三维激光扫描技术在历史建筑保护中运用探究

三维激光扫描技术在历史建筑保护中运用探究

熊胜权

(中国建筑第八工程局有限公司西南分公司，四川成都，610095)

摘要：本文围绕三维激光扫描技术在历史建筑保护中的应用展开分析，通过具体的技术和数据模型阐述，希望可以为三维激光扫描技术的应用提供具体的思路，并且为我国历史建筑的保护提高措施。

关键词：三维激光扫描技术；历史建筑保护；运用

引言：现代科学技术的进步，关于三维激光扫描技术方面实现了实景远程技术的应用，在我国历史建筑保护方面从结构到模型，全方位构建保护和信息获取的技术系统，促进古建筑保护的进程。

1、现场勘测，三维激光技术

第一，三维激光扫描技术在进行历史建筑保护方面工作，首先需要对建筑体本身发射激光，然后顺着脉冲激光的光束到旋转镜头中间，脉冲激光接触建筑目标，会马上反射到扫描机器里。其次信号接收器会让计算机计算激光脉冲携带建筑物信息发出地打在构件和物体表面的光线里，获取到扫描物体的扫描中心的距离。最后扫描控制器方面可以设计编码实现测量镜头角度的和谐，一般来说激光脉冲保持在水平角度α和竖向角度β，根据这些获取高精度的三维坐标值。

第二，现场勘测使用三维激光点云技术，需要在对历史建筑物扫描过程里，确保扫描工作的数据完整。在每次扫描结束后，需及时通过平板对扫描后的点云效果进行查看，检查是否存在遗漏、缺失等情况，如发现及时进行补测，或在下一测站调整扫描范围[1]。并且使用FARO设备在现场保护措施里，将有效的信息收集，把采集的原始点云按照固定的格式做好软件点云的输入，包括文件blk格式文件，所以整体文件内部过滤成为数据处理方面的测量对应三维坐标。根据进一步转换处理为了可以确保绝对坐标系里的空间体系有一个完整的三维模型，而且三维激光点保护和云端处理系统对于LiDAR的三维激光技术，根据云点处理的推断，这个扫描技术成为三维扫描激光保护中更新更健康的建筑保护技术。

2、数据处理，云点生成实景模型

第一，对于历史建筑的保护方面使用三维激光技术的点云模型处理，根据这个模型分析和实体方面的转化，可以得出结论，但也同样也要符合保护工程需求，尽可能保护建筑中最基础的环节，根据传统保护和测量手段来说，创造出符合市场需求的三维模型文件，可以快速且精准地完成历史建筑整个区域和大型建筑群方面室内室外的测量工作，相比较而言，不仅节省了时间和成本，也同样提高测量的精准度，还在外作业的安全性得到保障，也保护方面减少了破坏程度。

第二，参考一些历史建筑保护项目的例子，在对于公祠一类建筑的保护过程里，采用地面三维激光扫描仪器进行扫描，获取出具体工程文物信息有公祠的门口、屋顶的天井、走廊、后堂、花园、屋子里陈设和墙体等，现代很多古老的公祠本身保护环境不佳，所以在扫描过程里了解到内部屋面、木梁、墙体等存在坍塌的风险，而且还有柱子根基腐烂、原本地面多次修补的痕迹。包括也存在门窗破损、漆面断裂和风化陈设等，考虑这些因素，传统的保护和测量手段，做不到根本上保护，也很难全方位了解大型公祠每一处保护地点，并且测量很难估算精确数值。所以利用三维激光扫描技术在现场精确搭设施工用具，采集精确的三维数据，通过计算机构建出完整的几何模型，还要提取建筑体量和距离，这里面还要应用到照相机建模功能。

第三，无人机照相建模可以配合地理配准技术实现大范围的数据和距离测量，通过地形图片的信息缺失，辅助自身平面信息的完善，让建筑工程的基础环境信息，通过照相建模技术生成三维模型，在电脑和手机等设备里实现让互联网浏览更加高清，并且三维空间表达利用存储和管理方式，根据点云模型和实景模型生成可视化立体建筑，为整体历史建筑保护三维模型提供观看方面的帮助。

3、矢量图转换，建筑图形绘制

第一，三维激光扫描技术采取精确的测量数据，根据数据信息可以完全符合实物信息。并且通过一些测绘软件来精准进行绘图，例如采用CAD技术，按照1：1比例来绘制历史建筑平面图，还有立体图形和横截面的图形然后将CAD导入云端数据库里，根据建筑学知识来绘制图纸，根据历史建筑保护要求来设计最终图纸。然后通过软件自带的点云多RGB显示信息功能，对图形进行调整，即可实现实景现场复制式点云描图[2]。

第二，根据一些真实历史建筑为例，将三维激光扫描技术绘制图纸安排在古代宅院建筑群中，类似于曹家大院，或者是乔家大院等。平面绘图中包括基础建筑绘图需要的轴线、墙体、门窗、柱子和台阶等，还要关注建筑平面图里保存情况，例如绘制出柱子倾斜、墙体破裂、门窗开裂等情况，让整体图纸绘制符合实际情况。而且深入到图纸剖面，更需要添加台阶和屋脊的尺寸和高度。还有测算平面图里正脊和木梁的距离，还有研究建筑里材质，类似于花岗岩中风化情况，还有一些台阶和平台的损坏程度，都需要按照正确的测算进行标注。让整体工程保护意义更加具体，让建筑绘图有了保护依据。

第三，三维激光扫描技术获取三维数据后，根据特有的点云模型处理技术，按照矢量距离绘制出具体的建筑图纸，然后在历史建筑保护当中提供数据支持，并且三维激光扫描技术可以应用内部复刻技术来还原历史建筑物磨灭掉的一切，体现了保护历史文物的意义，结合反射率和几何学为保护中华民族的历史文化提供理论支持。

4、建立档案保护制度

第一，对于每一处历史建筑进行细化分类保护，把每一处历史建筑进行档案划分录入。并且设计出所在地级别的顺序形成序号，将所有建筑文物文件格式都具体到所在的市县，确保建筑编号和国家历史收录方面细致。第二，建筑测绘图纸也要符合历史建筑档案管理要求，把所有平面图、立体图和样子图都放置在固定文件里，对应不同的建筑。第三，建档保护历史建筑为了将内部三维激光扫描技术里测绘数据和图纸都可以精准收纳，包括内部摄像和绘制的图形，还有建筑模型等基础性文件，对接历史建筑本地，为建筑日后保护修缮提供数据和资料的支持，相比较于传统档案管理，现代历史建筑建档管理中提高了工作效率和保护力度。

结论：总的来说，三维激光扫描技术在保护历史建筑里采用现场扫描技术，然后获取数据，通过点云模型生成技术，进而根据矢量数据绘制出具体的建筑图形。最后建立建筑物保护档案，将我国历史建筑方面保护进程。

参考文献：

[1]梁昭阳.三维激光扫描技术在古建数字保护中的应用[J].山西建筑,2022,48(19):159-161.

[2]孔令惠,陆德中,叶飞.三维激光扫描技术在历史建筑立面测绘中的应用[J].测绘通报,2022(08):165-168+172.