数字化技术在历史建筑检测中的应用

时间赋予历史建筑痕迹,也赋予了人类技术进步的空间(www.heitudi.cn)。用进步的技术检测并对抗时间对历史建筑的侵蚀,正是一次现实与历史有趣的对话。作为新时代的工具"数字化技术"在建筑行业也得到了长足的进步也为历史建筑的保护提供了全新的工作思路和解决方式。本文将介绍三维扫描技术无人机摄影测量技术等几种典型的数字化技术,及其在历史建筑检测中的应用。

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典型数字化技术

三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,是通过激光扫描仪对实景进行扫描操作,将实景的三维坐标数据采集到电脑中,并以可视化的点云形式展现出来。三维激光扫描技术除了具有三维可视化的特点,还具有数据无接触采集一次作业获取海量数据扫描数据成果精度较高的特点

激光扫描技术经过多年的发展,其种类非常丰富,已经广泛的应用于各行各业。在历史建筑检测领域,最常用的是地面设站式激光扫描仪。这种方式既能满足检测精度的要求,也能提供较好的检测便捷性。

无人机摄影测量技术

无人机摄影测量技术是在无人机上搭载光学数码镜头进行手动或自动采集带有三维坐标信息的遥感影像数据,再将遥感影像数据通过计算机分析处理后获得测量结果的一种方式。这种摄影测量成果具有数据准确展示效果好的特点,已经在历史建筑检测中得到广泛的应用,可以作为地面三维激光扫描技术的重要补充

全站仪自动化监测系统

通过自动化全站仪,可对多个目标点的变形情况进行高精度测量,实现房屋变形情况的实时自动化监测。具有自动化程度高测量功能多样能提供三维测量成果等特点

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数字技术在历史建筑测绘中的应用

建筑总平面图和平面图测绘

通过三维激光扫描技术、GPS及无人机等技术,可以快速获取建筑群的室外空间信息数据形成“空、天、地”一体的数据集合。将融合后的三维数据模型在电脑中进行二维、三维联动绘图,便可实现建筑总平面图的绘制。经过实际比对,现场及内业实施效率较传统方式提高了近十倍。

利用三维激光扫描技术,可以有效解决历史建筑平面不规则传统的手工测绘难以测绘室内外各种角度、弧度的问题。在历史建筑的室内可以应用三维激光扫描仪技术快速获取整个建筑内部的空间坐标数据,从而轻松绘制出建筑平面。

历史建筑屋面测绘

历史建筑的屋面布局往往比现代建筑更复杂,传统测绘只能爬到屋面进行人工测量,效率低、误差大,实施风险大。而利用无人机摄影测量,很轻松就能进行历史建筑的屋面测绘

历史建筑外立面测绘

不论国内还是国外,建筑遗产大多外立面造型不规则、装饰细节多、空间曲线繁多,如运用传统技术进行测绘难度相当大、需要耗费的时间和精力也多。

上海杨浦图书馆

采用地面三维激光扫描技术,只需要在地面设站对历史建筑的外立面进行扫描,就可以无接触快速地获取建筑外立面的空间坐标信息,并且避免了登高作业的风险和对历史建筑的破坏。同时,扫描数据可以直接导入电脑进行绘图作业,解决了数据转换、信息不对称、现场返工复测等问题,测绘效率大大提升

豫园检测现场

地面三维激光扫描作业测绘历史建筑外立面的时候,也存在顶部数据不完整、缺乏纹理信息等问题,这时可以结合无人机摄影测量进行解决。通过无人机空间机动的作业特点,可以对历史建筑的外立面顶部进行完整的影像数据采集并最终形成矢量的立面正射遥感图,导入电脑就可以进行二维立面图纸的绘制。

结构测绘

对历史建筑的阁楼、屋架等复杂、狭小、密闭空间内的结构测绘,我们可以采用便携式激光扫描仪。通过顶升、放置等方式,将扫描仪放入进行扫描测绘,可以减少对历史建筑的扰动避免了人工测量的坠落风险

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数字技术在历史建筑损伤检测中的应用

在历史建筑检测中,对其外立面和屋面等位置的表面开裂、风化、脱落等损伤的定性检测是一项主要内容。采用无人机摄影测量技术,在现场规划好飞线路线,无人机即可自动对历史建筑进行全方位近距离的拍摄检测获取历史建筑外立面和屋面的损伤情况。相较于传统通过登高、攀爬,采用肉眼、望远镜等方式,采用无人机技术的检测盲区少照片更清晰检测效率高

当需要定量检测历史建筑外立面和屋面裂缝长度、走向,风化或脱落面积等损伤时,传统方法大都只能对历史剧建筑的低楼层进行手工测量。而采用无人机摄影测量技术与仿地飞行技术相结合,可以生成高质量的建筑实景模型并通过软件对模型上的损伤尺寸进行量测。根据实测对比,基于实景模型测量的损伤尺寸可以精确到10mm满足除裂缝宽度以外的墙面屋面损伤定量检测的需求

基于实景模型的裂缝长度测量

对于精度要求更高的裂缝宽度测量,可以采用基于无人机的图像识别技术。试验结果表明,该方法可以识别1mm以下的裂缝精度可达0.2mm,能够基本满足历史建筑表面裂缝宽度检测精度的需要

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数字技术在历史建筑变形检测中的应用

历史建筑,由于艺术造型的需要,建筑立面墙角常常没有棱线,很多时候采用弧形或圆柱造型。如古塔一类的历史建筑,虽然有棱线,但由于是变截面,其外墙棱线也不能作为评判整体倾斜的依据。这时,常规的单点测量方法难以实现对其倾斜的量测。

遇到这种情况,数字化检测技术就可以派上用场了。区别于传统的单点测量,采用摄影测量或者激光扫描测量,可以获取历史建筑外表面整体的坐标信息,再通过算法将建筑墙角的棱线、圆柱的轴心线、或者变截面塔的轴心线给拟合出来,最后只要对这个拟合出来的棱线或轴心线进行计算和分析就可以得出建筑的倾斜

字化检测技术具有非接触、大数据采集、空间作业及自动化程度高等特点,很多时候可以解决传统检测方式的难点和痛点问题。但也不能完全否定传统的检测方式。由于传统方法具有简单易行的特点,在检测实际工程应用中,还要根据实际情况,因地制宜,将两种方式结合起来,达到提升作业效率和质量的目的。

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来源:上海住房城乡建设管理

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