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三维激光扫描给古建筑做“透视”

来源:光粒网 作者:佚名 更新于:2015-3-26 阅读:

  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。

  吕舟说,“通过三维激光扫描获得东大殿精确测绘数据后,东大殿一些法式制度上的规律开始清楚地呈现在我们面前,使重建或复原东大殿,消除结构变形影响的标准形态成为可能。”通过对三维激光扫描点云切片与复原的东大殿标准结构剖面相比较,就可得到东大殿准确的结构变形情况,对东大殿结构安全做出判断。这也是我国第一次把三维激光扫描应用于木结构文物建筑的结构安全评估。
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