淺談建筑工程的測繪技術運用

寧左通

（鳳崗鎮測繪隊,廣東 東莞 523690）

隨著科學技術的日益發展,電子測量儀器的廣泛應用，房屋的測繪與模型建立己由傳統的丈量數據與人工繪圖方法轉變為運用全站儀采集數據并用計算機成圖的方法，如遠距離傳輸、多方共享，并可為建筑物日后的維修及保護提供重要的可靠數據，但是目前較少考慮到不同建筑結構建筑物測繪時的區別，而在測繪建筑物時，根據其結構特征確定數據采集的重點，對于能否準確地建立模型起到決定性的作用。

建筑物結構有承重墻結構、框架結構、混合結構之分，且不同結構之間存在較大的差異，因此在測繪建模前，必須詳細地了解建筑物的基本構造和細部構造，根據其構造特點測定相應的特征點,CAD系統在三維空間數據處理方面的應用已經取得較大的進展，其在圖形處理與真三維建模方面具有獨特的技術優勢，運用CAD建立所測建筑物的三維立體模型，實現建筑物設計的逆向操作過程，對建筑信息的提取及保存都有很大的意義。

1.不同結構建筑物的數據采集

1.1 房屋建筑結構

1)承重墻結構：承重墻結構主要由墻體承受荷載；

2)框架結構：框架結構沒有設置剪力墻的要求，所有墻體均作為維護結構或分割建筑空間使用，不承擔建筑的荷載，因此框架結構由梁和柱承受荷載；

3)混合結構：是承重墻結構與框架結構的混合，從建筑物的整體性而言，剪力墻結構的整體性大于框架結構的整體性，而框架結構的整體性大于混和結構的整體性。

1.2 房屋建筑主體測定

要繪制房屋的建筑軸線圖、平面圖、立面圖等建筑圖，需要測定建筑物特征點的三維坐標.對于本文2.1所述的3種不同結構的房屋，因其結構的差異，在全站儀采集數據時，測定的主體有所不同：

1)承重墻結構：外墻與內承重墻為測定主體；

2)框架結構：柱列及外墻為測定主體；

3)混合結構：墻和柱均為測定主體。

1.3 房屋的細部測定

要建立一個房屋的三維模型，不僅需要測定房屋主體信息，還要對細部特征點進行測定，房屋建筑細部構造有：墻壁、柱梁、屋蓋、門窗、臺階、樓梯、地坪、樓板、天花板、建筑裝飾等，對這些細部特征點的采集具有相應的規則，但都要遵循數據采集的總原則，即采集特征點信息，盡量避免數據冗余，且有必要地檢核數據。

1)墻壁：墻壁的角點是建筑物的重要特征點，因此，墻壁的角點至少測定代表墻頂和墻底的上下兩點，一堵墻的基底點(墻與地坪或散水的交點)和頂點必須有多點驗證其標高的一致性，門洞、窗洞、通氣孔為墻體的空缺部分，應測定洞口在墻面的角點作為門窗等定位的依據，墻體測定是構建建筑物主體和擬合建筑軸線的重要依據，因此在測定墻體時應有建筑物的整體概念和建筑軸線分布的概念。

2)柱梁：柱列的中心位置是擬合建筑軸線的重要依據，方柱測定其頂部和底部的角點，圓柱至少要分別測定頂部和底部的3個圓周點，架于柱頂部的每根橫梁至少要測定能表達其兩個斷面的點位。

3)屋蓋：測定的點位應能對各種類型的屋面(平屋面、斜屋面、拱形屋面)作恰當的表達；此外，屋蓋的附屬物，如天溝、水落管、水斗等，也應測定其特征點。

4)門窗：門窗是房屋建筑的重要組成部分，要精確測定其細部結構，并且要測定門窗的附屬物，如門柱、窗臺、門楣、雨篷等。

5)臺階：要實測其梯級及附屬結構物，如平臺、花壇、矮墻、欄桿等。

6)樓梯：要實測其梯級、平臺、扶手欄桿等。

7)地坪樓板：要精確測定建筑物大門進廳的室內地坪的標高，因為它一般作為零標高(±O)，用于確定其余各點的標高，此外，每一層樓面都要測定其標高，同時測出樓面板的厚度。

8)天花板：各種形式的吊頂都需要測定其標高及范圍。

2.全站儀對建筑物的數據采集過程

2.1 布設控制網

環繞所測建筑物，布設閉合導線，測定各控制點的三維坐標，進而用附合導線加密，將控制點引入所測建筑物內的各個層面，這樣可得到測繪整個建筑物所需的三維控制點。

在待測建筑物的周圍選定了6個大致均勻分布的控制點位，按照閉合導線進行測量與計算，得到這些控制點的三維坐標。

2.2 采集數據

對細部點采集數據時，為區分各類不同的點及連線信息，需要按各點的特征輸入不同編碼，然后自動記錄各點的坐標等數據，這些數據將作為繪制平面圖、立面圖、三維建模的基礎數據。

根據誤差傳播定律，可得細部點的點位中誤差為：

式中：ma、mp分別為水平方向的方位角a、鉛垂面的垂直角β的中誤差；D、D、S分別為平距與斜距：p=206 265"

實測時采用SET230R型電子全站儀，其測角精度為±5"測距精度為±2 mm，一般情況下觀測斜距S≤20m，傾角β≤30°，代入式(1)可得：

即M≤±2.1 mm，該精度完全能滿足建筑物的三維建模的需要。

3.CAD三維建模

用全站儀采集完建筑物的細部點信息以后，即可進行三維立體模型的建立，對于不同結構的建筑物，其建立模型的過程是一致的，因此，下面以某一建筑物的三維建模為例，敘述其建模過程。

3.1特征點的展繪與連線

前文已經介紹，在全站儀采集數據時，各細部點記錄為一個字符串，依次為點編號、縱坐標、橫坐標、高程、代碼，這種格式是Auto－CAD可接受的數據格式，然后通過二次開發的AutoLISP"展點和連線"程序，實現Auto－CAD對細部點的自動展繪及連線功能，如圖2所示，為對特征點數據實現"展點和連線"程序后的線劃圖，圖2(a)是線劃圖的俯視圖，圖2(b)為軸測圖，此時，所有的線段都是獨立的，還沒有形成圖形實體。此圖作為對該建筑物建筑圖繪制、三維立體模型繪制的基礎。

圖2 展點后的線劃圖

圖3 由線劃圖擬合的建筑軸線圖

3.2 擬合建筑軸線

按照線劃圖的建筑物外墻輪廓可以擬合出建筑軸線圖，建筑軸線對建筑物測繪成果具有重要的檢核作用，同時也是建筑物建立三維模型的依據，如圖3所示，是對圖2的線劃圖擬合出的軸線圖，在圖3中具體標注了建筑物的信息，其中建筑軸線的方位角a= 25°。

3.3 建立三維模型

建筑線劃圖是直接由屬性相同的點連線形成的圖形，雖然看上去像房屋的形狀，但是實際上是由一條條的直線或圓弧構成的，并不是名副其實的三維圖形，還不能進行CAD中的消隱、著色、渲染、陰影、拉伸等三維實體操作。所以接下來要以線劃圖為基礎，繪制出三維圖形，建立建筑物實體。

3.3.1 建立圖層

根據建筑物不同的構成部分如墻壁、柱子、窗戶等建立不同的圖層，合理使用圖層能夠給圖形的繪制和使用帶來很大方便：①在各圖層中可以設置不同屬性對象的顏色、線型、線寬等；②繪制某一圖層的圖形時，如果被另一圖層的圖形遮擋，可以關閉那個圖層；③使用已有的圖形時，根據圖層信息就可以對整幅圖形的信息有一個總體掌握，根據實際要求，選擇需要的圖層信息，將其打開，關閉其余圖層，這樣不需要的圖形便不會顯示，從而大大提高了工作效率。

3.3.2 創建實體

墻體、柱子、窗戶等都需要利用拉伸創建實體，首先要建立相應平面圖形，形成面域，然后再執行'拉伸"操作，"拉伸"以后，形成的就是三維圖形，根據需要，可以拉伸成立方體、圓柱體、圓錐體等實體，需要注意的是，拉伸生成圓錐體時，是以平面圓為被拉伸基礎，在選定被拉伸圓后，輸入高度，再輸入拉伸的傾斜角度，這個角度可以是在-90°～90°之間任一角值，正角度表示從基準對象逐漸變細，負角度表示從基準對象逐漸變粗，輸入的拉伸長度和傾斜角度要在一定條件下才會生成圓錐體，如當指定一個較大的傾斜角或是較長的拉伸長度，將導致拉伸對象在達到拉伸高度之前就已經匯聚到一點上；若拉伸長度很短，還沒有交點，就形成一個棱臺。

4.結語

考慮建筑物建筑結構的不同，有所側重地采集三維數據，在實際的測繪工作中可以減少工作量，提高作業效率，避免重復測量；而且全站儀采集輪廓數據和在AutoCAD中建立模型均不復雜，可以說這種建立三維模型的方法十分簡單且易于操作。此外，全站儀具有無需反射標志的特點，這樣就可以不接觸被測對象表面而獲得對象的三維信息，因而在歷史建筑的測繪時可以避免對其造成損害，充分發揮了全站儀的特長。

[1]馬海志，郭志奇.古建筑測繪的原則與方法探討[J].北京測繪，2007(2)：51-53.

[2]林濤.仿真三維數字城市及其建模應用技術[J].福建建筑，2009(2)：69-111.