精準測量,，給古建筑做個“透視”
來源：科技日報 2013-1-10 李禾
在山西五臺山南臺西麓的樹林中,，千年古剎佛光寺靜靜矗立,。作為國務院公布的第一批全國重點文物保護單位,，佛光寺已列入世界遺產(chǎn)目錄。其中,，建于公元857年的佛光寺東大殿是我國現(xiàn)存最為完整,、體量最大的唐代木結(jié)構(gòu)建筑，也是研究唐代木結(jié)構(gòu)建筑最為重要的“標準器”,。
據(jù)清華大學建筑設計研究院文化遺產(chǎn)保護研究所等編寫出版的《佛光寺東大殿勘察研究報告》描述,，佛光寺東大殿背靠陡崖，50年代曾由于崖體倒塌使大殿后墻局部遭到破壞,，同時存在局部基礎不均勻下沉和木構(gòu)建糟朽,、斷裂等問題。
“清華大學文化遺產(chǎn)保護研究所承擔了佛光寺東大殿精確測繪等工作,。我們希望對東大殿用三維激光掃描的精確測量方法,，來確定建筑結(jié)構(gòu)變形,，通過對變形的量化分析,，得到東大殿結(jié)構(gòu)是否安全的結(jié)論。”清華大學建筑學院副院長呂舟教授說,。
20世紀30年代,，梁思成、林徽因根據(jù)敦煌第61窟中的“大五臺山圖”發(fā)現(xiàn)了佛光寺東大殿,，作為至今國內(nèi)已知的唯一唐朝木建筑,，這座珍貴的建筑對我國建筑史研究具有極重要的意義。
自梁思成開展佛光寺調(diào)研的1937年至今70多年里,，建筑歷史界多次踏勘,、測量東大殿。但測量手段基本以皮尺、鋼尺的手工測量為主,，數(shù)據(jù)取舍到0.5厘米,。
呂舟說，前人所做的測繪已取得巨大成果,，但由于以往測量工具和測繪手段的限制,，難以達到更高精度，誤差量也難以控制,，測量結(jié)果不一,。在本次勘察中，使用了三維激光掃描配合全站型電子速測儀定位,，全站儀可給出控制點的空間相對坐標,，為掃描結(jié)果的三維空間形象提供坐標；再加上局部的手工測量,，從而得到一套精確,、客觀的東大殿數(shù)據(jù)。如今,，在古代建筑測繪領域,，三維激光掃描已是一項常用的技術(shù)。
據(jù)介紹,，與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比,，三維激光掃描的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)全面性和準確性，可以在電腦中像做透視一樣進行切片測量,，從而測量無法直接測量的位置,，完成實測不可能完成的工作，并盡可能測量到所有數(shù)據(jù),，再通過數(shù)理統(tǒng)計推斷出最符合的原始設計尺寸,；全站儀所獲得數(shù)據(jù)精確，角度誤差為秒級,，測距誤差為毫米級,；觀測速度快，采集單個點僅需幾秒鐘,；工作距離最遠可達數(shù)百米等,。
呂舟說，“通過三維激光掃描獲得東大殿精確測繪數(shù)據(jù)后,，東大殿一些法式制度上的規(guī)律開始清楚地呈現(xiàn)在我們面前,，使重建或復原東大殿，消除結(jié)構(gòu)變形影響的標準形態(tài)成為可能,。”通過對三維激光掃描點云切片與復原的東大殿標準結(jié)構(gòu)剖面相比較,，就可得到東大殿準確的結(jié)構(gòu)變形情況,，對東大殿結(jié)構(gòu)安全做出判斷。這也是我國第一次把三維激光掃描應用于木結(jié)構(gòu)文物建筑的結(jié)構(gòu)安全評估,。
以文物保護為目的的測繪要求準確地反映文物建筑的現(xiàn)狀,，包括殘損、構(gòu)件錯置,、改動,、變形的情況，手工測繪中難以準確,、清晰地表現(xiàn)出文物建筑現(xiàn)狀,，或有可能在測繪過程中被忽略。“三維激光掃描為解決這一問題提供了可能性,。”呂舟說,。
東大殿被稱為我國古代建筑遺存中最為珍稀的一座，其所蘊含的設計思想,、結(jié)構(gòu)尺度和加工做法在非物質(zhì)遺存方面具有非凡價值,。因此，呂舟表示,，以精密測繪入手,，通過運用精密測量工具與傳統(tǒng)測繪相結(jié)合的方法，取長補短,，力求在使用目前最先進的技術(shù)條件下,，得到盡可能精確而全面的測繪結(jié)果等。在該結(jié)果基礎上,，繪制東大殿復原理想設計圖,。
“在上述工作的基礎上，我們才能提出了東大殿保護工作計劃以及初步的修繕建議等,。”呂舟說,。
據(jù)國家“指南針計劃—中國古代發(fā)明創(chuàng)造的價值挖掘與展示”專項，在“古代著名的遺址,、墓葬,、古建筑和土木工程設計、建造材料技術(shù)等方面”,，“進行系統(tǒng)的專項調(diào)查,、整理挖掘,、研究展示,、搶救傳承”。
文物建筑測繪國家文物局重點科研基地（天津大學）主任吳蔥教授說,，除三維激光掃描技術(shù)和全站儀外,，他們還將多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng),、固定翼無人機、無人直升機等新技術(shù)應用于古建筑測量中,，精確測繪了柬埔寨吳哥古跡,、天壇、故宮,、頤和園,、山西應縣木塔、遼寧義縣奉國寺等20多處古建筑,。
