基于展現病害現狀的建筑遺產測繪教學創新研究

李汀珅 王立志 王新宇

摘? 要：隨著勘察測繪技術的不斷發展，以展現建筑遺產病害現狀的勘測手段逐漸興起，并將取代之前的人工測繪模式。本文擬將該勘測技術與建筑遺產測繪課程進行對接，選取徐州徐海道署照壁為參照實例，從準備流程、攝影取像、軟件建模、注意問題等多個方面進行詳細闡述，并且探討該勘測技術在建筑遺產測繪課程中運用的可行性，也為該門實踐課程的創新發展提供有益的探索。

關鍵詞：建筑遺產;病理現狀;勘測技術;教學創新

中圖分類號：TU195? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）15-0076-03

建筑遺產測繪課程在學術研究、建筑創作、遺產保護、人才培養等方面都有重要的社會意義 [1]。在建筑學的教育中，知識結構優化、專業技能提高、創新能力培養有舉足輕重的作用 [2]。然而，目前我國相當一部分高校開設的建筑遺產測繪課程，其教學方法還停滯在比較傳統的手工測繪階段，與目前建筑遺產測繪發展的三維實景建模趨勢有著明顯的脫節 [3]。因此，本文指導學生完成對于徐州徐海道署照壁的三維實景建模測繪，探討將該技術運用于建筑遺產測繪課程中的可行性。

一、選取案例的背景及原因

本項目選取了原徐州徐海道署大門南側的大照壁，其長約30米，高約5.6米，為徐州地區第一大照壁 [4]。徐海道署始建于明洪武十一年（1378年），是明清時期管轄徐、淮、海地區的最高行政機關。目前徐海道署僅存二進院的大堂和大照壁兩處。20世紀90年代，徐州市文物局曾組織人員對于大照壁進行大規模修復，然而修復效果不盡如人意。2006年6月，徐海道署被江蘇省政府列為省級文物保護單位，足見其歷史與文化的價值。

項目選擇徐海道署照壁為案例，一方面是基于其體量和材質的考量。作為建筑遺產測繪課程的探索試驗，選取的案例體量不宜過大，體型不宜過于分散，保證3到4名學生為一組，便于分組與現場指導;同時材質也不宜過多，以便在后期病害分析教學中易于指導。另一方面，也是對于徐海道署照壁保護的現實意義，盡管有著深厚的歷史與文化價值，但是對于該照壁測繪和保護工作非常缺失，因此對其進行基礎測繪調研也有一定程度的實際意義。

二、三維實景建模在測繪教學探索流程與成果呈現

（一）前期準備與數據處理流程

隨著勘查技術的發展，無人機攝影建模已取得一定的發展。但本項目中的徐海道署照壁，其南北兩側均被老舊居住區包圍，空間狹窄且電線混亂，無人機更適用于開敞空間飛行攝影，且在居民樓附近狹窄的空間飛行考驗操控者的技術，同時對居民的隱私有一定的侵犯。綜合以上因素考慮，本研究最終采用地面近景攝影測量技術。

在進行實地的現場勘查測繪之前，項目學生成員們被安排系統地學習了歷史建筑勘測與表現體系。在此基礎之上，著重講述該項目選用的三維實景建模軟件Photoscan，并且從相機規格、拍攝技巧、照片像素、導入設置、圖紙生成各個方面做了明確的講解，在測繪學習不斷推進中，老師持續對學生制作的Photoscan模型進行校正輔導，確保學生完全掌握該表現技術。

（二）現場測繪攝影取像

出于照壁高度的考量，實際測繪中按其高度劃分，分為四部分進行拍攝，即0至1.8米以地面正投影拍攝，而1.8至3.3米、3.3至4.8米、4.8至5.6米三部分則需要借助梯子來輔助完成拍攝。對于屋頂的拍攝，則借助兩側居民樓樓梯間進行取樣拍攝。在實際拍攝過程中，需要同時拍攝標尺與建筑物以獲得真實的尺寸與相對位置，有利于后期生成點云數據。另外，連續拍攝的照片重合率要達到70%以上方可滿足要求 [5]。現場采集高分辨率圖像共計735張（每張照片像素5760×3840），特征連接點217 345點，生成密集點云63 933 815點，三維網格模型1600036面，后期可以方便觀察、分析表面病害和分布位置。

考慮到后期計算機圖像處理，且攝影表面建模的紋理貼圖來自現場采集的高分辨率圖像，為滿足實驗室的材料甄別與病害分析與定位的需要，在實際的現場測繪攝影取像的過程中，應注意以下幾點：（1）應選擇較為理想的天氣，光照充足;（2）為保證成像尺寸與實際相一致，前三張照片要拍攝帶有標尺的圖像;（3）需要架設三腳架進行拍攝，每次固定焦距及其他相機參數;（4）每次移動50公分，保證獲得照片的重疊度在70%以上;（5）如遇到遮擋物，可多角度拍攝，力求后期成像更加準確;（6）切勿不按順序拍攝;（7）生成的三維模型如果有失真情況，需要在對應位置進行原參數補拍。

（三）三維實景模型生成

在完成現場測繪工作之后，項目團隊需要對取得的圖像資料進行匯總處理，并且通過三維實景建模軟件進行生成。本項目選擇通過多角度專業密集采集高分辨率圖像，以專業圖像識別建模軟件PhotoScan進行圖像處理（本項目與蘇州測繪院合作聯合教學）。PhotoScan軟件較之于其他的三維實景模型軟件，其優勢在于需要的影像取得設備較為簡單，較高像素的相機就可以滿足要求，而無須激光成像設備等昂貴設備，在實際的建筑遺產測繪課程組織上較為方便且優勢明顯。將所取得的圖像資料導入到軟件中，建立三維點云（point Cloud）模型，再由點云生成網格（Mesh Model）的模型。

在完成點云生成網格（Mesh Model）模型的生成工作之后，需要賦予建筑遺產表面紋理貼圖（Texture Map），保證完整反映出建筑遺產的實際病害情況。最后，檢查實景三維模型是否存在失真的情況。因現場拍攝總會有不可避免的失誤，如果存在拼接問題、與實際情況不同等情況，則需要針對相應位置進行補拍，再進行數據分析處理。同時，在補拍時需要注意保持原有參數和焦距，與之前拍攝的數值保持一致。通過點云數據獲得高精度三維模型不僅可以完整表現出照壁的實際情況，還可以生成消除透視變形后能精確測量的正投影透視圖，直觀地反映建筑物表面的材料病害情況。

三、三維實景測繪教學后續配合組織教學

建筑遺產測繪的課程是建筑遺產保護的基礎。因此，在完成三維實景成像之后，可以配合和展開的教學研究工作有許多方面。下文將選取幾個方面，對于三維實景測繪教學的后續教學組織進行探討：

（一）建筑遺產材料病害甄別分析訓練

在完成實景三維成像的訓練后，可以引導學生對于建筑材料進行研究，深入了解不同時期所偶有的建筑材料、特點特性和施工工藝，同時分清其中的具體差異，并將具有代表性的材料樣品進行拍照留作范例。此外，還要對建筑材料病害的內外肌理與材料耐久性進行了解。參照相關國際標準，有利于科學而準確地訓練學生對于材料和結構的病害與劣化原因的掌握。在這個過程中，要對病害劣化原因情況由輕度到重度進行初步分類與編號，完成對于建筑遺產病害甄別的訓練。

（二）建筑遺產病害圖例表征繪制訓練

在完成材料及病害分析后，需繪制建筑材料及病害圖例表征，這部分也需要深度結合實地調研和三維建模成像的具體表現。例如，在建筑立面三維成像的圖像上，采用不同的符號和顏色進行標記，以用于識別和分類各個材料或者病害情況。同時在此基礎之上，需要按順序列出圖例，以方便讀取符號與顏色所代表的具體材料或者病害情況。由此可見，與傳統的建筑遺產測繪課程相比，三維實景測繪的教學手段和成果可以有效地支撐建筑病害圖例表征的繪制訓練內容。

（三）建筑遺產修復保護策略設計訓練

修復保護策略設計是在建筑遺產材料及其病害圖例表征的基礎上，綜合針對不同病害劣化情況可能的干預方式，并且通過不同的符號、顏色或其他圖形在圖紙上進行標記，同時還需要羅列出具體的干預方式，以便之后獲取準確的修復與干預信息。而具體的修復訓練內容包含：初步干預（如清除植被，清除瓦礫等）;前期加固（存在有價值墻面需要此步驟）;表面清洗;后期加固（針對材料和結構的加固措施）;保護劑和表面處理;后期增加構件。

四、結語

三維實景成像技術有效嵌入建筑遺產測繪課程，可以很好地增加建筑遺產測繪課程與其他建筑課程的對接，同時也促進了課程與實際保護工程的有效對接。由此可見，通過不同層面的三維實景成像測繪的教學訓練是一種有益的嘗試。

參考文獻：

[1] 王其亨，吳蔥，白成軍. 古建筑測繪[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2] 喬恩懋，尚大為. 基于三維實景建模技術的古建筑測繪[A]//長沙市人民政府、中國民族建筑研究會. 中國民族建筑研究會第二十一屆學術年會論文特輯[C]. 長沙：中國民族建筑研究會，2018：9.

[3] 胡岷山. 三維激光掃描技術在古建測繪中的應用——以教學實驗課程為例[J]. 建筑學報，2018（06）：126-128.

[4] 孫統義. 徐州亟需保護的三處重要文物古跡[A]//中國古都學會、徐州古都學會. 中國古都研究（第十七輯）——中國古都學會2000年學術年會暨中華古都徐州歷史文化資源開發研討會論文集[C]. 西安：中國古都學會，2000：8.

[5] 馮珊珊. 建筑遺產保護與修復的意大利經驗[J]. 建筑與文化，2014（06）：165-167.

（薦稿人：張明皓，中國礦業大學建筑與設計學院主任，副教授）

（責任編輯：淳潔）