藝術(shù)鑄造大型雕塑的放樣

鄭新明，胡春良（山西宇達(dá)集團(tuán)，山西夏縣 0444002）

·藝術(shù)鑄造·

藝術(shù)鑄造大型雕塑的放樣

鄭新明，胡春良
（山西宇達(dá)集團(tuán)，山西夏縣 0444002）

大型雕塑是城市環(huán)境、文化旅游、人文紀(jì)念的重要載體，在我們的生活中占據(jù)著十分重要的地位。大型雕塑的制作與建設(shè)一般都是根據(jù)創(chuàng)作的小稿按比例進(jìn)行放大，所以放樣直接關(guān)乎雕塑的藝術(shù)水準(zhǔn)甚至安全生態(tài)。本文結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐，介紹了人工放樣、人工套圈放樣、電腦輔助人工套圈放樣、3D數(shù)字放樣等放樣方法。

藝術(shù)鑄造；大型雕塑；人工放樣；人工套圈放樣；電腦輔助人工套圈放樣；3D數(shù)字放樣

大型雕塑是城市環(huán)境、文化旅游、人文紀(jì)念的重要載體，在我們的生活中占據(jù)著十分重要的地位。大型雕塑的制作與建設(shè)一般都是根據(jù)創(chuàng)作的小稿按比例進(jìn)行放大，所以放樣直接關(guān)乎雕塑的藝術(shù)水準(zhǔn)甚至安全生態(tài)。本文結(jié)合多年雕塑放樣實(shí)踐談一談幾種常用的大型雕塑放樣方法。

1　人工放大樣

人工放大樣的比例一般是1∶10.

1.1量尺寸放大

1）測(cè)量數(shù)據(jù)

拿到雕塑小稿時(shí)先進(jìn)行全面分析，找出雕塑小稿中所有便于尺子測(cè)量的關(guān)鍵點(diǎn)，然后對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)之間距離進(jìn)行逐一測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)以10倍計(jì)算，得出最終的放大數(shù)據(jù)。

2）焊接骨架

根據(jù)放大數(shù)據(jù)，首先找一塊適合的鋼板作為底座，用承重較大的鋼材根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)，焊接出雕塑的主體骨架。確定主體骨架三維尺寸精確到位，然后用6 mm的細(xì)鋼筋以網(wǎng)狀焊接雕塑表面結(jié)構(gòu)，焊接表面結(jié)構(gòu)時(shí)要給雕塑上泥巴留出大概8 cm左右的余量，便于泥巴塑造。鋼筋結(jié)構(gòu)全部焊接完成后，在雕塑表面朝下容易掉泥巴的地方繃上木質(zhì)的十字架，用來(lái)掛住泥巴。圖1為《奧運(yùn)盛鼎焊接骨架》。

3）塑造大型細(xì)部刻畫(huà)

用事先準(zhǔn)備好泥巴在骨架上先堆出大型，然后用尺子配合雕塑家應(yīng)有的藝術(shù)感覺(jué)反復(fù)調(diào)整驗(yàn)證雕塑造型與小稿的一致性。等大型和小稿基本一致了再進(jìn)行雕塑局部刻畫(huà)、調(diào)整，直到與小稿完美一致。完成一天的泥塑工作，要用塑料薄膜噴水將雕塑包裹起來(lái)，以防泥巴干裂。圖2為《奧運(yùn)盛鼎》上大泥，圖3為《奧運(yùn)盛鼎》大樣細(xì)化。

放樣完成后，即可翻模投入鑄造生產(chǎn)。

圖1　北京2008年奧運(yùn)會(huì)主題紀(jì)念《奧運(yùn)盛鼎》焊接骨架

圖2《奧運(yùn)盛鼎》上大泥

圖3《奧運(yùn)盛鼎》大樣細(xì)化（泥和蠟型結(jié)合）

2　人工套圈放大樣

1）套圈

準(zhǔn)備好套圈所用材料（壁紙刀、硬紙板、鉛筆、水平尺、鋼鋸、502膠水），如果是泥塑小稿，最好通過(guò)翻模制作出石膏模型，以便放大過(guò)程中方便移動(dòng)。

把小稿放在坐標(biāo)紙上定位固定，用水平儀和鉛筆將雕塑小稿進(jìn)行水平分層和垂直分層，分層距離以雕塑的復(fù)雜程度而定，將所有分層線(xiàn)用鉛筆畫(huà)好后，用鋼鋸條沿著分層線(xiàn)鋸出一道細(xì)凹槽。將硬紙板剪成3 cm×5 cm左右的大小，用小塊紙板順著縫隙插入小稿模型，每插2至3片就用502膠水粘合成一體，依次插滿(mǎn)所有水平層，用記號(hào)筆在每一層紙板上標(biāo)記好層數(shù)和垂直層的xy軸的定位點(diǎn)，完成后取下水平層，再用同樣的方法制作垂直層，輪廓圈就算完成了。

2）放大1∶1三合板圈

把每一層紙板輪廓分別放在坐標(biāo)紙上用圓珠筆將輪廓進(jìn)行復(fù)印，標(biāo)出層數(shù)和x、y軸定位點(diǎn)。在三合板上用墨斗打出1∶1的坐標(biāo)格線(xiàn)，然后把坐標(biāo)紙上的輪廓以點(diǎn)的方式在1∶1格線(xiàn)里標(biāo)出每個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，最后把所有坐標(biāo)點(diǎn)連成線(xiàn)，再把輪廓線(xiàn)向內(nèi)偏移10 cm左右畫(huà)一個(gè)內(nèi)輪廓線(xiàn)，用壁紙刀沿外輪廓和內(nèi)輪廓線(xiàn)將三合板切開(kāi)，同樣要在三合板上標(biāo)出對(duì)應(yīng)的層數(shù)和x、y軸定位點(diǎn)。放大10倍的所用的三合板輪廓圈就可以完成了。

3）組裝輪廓圈

用3 cm×3 cm木方作為骨架，沿著三合板輪廓內(nèi)圈用氣訂槍訂一圈木方來(lái)加固三合板。同時(shí)在水平地面上也畫(huà)出1：1的坐標(biāo)格線(xiàn)，標(biāo)出x、y中心軸。在格線(xiàn)上搭起腳手架（腳手架除了便于人員工作，還起到雕塑主體承重的重要用途。），腳手架工作完成后，先把加固好的水平層三合板輪廓按10倍層高從下往上依次用鐵絲固定在腳手架上，固定時(shí)用吊線(xiàn)錘定位坐標(biāo)的x、y中心軸使所有層坐標(biāo)與地面坐標(biāo)一致。水平層裝完后根據(jù)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)把垂直圈也裝上，組裝好輪廓圈就可以把1.5cm×3 cm木方按層高鋸成小段，用氣訂槍把輪廓圈連接起來(lái)，起到加固支撐的作用。

4）石膏雕塑形體

第一遍石膏要和的稍微稀點(diǎn)，用棕皮或者麻絲蘸上稀石膏在加固好的木架上鋪一層。第一遍石膏凝固好就可以用純石膏在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大型的塑造，塑造大型時(shí)石膏不要超出外輪廓圈，最好能留出1 cm的余量便于下面的細(xì)部雕塑，石膏大型完成后再?lài)?yán)格按照外輪廓圈和不斷地與小稿比對(duì)，直到雕塑效果與小稿完美一致就可以投入鑄造生產(chǎn)了。

3　電腦輔助人工套圈放大

3.1采集輪廓圈數(shù)據(jù)

根據(jù)小稿大小可以用兩種方法采集輪廓數(shù)據(jù)：

1）這種方法主要是針對(duì)尺寸較小的雕塑小稿，可以用平面掃描儀采集輪廓數(shù)據(jù)。用水平儀和鉛筆將雕塑小稿進(jìn)行水平分層和垂直分層，垂直層只需要x、y兩個(gè)中心軸，把所有分層線(xiàn)用鉛筆畫(huà)好后，用鋼鋸條先把垂直的x、y中心軸鋸出凹槽，然后把水平層直接鋸開(kāi)，將每段下面輪廓分別放在A4或A3紙上畫(huà)出輪廓，標(biāo)出x/y中心軸。對(duì)紙上的輪廓進(jìn)行平面掃描，用PS或者CR軟件以10倍放大輪廓，然后提取輪廓導(dǎo)出路徑文件。

2）如果小稿尺寸較大，比如50 cm～200 cm大小，用平面掃描就會(huì)有一定的困難。這種情況可以用全站儀把每層輪廓以點(diǎn)的方式進(jìn)行測(cè)量，點(diǎn)的密度盡可能大一些，使輪廓數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。然后把數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦處理成路徑文件導(dǎo)出。圖4為《天馬驕嘶》小稿電腦分層圖。

3.2處理輪廓數(shù)據(jù)

將以上兩種數(shù)據(jù)導(dǎo)入CNC數(shù)控機(jī)床所用的相關(guān)軟件再次進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以指導(dǎo)數(shù)控機(jī)床加工，同樣用三合板材料加工輪廓。圖5為《天馬驕嘶》套圈。

最后進(jìn)行組裝輪廓圈、石膏雕塑形體。圖6為《天馬驕嘶》套圈骨等，圖7為《天馬驕嘶》大樣上石膏。

圖4　長(zhǎng)39 m的《天馬驕嘶》雕塑小稿電腦分層　

圖5　制作《天馬驕嘶》套圈

圖6　定制《天馬驕嘶》套圈骨架

圖7《天馬驕嘶》大樣上石膏并細(xì)化

4　3D數(shù)字放樣

4.1三維數(shù)據(jù)掃描

在數(shù)字放大的整個(gè)過(guò)程中三維數(shù)據(jù)至關(guān)重要，所以?huà)呙柙O(shè)備和掃描技術(shù)水平都會(huì)起到?jīng)Q定性作用，一個(gè)好的掃描儀加高技術(shù)會(huì)讓三維數(shù)據(jù)更精確細(xì)致。針對(duì)不同大小的原始模型，可以用手持式激光掃描儀和非接觸式藍(lán)光三維掃描儀獲取三維數(shù)據(jù)。

1）手持式三維掃描

高度在1 m以上相對(duì)較大的設(shè)計(jì)模型，使用手持式自定位激光掃描儀對(duì)原始模型進(jìn)行三維掃描會(huì)比較方便，手持激光掃描儀通過(guò)對(duì)待測(cè)物發(fā)射出激光光點(diǎn)或線(xiàn)性激光。以?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的偵測(cè)器（電耦組件或位置傳感組件）測(cè)量待測(cè)物的表面到手持激光產(chǎn)品的距離，通常還需要借助特定參考點(diǎn)（通常是具黏性、可反射的貼片）用來(lái)當(dāng)作掃描儀在空間中定位及校準(zhǔn)使用。這些掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，會(huì)被導(dǎo)入電腦中對(duì)實(shí)物三維化，直接生成與模型完全一樣的高精度三維模型。

2）非接觸式藍(lán)光三維掃描（也稱(chēng)拍照式三維掃描）

高度在1 m以下特別是復(fù)雜的設(shè)計(jì)小模型使用藍(lán)光掃描儀相比較手持式三維掃描儀會(huì)更好地還原模型細(xì)節(jié)。拍照式三維掃描儀采用先進(jìn)的非接觸藍(lán)光技術(shù)照相測(cè)量原理，可避免對(duì)物體表面的接觸，測(cè)量過(guò)程中被測(cè)物體可以任意翻轉(zhuǎn)和移動(dòng)，對(duì)物件進(jìn)行多視角全方位測(cè)量，系統(tǒng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)進(jìn)行全自動(dòng)拼接，輕松實(shí)現(xiàn)物體360°高精度測(cè)量。并且能夠在獲取表面三維數(shù)據(jù)的同時(shí)，迅速獲取紋理信息，得到逼真的物體外形。特別適用于復(fù)雜曲面，三維立體掃描等。

4.2三維數(shù)據(jù)處理

通過(guò)三維掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)會(huì)不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周?chē)那嫫x原曲面，所以要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常要利用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行：

1）去掉噪音點(diǎn)，掃描時(shí)在物體周?chē)鷷?huì)有一些沒(méi)用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要手動(dòng)去除；

2）數(shù)據(jù)插補(bǔ)，對(duì)于一些三維掃描儀掃描不到的區(qū)域，其數(shù)據(jù)只能通過(guò)插補(bǔ)的方法來(lái)補(bǔ)齊；

3）數(shù)據(jù)平滑，但由于放大雕塑需尊重原作的要求，一般不允許對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)施加過(guò)大的修改量來(lái)滿(mǎn)足光滑的要求。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)處理可以較好地繼承原模型的藝術(shù)形態(tài)。獲得1∶1模型的曲面數(shù)據(jù)之后，將曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行分部、分段、分層、分塊，最后將每塊模型的1∶1曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，從而指導(dǎo)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)或者進(jìn)行3D打印。

4.3三維數(shù)據(jù)模型加工

1）CNC數(shù)控機(jī)床加工

CNC是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種由程序控制的自動(dòng)化機(jī)床，按控制軸數(shù)可分為三軸、四軸、五軸和七軸加工中心。加工中心按其加工工序分為鏜銑和車(chē)削兩大類(lèi)，該機(jī)床通過(guò)刀具切削將毛坯料加工成半成品零件。對(duì)于放大雕塑主要使用EPS泡沫和石膏兩種材料。

目前主要使用先進(jìn)手持的德國(guó)藍(lán)光三維掃描儀進(jìn)行模型掃描，再用高端CNC三軸加工和最先進(jìn)的七軸加工對(duì)1∶1模型數(shù)據(jù)進(jìn)行EPS泡沫生產(chǎn)加工。對(duì)于模型表面相對(duì)簡(jiǎn)單的模型或者復(fù)雜模型的簡(jiǎn)單部位，使用三軸加工中心進(jìn)行加工。如圖8為用CNC三軸加工大樣模型。對(duì)于類(lèi)似頭發(fā)絲、眼睛、衣褶等曲面復(fù)雜部位，采用七軸加工中心進(jìn)行加工。

圖8　CNC三軸加工《關(guān)公》大樣模型

加工好的模型可以直接進(jìn)行鑄造生產(chǎn)。

2）3D打印

雖然3D打印技術(shù)日趨成熟普遍，但由于打印材料特殊性和打印尺寸局限性使得原材料成本太高，現(xiàn)在大多數(shù)打印尺寸高度不超過(guò)60 cm，所以不適合太大雕塑放樣，對(duì)于放大3 m以下特別是表面細(xì)節(jié)較多模型，3D打印還是比較好的選擇。

5　結(jié)語(yǔ)

在長(zhǎng)期的藝術(shù)鑄造大型雕塑生產(chǎn)實(shí)踐中，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)模型，科學(xué)地選用具體的放樣方法，先后放大了廣州白云機(jī)場(chǎng)高16 m，長(zhǎng)78 m的巨型青銅雕塑《五云九如》，內(nèi)蒙古鄂爾多斯巨型青銅藝術(shù)工程《成吉思汗雕塑群》，杭州高63 m的巨型青銅雕塑《百鳥(niǎo)朝鳳》和高29 m、長(zhǎng)48 m的巨型青銅雕塑《錢(qián)王射潮》，河北唐山高78 m的巨型青銅雕塑《丹鳳朝陽(yáng)》，美國(guó)本土最大的青銅藝術(shù)工《馬與龍》以及湖北荊州高達(dá)48 m的《關(guān)公》等等有著一定影響的大型雕塑工程，取得了很好的成績(jī)，受到有關(guān)方面和社會(huì)的高度評(píng)價(jià)。所以科學(xué)放樣不能等閑視之。

TG2

A

1674-6694（2016）02-0064-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.019

2015-12-15 作者簡(jiǎn)介：鄭新明（1980-），男，助理工程，主要從事藝術(shù)鑄造模型的創(chuàng)意設(shè)計(jì)制作以及大型雕塑的放樣。