寧左通

（鳳崗鎮(zhèn)測繪隊,廣東 東莞 523690）

隨著科學技術的日益發(fā)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(tǒng)的丈量數(shù)據與人工繪圖方法轉變?yōu)檫\用全站儀采集數(shù)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(shù)據，但是目前較少考慮到不同建筑結構建筑物測繪時的區(qū)別，而在測繪建筑物時，根據其結構特征確定數(shù)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(tǒng)在三維空間數(shù)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(yōu)勢，運用CAD建立所測建筑物的三維立體模型，實現(xiàn)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(shù)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(shù)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(guī)則，但都要遵循數(shù)據采集的總原則，即采集特征點信息，盡量避免數(shù)據冗余，且有必要地檢核數(shù)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?shù)谋磉_；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(shù)據采集過程

2.1 布設控制網

環(huán)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(shù)據

對細部點采集數(shù)據時，為區(qū)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(shù)據，這些數(shù)據將作為繪制平面圖、立面圖、三維建模的基礎數(shù)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(shù)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(shù)據格式，然后通過二次開發(fā)的AutoLISP"展點和連線"程序，實現(xiàn)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(shù)據實現(xiàn)"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(chuàng)建實體

墻體、柱子、窗戶等都需要利用拉伸創(chuàng)建實體，首先要建立相應平面圖形，形成面域，然后再執(zhí)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(shù)據，在實際的測繪工作中可以減少工作量，提高作業(yè)效率，避免重復測量；而且全站儀采集輪廓數(shù)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(fā)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(shù)字城市及其建模應用技術[J].福建建筑，2009(2)：69-111.