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          數字化技術在歷史建筑檢測中的應用

             日期:2021-08-09     瀏覽:145     評論:0    
          核心提示:時間賦予歷史建筑痕跡,也賦予了人類技術進步的空間。用進步的技術檢測并對抗時間對歷史建筑的侵蝕,正是一次現實與歷史有趣的對話。作為新時代的工具數字化技術
           時間賦予歷史建筑痕跡,也賦予了人類技術進步的空間。用進步的技術檢測并對抗時間對歷史建筑的侵蝕,正是一次現實與歷史有趣的對話。作為新時代的工具"數字化技術"在建筑行業也得到了長足的進步,也為歷史建筑的保護提供了全新的工作思路和解決方式。本文將介紹三維掃描技術、無人機攝影測量技術等幾種典型的數字化技術,及其在歷史建筑檢測中的應用。

          01

          典型數字化技術

          三維激光掃描技術

          三維激光掃描技術又稱“實景復制技術”,是通過激光掃描儀對實景進行掃描操作,將實景的三維坐標數據采集到電腦中,并以可視化的點云形式展現出來。三維激光掃描技術除了具有三維可視化的特點,還具有數據無接觸采集、一次作業獲取海量數據、掃描數據成果精度較高的特點。

          激光掃描技術經過多年的發展,其種類非常豐富,已經廣泛的應用于各行各業。在歷史建筑檢測領域,最常用的是地面設站式激光掃描儀。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。

          無人機攝影測量技術

          無人機攝影測量技術是在無人機上搭載光學數碼鏡頭進行手動或自動采集帶有三維坐標信息的遙感影像數據,再將遙感影像數據通過計算機分析處理后獲得測量結果的一種方式。這種攝影測量成果具有數據準確、展示效果好的特點,已經在歷史建筑檢測中得到廣泛的應用,可以作為地面三維激光掃描技術的重要補充。

          全站儀自動化監測系統

          通過自動化全站儀,可對多個目標點的變形情況進行高精度測量,實現房屋變形情況的實時自動化監測。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

          數字技術在歷史建筑測繪中的應用

          建筑總平面圖和平面圖測繪

          通過三維激光掃描技術、GPS及無人機等技術,可以快速獲取建筑群的室外空間信息數據,形成“空、天、地”一體的數據集合。將融合后的三維數據模型在電腦中進行二維、三維聯動繪圖,便可實現建筑總平面圖的繪制。經過實際比對,現場及內業實施效率較傳統方式提高了近十倍。

          利用三維激光掃描技術,可以有效解決歷史建筑平面不規則,傳統的手工測繪難以測繪室內外各種角度、弧度的問題。在歷史建筑的室內可以應用三維激光掃描儀技術快速獲取整個建筑內部的空間坐標數據,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代建筑更復雜,傳統測繪只能爬到屋面進行人工測量,效率低、誤差大,實施風險大。而利用無人機攝影測量,很輕松就能進行歷史建筑的屋面測繪。

          歷史建筑外立面測繪

          不論國內還是國外,建筑遺產大多外立面造型不規則、裝飾細節多、空間曲線繁多,如運用傳統技術進行測繪難度相當大、需要耗費的時間和精力也多。

          上海楊浦圖書館

          采用地面三維激光掃描技術,只需要在地面設站對歷史建筑的外立面進行掃描,就可以無接觸、快速地獲取建筑外立面的空間坐標信息,并且避免了登高作業的風險和對歷史建筑的破壞。同時,掃描數據可以直接導入電腦進行繪圖作業,解決了數據轉換、信息不對稱題、現場返工復測等問題,測繪效率大大提升。

          豫園檢測現場

          地面三維激光掃描作業測繪歷史建筑外立面的時候,也存在頂部數據不完整、缺乏紋理信息等問題,這時可以結合無人機攝影測量進行解決。通過無人機空間機動的作業特點,可以對歷史建筑的外立面頂部進行完整的影像數據采集,并最終形成矢量的立面正射遙感圖,導入電腦就可以進行二維立面圖紙的繪制。

          結構測繪

          對歷史建筑的閣樓、屋架等復雜、狹小、密閉空間內的結構測繪,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險。

          03

          數字技術在歷史建筑損傷檢測中的應用

          在歷史建筑檢測中,對其外立面和屋面等位置的表面開裂、風化、脫落等損傷的定性檢測是一項主要內容。采用無人機攝影測量技術,在現場規劃好飛線路線,無人機即可自動對歷史建筑進行全方位、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。相較于傳統通過登高、攀爬,采用肉眼、望遠鏡等方式,采用無人機技術的檢測盲區少、照片更清晰、檢測效率高。

          當需要定量檢測歷史建筑外立面和屋面裂縫長度、走向,風化或脫落面積等損傷時,傳統方法大都只能對歷史劇建筑的低樓層進行手工測量。而采用無人機攝影測量技術與仿地飛行技術相結合,可以生成高質量的建筑實景模型,并通過軟件對模型上的損傷尺寸進行量測。根據實測對比,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的圖像識別技術。試驗結果表明,該方法可以識別1mm以下的裂縫,精度可達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

          數字技術在歷史建筑變形檢測中的應用

          歷史建筑,由于藝術造型的需要,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。這時,常規的單點測量方法難以實現對其傾斜的量測。

          遇到這種情況,數字化檢測技術就可以派上用場了。區別于傳統的單點測量,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行計算和分析就可以得出建筑的傾斜。

          數字化檢測技術具有非接觸、大數據采集、空間作業及自動化程度高等特點,很多時候可以解決傳統檢測方式的難點和疼點問題。但也不能完全否定傳統的檢測方式。由于傳統方法具有簡單易行的特點,在檢測實際工程應用中,還要根據實際情況,因地制宜,將兩種方式結合起來,達到提升作業效率和質量的目的。

           
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