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三维激光扫描给古建筑做“透视”

导读: 与传统测绘技术相比,三维激光扫描的优势在于数据全面性和准确性,可以在电脑中像做透视一样进行切片测量,从而测量无法直接测量的位置。

  在山西五台山南台西麓的树林中,千年古刹佛光寺静静矗立。作为国务院公布的第一批全国重点文物保护单位,佛光寺已列入世界遗产目录。其中,建于公元857年的佛光寺东大殿是我国现存最为完整、体量最大的唐代木结构建筑,也是研究唐代木结构建筑最为重要的“标准器”。

  据清华大学建筑设计研究院文化遗产保护研究所等编写出版的《佛光寺东大殿勘察研究报告》描述,佛光寺东大殿背靠陡崖,50年代曾由于崖体倒塌使大殿后墙局部遭到破坏,同时存在局部基础不均匀下沉和木构建糟朽、断裂等问题。

  “清华大学文化遗产保护研究所承担了佛光寺东大殿精确测绘等工作。我们希望对东大殿用三维激光扫描的精确测量方法,来确定建筑结构变形,通过对变形的量化分析,得到东大殿结构是否安全的结论。”清华大学建筑学院副院长吕舟教授说。

  20世纪30年代,梁思成、林徽因根据敦煌第61窟中的“大五台山图”发现了佛光寺东大殿,作为至今国内已知的唯一唐朝木建筑,这座珍贵的建筑对我国建筑史研究具有极重要的意义。

  自梁思成开展佛光寺调研的1937年至今70多年里,建筑历史界多次踏勘、测量东大殿。但测量手段基本以皮尺、钢尺的手工测量为主,数据取舍到0.5厘米。

  吕舟说,前人所做的测绘已取得巨大成果,但由于以往测量工具和测绘手段的限制,难以达到更高精度,误差量也难以控制,测量结果不一。在本次勘察中,使用了三维激光扫描配合全站型电子速测仪定位,全站仪可给出控制点的空间相对坐标,为扫描结果的三维空间形象提供坐标;再加上局部的手工测量,从而得到一套精确、客观的东大殿数据。如今,在古代建筑测绘领域,三维激光扫描已是一项常用的技术。

  据介绍,与传统测绘技术相比,三维激光扫描的优势在于数据全面性和准确性,可以在电脑中像做透视一样进行切片测量,从而测量无法直接测量的位置,完成实测不可能完成的工作,并尽可能测量到所有数据,再通过数理统计推断出最符合的原始设计尺寸;全站仪所获得数据精确,角度误差为秒级,测距误差为毫米级;观测速度快,采集单个点仅需几秒钟;工作距离最远可达数百米等。

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