新型测绘技术与BIM技术结合 守护历史建筑“万安”
2022年8月6日晚，一场大火在万安桥蔓延开来，不到一小时，这座拥有917年历史，承载当地数代人记忆的古桥桥体严重烧毁并坍塌，仅剩五个桥墩孤零零立在河道间。
不仅这一座万安桥被无情的大火毁于瞬间，近年，我国多座历史建筑损毁于天灾人祸。浙江泰顺县的三座古廊桥，安徽明代镇海桥、乐成桥，湖南朱家大院、吴杨公祠等因台风、暴雨、洪涝损毁；河北正定古城，甘肃古建筑群祖师殿，福建武夷山千年古刹瑞岩寺、余庆桥、建瓯步月桥，云南丽江古城、贵州铜仁川主宫等因火灾受损。无情的灾害抹掉了凝结在历史建筑身上先民的智慧与历史底蕴，更抹掉了久远年代的历史记忆与文化情感，同时更为我们后人保护历史建筑敲响了警钟。
一、新型测绘技术
1、三维激光扫描技术
三维激光扫描技术利用激光测距的原理，通过主动发射激光并记录被测物体表面反射激光相位差，经解算后获取高密度点位三维坐标和反射强度等信息，以实现对被测物体真实、完整、精确的三维复制，再通过降噪、配准、着色等处理，最终以三维可视化的点云形式展示，具有无接触采集、多方位、高精度、实时动态、自动化、全天候作业等优势。
无人机倾斜摄影测量技术是通过无人机搭载光学数码镜头从不同角度对被测物体进行影像采集，获取全面丰富的几何和纹理信息，并通过对大量影像数据的解算生成精确、真实的三维模型，具有无接触采集、机动灵活、快速高效等优势。
我国古代历史建筑的屋顶形式丰富，四角飞檐翘起，被赋予宗教、封建色彩的山墙、正脊、垂脊等装饰各异，是历史建筑的重要组成部分，具有丰富的历史研究价值。而由于历史建筑的特殊性，无法在兼顾保护历史建筑与作业安全的情况下，对屋顶部分进行扫描，此时可采用无人机倾斜摄影测量技术作为三维激光扫描技术的重要补充，对历史建筑的外立面、屋顶部分进行影像采集、精细建模，并绘制历史建筑的现状总平面图、立面图等。
二、BIM技术
BIM(Building Information Modeling) 即建筑信息模型，是以三维图形为主、面向对象并与建筑学有关的电脑辅助设计，以各项相关信息数据(几何数据、空间关系、地理信息系统、各种建筑组件的性质及数量等）作为模型的基础来建立建筑模型，建筑内的各个部分和各个系统都可以通过其呈现出来，具有可视化、模拟性、协调性等优势。
利用三维激光扫描或无人机倾斜摄影测量技术得到的点云数据可以作为建立模型的几何信息。将海量点云成果导入到BIM建模软件中，通过切出相应厚度的点云数据，切换视图到楼层平面、建筑立面、剖面等查看历史建筑的二维投影，参照二维投影或三维点云进行精细化三维模型制作。模型制作的过程实质上也是对历史建筑全部数据的记录过程，因为这一模型是严格依据测绘数据而生成的。历史建筑的年代信息、构件、结构、材料、残损、修缮做法都可以整合在一个相互关联的逻辑系统中。
通过新型测绘技术对历史建筑进行数字化建档，并将数字化建档成果（基本信息、三维点云、模型、测绘成果图、全景照片、视频、主要构件档案等）融入BIM建模软件，对历史建筑的各个构件制作成族来完成历史建筑的逆向建模，进而形成一个集档案管理、监测保护、改造设计、维护施工、线上参观于一体的交互平台，实现贯穿历史建筑全生命周期的信息管理，将历史建筑保护工作由静态转化为动态监测，为弘扬、传承历史文化开辟新道路，助力实景三维中国建设。
万安桥位于福建省宁德市屏南县，始建于北宋，桥长98.2米，全桥不费寸钉片铁，只凭榫卯衔接，结构严密，建筑稳固，是我国现存最长的贯木拱廊屋桥，并于2006年成为第六批国家重点文物保护单位，2012年入选中国世界文化遗产预备名单。如今这座极具重要历史、人文和科研价值的古桥毁于一场大火，造成的历史文化损失是无法估量的。
（万安桥失火前后对比图，图源网络）
不仅这一座万安桥被无情的大火毁于瞬间，近年，我国多座历史建筑损毁于天灾人祸。浙江泰顺县的三座古廊桥，安徽明代镇海桥、乐成桥，湖南朱家大院、吴杨公祠等因台风、暴雨、洪涝损毁；河北正定古城，甘肃古建筑群祖师殿，福建武夷山千年古刹瑞岩寺、余庆桥、建瓯步月桥，云南丽江古城、贵州铜仁川主宫等因火灾受损。无情的灾害抹掉了凝结在历史建筑身上先民的智慧与历史底蕴，更抹掉了久远年代的历史记忆与文化情感，同时更为我们后人保护历史建筑敲响了警钟。
点云及全景照片
我国历来高度重视对历史建筑进行测绘、建档、修复与开发，随着数字化技术的不断发展，先后发布了一系列保护规范历史建筑工作的指导文件。我们不断尝试新技术、新方法，利用新型测绘技术与BIM技术结合，为历史建筑保护提供一种全新的工作思路和解决方式。
一、新型测绘技术
1、三维激光扫描技术
三维激光扫描技术利用激光测距的原理，通过主动发射激光并记录被测物体表面反射激光相位差，经解算后获取高密度点位三维坐标和反射强度等信息，以实现对被测物体真实、完整、精确的三维复制，再通过降噪、配准、着色等处理，最终以三维可视化的点云形式展示，具有无接触采集、多方位、高精度、实时动态、自动化、全天候作业等优势。
通过三维激光扫描技术获取的点云数据，可绘制出历史建筑的平面图、立面图、剖面图等；根据柱子、墙体、房梁等变形、倾斜情况，为历史建筑的日常维护和修复提供高精度的三维数据；还可获取历史建筑的720°全景照片和立面正射影像图，以作为历史建筑数字化建档的主要资料。此外，我国历史建筑大都采用了具有鲜明特色、雕刻精细的典型构件，如木雕、塑像、壁画、斗拱等，三维激光扫描技术可以对历史建筑的每个细节进行精确的扫描复制，可出具重要构件的详图、大样图，为后期BIM的构件族库创建提供详实可靠的数据支持。
2、无人机倾斜摄影测量技术
无人机倾斜摄影测量技术是通过无人机搭载光学数码镜头从不同角度对被测物体进行影像采集，获取全面丰富的几何和纹理信息，并通过对大量影像数据的解算生成精确、真实的三维模型，具有无接触采集、机动灵活、快速高效等优势。
我国古代历史建筑的屋顶形式丰富，四角飞檐翘起，被赋予宗教、封建色彩的山墙、正脊、垂脊等装饰各异，是历史建筑的重要组成部分，具有丰富的历史研究价值。而由于历史建筑的特殊性，无法在兼顾保护历史建筑与作业安全的情况下，对屋顶部分进行扫描，此时可采用无人机倾斜摄影测量技术作为三维激光扫描技术的重要补充，对历史建筑的外立面、屋顶部分进行影像采集、精细建模，并绘制历史建筑的现状总平面图、立面图等。
二、BIM技术
BIM(Building Information Modeling) 即建筑信息模型，是以三维图形为主、面向对象并与建筑学有关的电脑辅助设计，以各项相关信息数据(几何数据、空间关系、地理信息系统、各种建筑组件的性质及数量等）作为模型的基础来建立建筑模型，建筑内的各个部分和各个系统都可以通过其呈现出来，具有可视化、模拟性、协调性等优势。
利用三维激光扫描或无人机倾斜摄影测量技术得到的点云数据可以作为建立模型的几何信息。将海量点云成果导入到BIM建模软件中，通过切出相应厚度的点云数据，切换视图到楼层平面、建筑立面、剖面等查看历史建筑的二维投影，参照二维投影或三维点云进行精细化三维模型制作。模型制作的过程实质上也是对历史建筑全部数据的记录过程，因为这一模型是严格依据测绘数据而生成的。历史建筑的年代信息、构件、结构、材料、残损、修缮做法都可以整合在一个相互关联的逻辑系统中。
构件模型与构件细部图
通过新型测绘技术对历史建筑进行数字化建档，并将数字化建档成果（基本信息、三维点云、模型、测绘成果图、全景照片、视频、主要构件档案等）融入BIM建模软件，对历史建筑的各个构件制作成族来完成历史建筑的逆向建模，进而形成一个集档案管理、监测保护、改造设计、维护施工、线上参观于一体的交互平台，实现贯穿历史建筑全生命周期的信息管理，将历史建筑保护工作由静态转化为动态监测，为弘扬、传承历史文化开辟新道路，助力实景三维中国建设。
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