歷史建筑數(shù)字化測繪研究方法

張雪峰 莫 畏

(吉林建筑大學設計藝術學院，長春 130118)

1 數(shù)字化測繪原理

現(xiàn)代建筑設計和建造過程，從方案設計階段開始，經(jīng)初步設計階段至施工圖設計階段，設計工作方告一段落，施工圖設計完成后交付施工單位建造，最終建成成品建筑.這一過程可稱為建筑的正向建造過程[1].建筑測繪則是建筑的正向建造過程的逆向推導，是對已建成建筑的資料性反求過程(見圖1).

建筑測繪的對象是已建成的建筑，前期外業(yè)作業(yè)階段測繪工作包括3個方面的內(nèi)容:一是測量建筑相關數(shù)據(jù)，繪制建筑測繪草圖，包括總平面測繪草圖，建筑平、立、剖面測繪草圖，以及建筑大樣測繪草圖;二是拍攝建筑影像資料，包括建筑外景、內(nèi)景、細部，以及測繪現(xiàn)場的工作照等;三是調(diào)查建筑相關資料與考證相關歷史史料，包括建筑類型、建造年代及建造過程等資料，后期內(nèi)業(yè)作業(yè)階段依據(jù)建筑測繪草圖繪制全套建筑測繪圖;整理建筑影像資料;根據(jù)調(diào)查和考證成果撰寫建筑考察報告，最終形成完整的建筑測繪成果.建筑測繪成果由圖本和文本兩部分組成，圖本部分包括建筑測繪圖與建筑影像資料;文本部分即建筑考察報告.從以上論述可知，建筑測繪實際上是對已建成建筑的資料性反求過程，是從已建成的建筑實物反求建筑設計圖及原始建造過程的工作，其測繪成果的建筑測繪部分采用的也是現(xiàn)代建筑設計的圖式語言表達模式.實質(zhì)上，在測繪和研究古建筑的同時，古建筑測繪和研究成果已成為修復保護工作的重要依據(jù).

圖1 建筑測繪流程示意圖[2]

2 測繪方法——標線攝影建模數(shù)字化建筑測繪方法

“標線攝影建模的數(shù)字化建筑測繪方法”(Graticule－Photography－Model digital building surveying and mapping)的目標，是研究一種用于獲得建筑立面測繪圖的數(shù)字化建筑測繪方法，以完成使用傳統(tǒng)建筑測繪方法很難、甚至無法完成的復雜而有規(guī)律的曲面幾何形體建筑部位或構件的建筑立面測繪圖測繪.無論測繪古代建筑還是近代建筑，都可以使用“標線攝影建模的數(shù)字化建筑測繪方法”完成其建筑立面圖測繪.傳統(tǒng)建筑測繪方法使用建筑繪畫性質(zhì)的近似圖式語言，輔之以照片等參考資料表達其基本形式特征，對絕大多數(shù)建筑而言，這一缺陷涉及的建筑部位或構件所占份額很小，不能影響整個建筑測繪成果.

基本思路為:以符合標線攝影建模的數(shù)字化建筑測繪方法特定要求的標線建模照片為依據(jù)，使用普適性建模SketchUp軟件的Photo Match及AutoCAD軟件，建立擬測建筑部位或構件符合建筑測繪準確性要求與尺度表達要求的三維模型，并完成由此衍生的建筑立面測繪圖或建筑剖面測繪曲線.SketchUp的Photo Match功能是以照片中的物體為依據(jù)，建立該物體三維模型的基本原理，通過調(diào)整透視輔助線調(diào)整虛擬相機的位置和方向，使建模場景的透視關系與照片場景的透視關系匹配，然后根據(jù)建模照片中物體外表面的形體特征，以建模的點、線、面、體與建模照片中該物體對應的點、線、面、體為判斷標準，建立該物體的三維模型.

3 操作流程

(1)標線環(huán)節(jié).首先，現(xiàn)場詳細考察擬測建筑部位或構件，并完成其建筑平面測繪草圖，在此基礎上，依托測繪者專業(yè)判斷能力，確認建模照片無法反映的擬測建筑部位或構件的整體形體特征，補充建筑測繪必需的基礎資料，從而部分消除建模依據(jù)的資料依據(jù)缺陷;其次，在擬測建筑部位或構件外表面明確標示表達其三維形體特征的曲線或直線，成為建模標示線，以提供準確的建模資料依據(jù)與明確的判定標準.

(2)攝影環(huán)節(jié).首先，確定建筑部位或構件的空間關系的水平面或垂直面，在該平面內(nèi)獲取一個幾何圖形或構成集合圖形的定位點，測量繪制該集合圖形所需的定形尺寸，并在建模照片上明確顯示該幾何圖形或其定位點，在Google SketchUp軟件中導入建模照片后，依據(jù)獲得的定性尺寸繪制相應的集合圖形，以該幾何圖形為建模尺寸參照面縮放建模照片，使縮放后的建模照片與建模尺寸參照面匹配，然后以縮放后的建模照片為依據(jù)建立擬測建筑部位或構件的三維模型;其次，建模照片上明確顯示兩組平行線段或兩組平行線段的定位點，每組線段含有兩根水平線或兩根垂直線，不同組的線段相互垂直，一般可取建筑中常見的、線形簡單的建筑部位的邊線，如矩形窗的外框邊線、建筑的墻體邊線、女兒墻邊線、檐口邊線、線腳邊線等，以每組平行線段的長度和兩條平行線段間的垂直距離與擬測建筑部位或構件的總體尺度接近為優(yōu)選方案.

(3)建模環(huán)節(jié).以表現(xiàn)建模照片為依據(jù)，利用Google SketchUp軟件的Photo Match功能，完成擬測建筑部位或構件的三維模型，并以該三維模型為依據(jù)，生成擬測建筑部位或構件的建筑立面測繪圖或建筑剖面測繪曲線(見圖2).

圖2 建筑測繪流程圖[2]

4 “滿洲國”國務院

(1)基本數(shù)據(jù)資料.“滿洲國”國務院是“滿洲國”直屬的行政組織，掌握“全國”行政事務，其主要行政領導部門是總務廳，總務廳長受命于關東軍第四軍，這意味著偽滿洲國務院是偽滿政府的最高行政中樞機關，國家元首真正的領導者是日本關東軍司令官，“滿洲國”國務院代表“滿洲國”政府形象，為此，在“滿洲國”諸多建筑中占有最為重要的位置.“滿洲國”國務院建于順天大街的最北端，與“第九廳舍”治安部隔街相對，北靠順天廣場，于1934年始建，1936年竣工，工程造價250萬元(時價)，占地面積4.9465萬m2，建筑面積1.9115萬m2，地上四層、地下一層半、局部塔樓六層，鋼筋混凝土結構，塔樓頂部采用重檐的四角攢尖頂，瓦的顏色、寶頂細部造型及垂脊獸飾為日式風格;曲線屋頂及總體造型為典型中國風格，重檐屋頂下配4根塔司干柱式，建筑采用深褐色面磚和屋面瓦，配以淺色石材貼面，莊重而大氣(見圖3，圖4).現(xiàn)為吉林大學白求恩醫(yī)學部基礎醫(yī)學院，整體保存完整，局部有改變，1993年12月被列為吉林省重點文物保護單位[3].

(2)創(chuàng)建與組裝模型.在SketchUp中進行構件組裝.①與上文操作步驟一致，將“滿洲國”國務院平面圖(圖5)在AutoCAD中繪制，并導入SketchUp中，將其置于基線層，確定塔司干柱、墻、重檐、窗、門等構件的位置;②將各構件按照其所處位置分類，以組件形式插入相應圖層，并創(chuàng)建群組，使單個圖層構件形成獨立整體(圖6，圖7).

圖3 “滿洲國”國務院重檐

圖4 “滿洲國”國務院全貌

圖5 “滿州國”國務院平面圖

圖6 “滿洲國”國務院重檐組合效果圖

圖7 “滿洲國”國務院組合側視效果圖

5 結語

歷史建筑數(shù)字化研究，是對建筑本身還原的一個重要手段，為歷史建筑保護探索出一條可行的技術路線，可為以后的再利用提供更為有力的數(shù)據(jù)資料.

[1]張復合.中國近代建筑研究與保護(第二版)[M].北京:清華大學出版社，2001:23－31.

[2]楊秉德.數(shù)字化建筑測繪方法[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011:156－194.

[3]劉 威.長春近代城市建筑文化研究[D].長春:吉林大學，2012.