古建筑的測繪技術與方法

對古建筑物進行測繪,是在古建筑研究中的最基礎的一項工作,在此工作中引進現代的測繪技術,可以解決在古建筑測繪工作中存在的誤差和問題,有利于建立更加科學的古建筑測繪的工作體系,對古建筑測繪的途徑進行新的探索,有利于對古建筑遺跡的保護和開發。

  對古建筑的測繪工作基本可以理解為,對建筑物的大小、形狀和空間位置進行測量,并根據測量結果繪制相對應的平面、立體和剖面的圖紙,這些都可以直接應用于文化遺產保護領域中對建筑遺產的記錄、監測、保護工程等方面,在技術方面可以歸納于測繪學中工程測量學的范疇。但是,古建筑測繪的技術和方法只是測繪學中的一種手段,并不是古建筑測繪工作的全部,它不僅包括對古建筑遺產的人文、技術、科學和藝術方面進行認知,理解、體驗乃至發現、甄別、探究和評價,還包含對古建筑實體、空間和精神的理解、表達和再現,它不是被動的單純的描摹,而是包含了對其信息的取舍和價值的判斷。
  一、古建筑測繪方法的簡述
  要想真正認識和研究古建筑,普通測量和手工測繪是最有效的途徑。我國古建筑測繪的傳統的方法便是人工實量法,但是這種方法耗時耗工,工作效率也不高,還不能保證測繪結果的精確度,耗費的成本高,安全性也不能保障。像在對我國甘肅的天水麥積山石窟進行測繪工作時,為了對其進行維修和加固,從1973年10開始,至1979年10月王完工,前后共用了1643個工作日,耗時六年才完成,這主要是由于測繪方法的各種限制,導致了工作效率低下。近年來,隨著各種計算機技術、空間定位技術以及地理信息系統的廣泛應用,古建筑的測繪技術也已經步入了數字化的時代,3S集成技術的應用,也已經成為其特征,諸多新建筑在古建筑測繪工作和研究工作中,都取得了良好的成果,克服了在測繪工作進行中由于部分山頂地區狹小、樹多、隱蔽等地形造成的困難和限制,省去了麻煩,也節省了搭腳手架的費用,同時,測繪工作也不再受氣候條件的局限,測量的精確大也大大提高。像激光三維掃描系統就完全可以替代古建筑測繪中的傳統測繪方法,并且其更加快速、更加準確,且無需進行布控,其優越性在于系統可以快速的三維數據,及時建立三維立體模型,并迅速對模型和數據進行分析和處理,使古建筑測繪工作的成果更加數字化,建立并完善了古建筑管理保護的系統,進而能夠提供更加高效的管理,更好的咨詢和分析能力。又如近景攝影測量,它可以對表面不規則的古建筑實體進行精密的測量,并且可以將其立體再現,更加容易的對古建筑平面圖、立面圖和節點詳圖進行測繪。還有數字攝影測量技術,很大程度上改進了古建筑測繪的資料,使影像資料和測繪成果更加的數字化,建立管理系統,有利于對古建筑資料的數字化處理和保存,在對一些彩色的保護資料進行處理時,數字影像資料更是凸顯了其優越性,這種技術方法還可以以數字形式保存測繪成果資料,拓寬了古建筑的表達范圍和表現方式。
  二、古建筑測繪中存在的誤差和問題
  在國家重點文物的保護工作中,還有很多的古建筑沒有開展詳細系統的測繪工作,仍然存在著諸多問題,資料不全或完全沒有資料,資料的精確度低等,如何對古建筑進行保護和開發,提高古建筑測繪工作的精度,消除測繪工作中的誤差和存在的問題,對測繪工作者進行古建筑的研究具有重大意義。為了減小測量工作中的誤差,提高測量結果的精確度,就需要對誤差的來源和原因及時了解,以便采取相對應措施。
  產生誤差的原因:(1)外界條件。觀測環境中的氣壓、氣溫、清晰度、風力、空氣濕度、大氣折光等,這些因素都是不斷變化的,都有可能造成誤差的產生。(2)儀器設備條件。儀器的制造可能存在誤差,儀器儀表精確度低;檢校殘余存在誤差,檢定不合格。(3)有關工作人員的自身條件。有些測量人員的存在分辨率低下、對技術熟練程度不夠、容易造成視覺疲勞等問題,或者是還存在其他的不良習慣。有關人員的綜合素質還需繼續提高。(4)粗差或錯誤。這是由于在古建筑觀測時沒有及時發現粗差并將其舍棄。
  存在的問題:(1)古建筑現狀。由于建筑物長期承受荷載、材質不同造成不均勻沉降以及外界自然條件的影響等,其構件都發生了不同程度的彎曲、收縮等多種變形,并且其他部位也遭受了或多或少的損壞,例如,檐角塌下、角柱下沉、柱裂縫、梁彎曲、梁架下沉或歪閃等。(2)尺寸問題。1.分尺寸與總尺寸做不到統一。這就是說,對古建筑各個組成部分進行分別測量,得出的測量尺寸之和與古建筑整體測量結果尺寸不相符。例如,通面闊小于各開間面闊之和,梁架中的各層構件高度和大于了梁架總高度等等。2.在對應的位置上,同類的構件尺寸做不到統一,例如,同樣都為金柱,但是各金柱的柱徑卻大小做不到統一,梁架中,處在同樣位置,起同樣結構作用的梁,其斷面的尺寸也參差不齊。
  三、古建筑測繪的技術與方法探討
  在古建筑的測繪工作中,傳統的手工測量實際就是將大部分的測量工作變為距離測量,主用利用卷尺進行簡易的高程測量和距離測量,通過距離交會法和直角坐標法對古建筑進行平面定位。而現在,各種現代化的技術也相繼出現,主要有以下幾種,(1)電子全站儀。這是集對古建筑的距離測量、高差測量和角度測量于一體的一種測量設備,它的基本功能是測量古建筑的豎直角、水平角和斜距,并且可以借助固化軟件,組成多種測量的功能,比如,可以顯示并計算古建筑的三維坐標,即高差、平距和鏡站點,并且進行懸高測量、對邊測量、偏心測量和面積計算等。在單體的古建筑測量過程中,可以采用免棱鏡全站儀中的對邊測量或懸高測量等。(2)數字近景攝影。這種測量方法的基礎是攝影機拍攝的各種數字影像,通過計算機對其進行分析和處理,從而獲得數字影像和數字圖形的測量技術。在古建筑的測繪工作中,利用數字近景攝影技術,同時采用人機協調的策略,可在計算機上還原古建筑的三維立體模型,就可以精確的對古建筑中復雜的幾何變化進行描述。(3)三維激光掃描。這個系統的組成主要包括系統軟件和三維激光掃描儀,在測繪工作中,創新了獲取古建筑空間信息的技術手段,打破了傳統的只是對數據進行單點采集的方法,變為了可以自動、連續的獲取數據的方法,大大提高的測量效率,同時,這種掃描系統測量的精確度高,多方位、全天候,并且無需布控制,尤其在對三維數據的快速獲取、及時建立三維立體模型等方面,更是凸顯了其優越性。根據測量工作實施的要求和目的,這幾種現代化的技術方法,根據其建立的模型,可以生成古建筑的平面圖、立面圖、投影圖、等值圖和透視圖等,從而促使了古建筑測試結果更加的數字化,建立了更加完善的古建筑保護管理系統,提供了良好的查詢和分析的功能,以及高效的管理。
  總結:
  基于古建筑測繪工作的最終目的,我們要盡可能多的采用較為現代化的測繪技術手段,如近景攝影測量的方法、三位激光掃描等,更好的測繪古建筑的圖件,更好進行古建筑的維修、保護或者是重建,在測繪工作過程中,還要吸收有相關教育和經驗的人一起進行測繪工作,根據實際古建筑的規模,采取相對應的技術方法,滿足古建筑測繪的要求和目的,從而獲得良好的工程效益。