历史建筑数字化测绘研究方法

张雪峰 莫 畏

(吉林建筑大学设计艺术学院，长春 130118)

1 数字化测绘原理

现代建筑设计和建造过程，从方案设计阶段开始，经初步设计阶段至施工图设计阶段，设计工作方告一段落，施工图设计完成后交付施工单位建造，最终建成成品建筑.这一过程可称为建筑的正向建造过程[1].建筑测绘则是建筑的正向建造过程的逆向推导，是对已建成建筑的资料性反求过程(见图1).

建筑测绘的对象是已建成的建筑，前期外业作业阶段测绘工作包括3个方面的内容:一是测量建筑相关数据，绘制建筑测绘草图，包括总平面测绘草图，建筑平、立、剖面测绘草图，以及建筑大样测绘草图;二是拍摄建筑影像资料，包括建筑外景、内景、细部，以及测绘现场的工作照等;三是调查建筑相关资料与考证相关历史史料，包括建筑类型、建造年代及建造过程等资料，后期内业作业阶段依据建筑测绘草图绘制全套建筑测绘图;整理建筑影像资料;根据调查和考证成果撰写建筑考察报告，最终形成完整的建筑测绘成果.建筑测绘成果由图本和文本两部分组成，图本部分包括建筑测绘图与建筑影像资料;文本部分即建筑考察报告.从以上论述可知，建筑测绘实际上是对已建成建筑的资料性反求过程，是从已建成的建筑实物反求建筑设计图及原始建造过程的工作，其测绘成果的建筑测绘部分采用的也是现代建筑设计的图式语言表达模式.实质上，在测绘和研究古建筑的同时，古建筑测绘和研究成果已成为修复保护工作的重要依据.

图1 建筑测绘流程示意图[2]

2 测绘方法——标线摄影建模数字化建筑测绘方法

“标线摄影建模的数字化建筑测绘方法”(Graticule－Photography－Model digital building surveying and mapping)的目标，是研究一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法，以完成使用传统建筑测绘方法很难、甚至无法完成的复杂而有规律的曲面几何形体建筑部位或构件的建筑立面测绘图测绘.无论测绘古代建筑还是近代建筑，都可以使用“标线摄影建模的数字化建筑测绘方法”完成其建筑立面图测绘.传统建筑测绘方法使用建筑绘画性质的近似图式语言，辅之以照片等参考资料表达其基本形式特征，对绝大多数建筑而言，这一缺陷涉及的建筑部位或构件所占份额很小，不能影响整个建筑测绘成果.

基本思路为:以符合标线摄影建模的数字化建筑测绘方法特定要求的标线建模照片为依据，使用普适性建模SketchUp软件的Photo Match及AutoCAD软件，建立拟测建筑部位或构件符合建筑测绘准确性要求与尺度表达要求的三维模型，并完成由此衍生的建筑立面测绘图或建筑剖面测绘曲线.SketchUp的Photo Match功能是以照片中的物体为依据，建立该物体三维模型的基本原理，通过调整透视辅助线调整虚拟相机的位置和方向，使建模场景的透视关系与照片场景的透视关系匹配，然后根据建模照片中物体外表面的形体特征，以建模的点、线、面、体与建模照片中该物体对应的点、线、面、体为判断标准，建立该物体的三维模型.

3 操作流程

(1)标线环节.首先，现场详细考察拟测建筑部位或构件，并完成其建筑平面测绘草图，在此基础上，依托测绘者专业判断能力，确认建模照片无法反映的拟测建筑部位或构件的整体形体特征，补充建筑测绘必需的基础资料，从而部分消除建模依据的资料依据缺陷;其次，在拟测建筑部位或构件外表面明确标示表达其三维形体特征的曲线或直线，成为建模标示线，以提供准确的建模资料依据与明确的判定标准.

(2)摄影环节.首先，确定建筑部位或构件的空间关系的水平面或垂直面，在该平面内获取一个几何图形或构成集合图形的定位点，测量绘制该集合图形所需的定形尺寸，并在建模照片上明确显示该几何图形或其定位点，在Google SketchUp软件中导入建模照片后，依据获得的定性尺寸绘制相应的集合图形，以该几何图形为建模尺寸参照面缩放建模照片，使缩放后的建模照片与建模尺寸参照面匹配，然后以缩放后的建模照片为依据建立拟测建筑部位或构件的三维模型;其次，建模照片上明确显示两组平行线段或两组平行线段的定位点，每组线段含有两根水平线或两根垂直线，不同组的线段相互垂直，一般可取建筑中常见的、线形简单的建筑部位的边线，如矩形窗的外框边线、建筑的墙体边线、女儿墙边线、檐口边线、线脚边线等，以每组平行线段的长度和两条平行线段间的垂直距离与拟测建筑部位或构件的总体尺度接近为优选方案.

(3)建模环节.以表现建模照片为依据，利用Google SketchUp软件的Photo Match功能，完成拟测建筑部位或构件的三维模型，并以该三维模型为依据，生成拟测建筑部位或构件的建筑立面测绘图或建筑剖面测绘曲线(见图2).

图2 建筑测绘流程图[2]

4 “满洲国”国务院

(1)基本数据资料.“满洲国”国务院是“满洲国”直属的行政组织，掌握“全国”行政事务，其主要行政领导部门是总务厅，总务厅长受命于关东军第四军，这意味着伪满洲国务院是伪满政府的最高行政中枢机关，国家元首真正的领导者是日本关东军司令官，“满洲国”国务院代表“满洲国”政府形象，为此，在“满洲国”诸多建筑中占有最为重要的位置.“满洲国”国务院建于顺天大街的最北端，与“第九厅舍”治安部隔街相对，北靠顺天广场，于1934年始建，1936年竣工，工程造价250万元(时价)，占地面积4.9465万m2，建筑面积1.9115万m2，地上四层、地下一层半、局部塔楼六层，钢筋混凝土结构，塔楼顶部采用重檐的四角攒尖顶，瓦的颜色、宝顶细部造型及垂脊兽饰为日式风格;曲线屋顶及总体造型为典型中国风格，重檐屋顶下配4根塔司干柱式，建筑采用深褐色面砖和屋面瓦，配以浅色石材贴面，庄重而大气(见图3，图4).现为吉林大学白求恩医学部基础医学院，整体保存完整，局部有改变，1993年12月被列为吉林省重点文物保护单位[3].

(2)创建与组装模型.在SketchUp中进行构件组装.①与上文操作步骤一致，将“满洲国”国务院平面图(图5)在AutoCAD中绘制，并导入SketchUp中，将其置于基线层，确定塔司干柱、墙、重檐、窗、门等构件的位置;②将各构件按照其所处位置分类，以组件形式插入相应图层，并创建群组，使单个图层构件形成独立整体(图6，图7).

图3 “满洲国”国务院重檐

图4 “满洲国”国务院全貌

图5 “满州国”国务院平面图

图6 “满洲国”国务院重檐组合效果图

图7 “满洲国”国务院组合侧视效果图

5 结语

历史建筑数字化研究，是对建筑本身还原的一个重要手段，为历史建筑保护探索出一条可行的技术路线，可为以后的再利用提供更为有力的数据资料.

[1]张复合.中国近代建筑研究与保护(第二版)[M].北京:清华大学出版社，2001:23－31.

[2]杨秉德.数字化建筑测绘方法[M].北京:中国建筑工业出版社，2011:156－194.

[3]刘 威.长春近代城市建筑文化研究[D].长春:吉林大学，2012.