古建筑测绘最先进的测量技术之一［4－5］，且在具体的实践案例中显示出具有高精度高效率，高可靠性与高安全系数等传统测绘所无法匹敌的巨大优势［6－8］。

1 古建筑测绘方式从皮尺铅垂到三维扫描更新的必要性

古建筑测绘方式的改变的根本原因是因为在科学技术不断发展的背景下，找到了能够规避传统测量方式缺陷的途径。古建筑测绘方式从皮尺铅垂到三维扫描的更新，是科技技术发展的结果，是古建筑测绘事业进步的需求。具体来讲，我们可以从以下几个角度来探析古建筑测绘方式的更新:

1．1 有利于保证古建筑信息资料的长久性

一直以来，古建筑信息资料的保存都是古建筑文物保护工作的难题，传统模式下人们会以纸质文献来实现对于古建筑构造方法、历史资料的记载，其精确度不高，数据信息容易被腐蚀毁坏，难以进行有效的长期保存。但是，在三维技术背景下，数字化保存技术一方面保证信息数据资料的精度，另外一方面也可以实现数据信息的长久性保存，这样的技术方式改变，可以为古建筑文物保护工作提供更加精确，更加有效，更加科学的信息资料。

1．2 有利于保证古建筑属性资料的深度挖掘

我们知道很多古建筑文物的测量工作是不允许接触文物本身的，这是为了保证古建筑文物的完整性，但是这样的规定使得古建筑测绘工作的难度加大。为了保证不对于古建筑文物造成损坏，传统手工测量过程中往往会跳过一些难以测量的部分，使得传统手工测量的属性资料处于不全面，不深入的状态。然而，实现从皮尺铅垂到三维扫描技术的跨越，可以有效的规避这样的问题，因为三维扫描测绘技术能够在最短时间内详尽地记录建筑构件的形态特点以及构件外表面纹理特征，实现了对于古建筑属性信息的深度挖掘。

1．3 有利于古建筑文物修复和复原工作开展

我国古建筑建造工艺极其复杂，拥有的精致工艺技术大部分已经不复存在，大量的传统古建筑工艺流失，对于古建筑文物修复和复原工作造成了极大的负面影响。但是在三维扫描技术框架体系下，各种古建筑文物数字化信息可以被大量的保存下来，从而为下次开展古建筑文物修复和复原工作打下坚实的理论基础和技术资料支持。举个例子，我们可以把古建筑上一些色彩发生衰变的历史人物、自然风景、神话传说等图案通过三维扫描数据整理还原到原先绘制时的最佳效果，而所有这一系列步骤完全是在对于古建筑本身没有任何接触的基础上完成的。

2 三维激光扫描技术与传统测量手段的优劣对比

我们以安徽省旌德县江村古建筑群（国保单位）保护测绘为例，要想保证古建筑群资料的完整性和真实性，就要使用数字化技术，这是对于江村现存的十数个国保单位进行修缮设计、施工操作、竣工检测的数据基础。同时，为了保持古建筑群总体布局和建筑外形的合理性，还原不同类型构件和空间位置的原始分布，需要进行详细的勘察和测绘工作。但是总体来讲，江村古建筑群传统建筑形式多样化，存在层次性，内容丰富多彩，建筑体积庞大，空间范围广泛，形式规则不明显，需要做到具体问题具体分析。对于大量雕饰需要使用三维激光扫描技术进行测绘，而对于部分空间比较小，难以设立激光扫描设备站点的区域可以用手工传统测绘的方式进行。具体来讲，可以从以下几个方面来分析两种测绘方式的优劣:

2．1 传统测绘手段在古建筑群测绘工作中的弊端

实践证明，传统手工测绘方式的确存在很多方面的缺陷和不足。在江村古建筑群测绘过程中，其局限性主要表现为以下几个方面:其一，传统手工测量测绘数据不精确，存在测绘图规范性不足的问题，很多情况下测绘者的测绘水平将决定了测绘的结果，在这样的情况下，往往很难获得一套比较完整的设计图纸。其二，传统手工测绘容易受到环境的影响，如果测绘人员难以达到过高、过于复杂的地方，此时的测绘工作将难以开展，多半会采取舍弃的做法，或者使用图片拍摄的方式进行弥补，但是实际上也难以保证对于测绘部位的真实反映。比如在江村古建筑江氏宗祠外窗，檐、柱顶部的斗、雀替，屋顶椽望、梁架等测量的时候，完全以照片来做为参照进行比例推导和绘制是很不精确的。其三，传统手工测量容易受到人的体力的影响，尤其在处理大型古建筑测量工程的时候，工作时间长，任务量大，需要测量人员具备良好的身体素质，而江村古建筑群中的数个祠堂均体量宏大，测量人员需要不断的爬高上低，在这种状态下，对于人的体力有着很高的要求。其四，传统手工测量在处理不规则构件测量工作的时候，难以保证测量的精确性，一般都是使用照片的方式来代替，使得建筑构件的造型特点和纹理信息难以融入到数据采集内容中去。

2．2 三维激光扫描数字化技术在古建筑群测绘中的优势

在江村古建筑群测绘工作中，很多环节上都使用了三维激光扫描技术，通过对扫描所获取的点云数据图进行建模，能够大幅提高测绘精度（图1）。实践证明，三维激光扫描技术的确在精度提高，效率升级等方面发挥着重要作用，能够有效获得极为准确的建筑立面图（图2）。具体来讲，三维激光扫描技术在古建筑测绘中主要表现出以下几个的优势:第一，通过三维扫描设备对于古建筑的全角度无死角扫描，可以获得相对传统测绘方式更为全面、精确、细致的测绘信息，在此基础上可以实现三维立体真实数据资料的测量；其二，在扫描技术的过程中，不需要接触到古建筑文物，避免了对于古建筑文物造成负面的影响；其三，三维扫描设备通常占用空间小，重量轻，方便使用者携带、操作，可以这么说，所有人可以立足的地点，都可以成为三维扫描设备操作的工作台，这样便可以实现对于古建筑信息的全面收集。其四，扫描全面、超距离、精度高、效率高，绘制现状图准确，现状内容反映全面。其五，可以更加便捷的整合古建筑的测绘数据，使得同样类型构件外形和尺寸能够进行对比。以雀替的测绘为例，在江村古建筑群中存在很多，其年代不同，造型不同，使用传统测量方式是难以进行掌握的，只有三维激光扫描才能完整无误，全方位收集整合目标古建筑的原生态信息。