测绘新技术在古建筑保护中的应用

古建筑作为人类历史文化的重要载体，承载着丰富的历史记忆和文化价值。然而，在现代化进程中，古建筑面临着自然侵蚀、人为破坏等多重威胁，古建筑保护工作较为艰巨。近年来，随着科技的进步，测绘新技术不断涌现，为古建筑保护提供了新的解决方案。基于此，文章以三维激光扫描技术为切入点，叙述了古建筑保护的重难点，分析了测绘新技术在古建筑保护中的应用意义，总结了三维激光扫描技术在古建筑保护中的原理，并根据实践经验，提出了测绘新技术在古建筑保护中的应用要点。

在当今社会快速发展的背景下，如何平衡古建筑物保护与发展之间的关系，是工作人员应该思考的问题。测绘技术是古建筑保护领域的一项关键技术，其重要性不言而喻。通过高精度、高效率的测绘工作，工作人员可以全面、细致地记录古建筑的结构特征空间布局、材料特性等关键信息，为后续的修复、维护乃至搬迁奠定基础。

古建筑保护的重难点

古建筑多采用传统材料如木材、砖石等，这些材料在长时间的自然侵蚀和人为破坏下，往往出现腐朽、开裂、风化等问题。同时，古建筑的结构复杂，如木结构的榫卯连接、砖石结构的砂浆连接等，对修缮技术要求极高。如何准确识别并处理这些材料和结构问题，同时保持古建筑的原有风貌，是技术层面的一大难点。此外，随着科技的进步，三维激光扫描等新技术的应用，为古建筑保护提供了更多可能性，如何在运用现代技术的同时，传承和发扬传统修缮技艺，确保修缮后的古建筑既符合现代安全标准，又保留其历史文化价值，是技术创新的难点所在。

测绘新技术在古建筑保护中的应用意义

测绘新技术如三维激光扫描技术，极大地提升了古建筑数据获取的精确性和全面性，该技术能够记录古建筑的结构、纹理、形态等信息，为古建筑保护提供了坚实的数据基础，相比传统测绘方法，新技术能够避免人为误差，减少对环境的破坏，同时实现非接触式测量，保护古建筑的原貌。例如，三维激光扫描技术通过激光脉冲的反射原理，能够精确获取古建筑的三维坐标信息，构建出高精度的三维模型，为后续的修复、复原工作提供科学依据。

测绘新技术的应用促进了古建筑保护工作的智能化，通过集成多种传感器和数据分析技术，可以实时监测古建筑的状况，及时发现并预警潜在的安全隐患。在利用三维激光扫描技术的基础上，结合虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，可以模拟古建筑在不同环境下的表现情况，为修复方案的制定和优化提供直观、生动的展示。

测绘新技术的普及和应用还推动了古建筑保护的国际合作与交流，随着全球化的深入发展，各国在文化遗产保护方面的合作日益加强，测绘新技术作为国际通用的技术手段，为各国在古建筑保护方面的合作提供了便利，通过共享测绘数据和经验，各国可以共同应对古建筑保护中的挑战和问题，促进全球文化遗产的保护和传承。同时，新技术的交流与应用也有助于推动古建筑保护技术的不断创新和发展。

三维激光扫描技术在古建筑保护中的原理

三维激光扫描系统，由主机、电源、控制和数据存储计算机、参考点靶标以及三角支架等关键部件构成。在扫描过程中，三维激光扫描系统巧妙利用激光二极管作为发射源，向目标物体发射近红外波长的激光束，这些激光束在接触到目标表面后会发生漫反射，部分反射信号随后被高灵敏度的接收器捕捉，通过精确测量激光信号在仪器与目标表面之间的往返时间，系统能够计算出两者之间的精确距离。为了实现激光束的全方位扫描，系统内置了精密的伺服驱动电机系统，它能够控制多面反射棱镜在横轴和纵轴方向上快速旋转，从而确保脉冲激光束能够沿着预定轨迹扫描整个目标区域。

从测量原理上来看，三维激光扫描系统通常采用仪器内部坐标系统作为基准，其中X轴和Y轴位于横向扫描面内且相互垂直，而Z轴则垂直于横向扫描面。这种坐标系统设定使得每一个通过激光扫描获得的测点（即“点云”中的每一个点）都能被精确定位，其空间位置信息由目标点与仪器间的距离d、激光脉冲在横向扫描面上的角度α以及在纵向扫描面上的角度β共同确定。通过这些参数，系统能够计算出每一个测点的三维坐标，并以点云的形式存储于计算机中。

三维激光扫描技术在古建筑保护中的具体应用

三维激光扫描技术通过非接触式的高速激光扫描，能够全方位、高精度地捕获古建筑内外的三维数据，真实记录每一块砖石、每一根梁柱的精确位置与形态，避免了传统测绘方法对古建筑的潜在损害，还极大地提高了数据准确性。由于手工测绘难以精确捕捉建筑现状的复杂空间数据，尤其是细微的形变与残损情况，其技术图纸往往只能大致描绘，并在关键变形部位辅以文字说明，这样的表达方式并非真正意义上的“现状图”，难以满足现代古建筑保护对精准数据的需求。而三维激光扫描技术能够迅速采集建筑表面海量的点云数据，基于点云数据生成的剖切图，其精度与点云数据保持一致，结合传统手工测绘图纸，可以对每一品梁架的现状进行分析，精确表达其形变状态。此外，利用柱顶和柱底点云数据的横剖面图进行拟合，可以绘制出精确的平面图，并据此计算出各柱的高度、收分、生起与侧脚等关键参数，通过与历史资料和传统测绘结果的对比，能够全面揭示古建筑柱子的现状数据，为修复与保护提供科学依据。

通过对古建筑的全面扫描，工作人员能够轻松获取建筑内外形制的原始面貌，包括那些在传统测绘中难以捕捉的复杂细节，如柱子的生起与侧脚、屋角的起翘、正脊的曲线等。更为重要的是，三维激光扫描技术所生成的数据可以直接在电子图上进行读取与处理，为古建筑的维修、复原及研究提供了极大的便利，无论是梁、檩、椽等建筑构件的尺寸信息，还是它们因岁月侵蚀而产生的下垂、倾斜、扭曲等形态变化，都能被精确地量化与记录。在墙壁现状分析方面，三维激光扫描技术展现出了非凡的能力，该技术能够快速采集建筑墙面的点云数据，进而对墙面的平整度和收分情况进行深入分析，不仅有助于精确检测墙面空鼓的面积和区域，还能达到毫米级的高精度，远胜于传统的肉眼观察方法。而对于墙面的平整度评估，则通过点云数据拟合出一个参照平面，直观展示墙面的凹凸情况，为墙面的修复与维护提供精准指导。在国内，越来越多的古建筑保护专家开始积极探索三维激光扫描技术的应用。以昆明市博物馆的国家重点保护文物—地藏寺经幢为例（如图1所示），通过三维激光扫描技术，专家们能够精确记录经幢的每一个细节，从五段紫砂石的精雕细刻到七层八面的宝塔形结构，再到层级间的精致界檐，都得以完美呈现。在这个过程中，通过合理的站点设置与数据拼接，三维扫描技术能够确保数据的完整性与重叠度，为后续的建模与分析工作奠定了坚实基础。

三维激光扫描技术凭借其全方位数据采集能力，为古建筑的整体变形监测提供了可能。在实施过程中，工作人员需对古建筑进行两次或多次的三维激光扫描，获取其不同时间点的整体数据，利用逆向工程软件对这些数据进行整体配准，这决定了后续分析的准确性和可靠性。完成数据校准后，便进入整体分析阶段。尽管目前市场上尚缺乏专门用于整体变形监测的数据分析软件，但逆向工程分析软件凭借其强大的比对功能，通过将古建筑的整体数据作为逆向工程软件中的“零件”导入，利用软件的比对功能，可以直观地分析出前后两次扫描数据之间的差异，这种差异不仅反映了古建筑在时间维度上的变化，更揭示了其整体变形的内在规律。最终，通过逆向工程软件的比对分析，可以生成两种形式的整体变形监测结果。一种是以假彩色表现古建筑点云模型的方式，通过计算前后两次扫描中相同部位点云的距离差值，为这些点云赋予不同的假彩色，从而构建出一幅直观展示古建筑整体变形情况的三维模型，这种模型能够清晰地反映出古建筑各个部位的变形大小，为保护工作提供了直观的视觉参考（如图2所示）。

基于三维数据，可以构建出高精度的古建筑三维模型，这不仅对古建筑历史风貌进行了记录，更为后续保护与管理工作提供了坚实的基础。以三维模型为核心，可以构建一个全方位、多层次的古建筑三维信息管理系统，该系统不仅能够对古建筑的三维空间信息进行全面记录，包括其结构特征、材质纹理等，还能够关联其属性，如建造年代、历史背景、修缮记录等，实现古建筑信息的多维度整合。通过这样的系统，可以轻松实现对古建筑状况的长期有效监测，及时发现潜在的安全隐患，为制定科学的保护方案提供有力支持。在这个过程中，可以将三维激光扫描技术与虚拟现实技术相结合，将古建筑的三维空间信息以沉浸式的方式展现给公众，无论是历史学者、文化爱好者，还是普通游客，都能通过佩戴VR设备，亲身体验古建筑的壮丽与辉煌。

测绘新技术在古建筑保护中的应用已经取得了一定成效，不仅提高了测绘的精度和效率，还为古建筑的保护、修复和管理提供了有力支持。通过三维激光扫描技术的应用，可以实现对古建筑全方位、高精度的数据采集和模型构建，为古建筑的保护工作提供科学依据。在后续工作中，相关人员仍要加强相关技术的研究与发展，进一步提高测绘工作的效率，更好地保护文化遗产。

（作者单位：深圳市爱华勘测工程有限公司）