楊 敏， 張 俊， 方 林

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200011)

0 引 言

隨著城市現(xiàn)代化的推進(jìn)，越來越多的人在休閑節(jié)假之日，更愿意走進(jìn)農(nóng)村，在那里享受自然風(fēng)光，體驗(yàn)悠然自得的生活氣息，因此村莊的開發(fā)受到了更多的推崇。村莊改造與城市中的建筑改造有著不一樣的特點(diǎn)，這里的房屋多為村民自建房，未經(jīng)正規(guī)設(shè)計，無任何圖紙資料，房屋質(zhì)量、用材參差不齊，周邊環(huán)境也需要得到更多的關(guān)注和考量，因此掌握第一手的測繪資料及房屋現(xiàn)狀情況顯得尤為重要。本文以某實(shí)際村莊改造項(xiàng)目為例，介紹了采用三維激光掃描技術(shù)所能獲取的測繪成果，在完損調(diào)查方面進(jìn)行了分析和歸納，為今后開展類似的村莊改造項(xiàng)目提供技術(shù)借鑒和經(jīng)驗(yàn)分享。

某村莊以中間河道為界，分為東、西兩個區(qū)域，建筑單體共計110棟，其中一層房屋65棟，二層房屋43棟，三層房屋2棟，房屋總建筑面積約13 060 m2，房屋總體上建造年代較久，現(xiàn)擬對該村莊及地塊內(nèi)房屋進(jìn)行改造、部分功能調(diào)整，因此需要先進(jìn)行包括場地、建筑、河道、植被、架空線等在內(nèi)的全方位測繪及初步的完損調(diào)查摸排工作。

1 村莊三維掃描測繪

三維激光掃描技術(shù)是一種全自動先進(jìn)的高精度立體掃描測繪技術(shù)，能夠完整地重建掃描實(shí)物和快速獲得原始測量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的測量手段大都是基于點(diǎn)的測量，而三維激光掃描是基于面的數(shù)據(jù)采集方式，可以在大范圍場景下短時間內(nèi)采集海量三維空間坐標(biāo)，具有傳統(tǒng)測繪所不可比擬的測繪效果。

根據(jù)村莊的地形策劃布置掃描路線，共布置150個測站點(diǎn)，對村莊進(jìn)行全方位的掃描測繪工作[1]。對于建筑單體內(nèi)部，由于村莊房屋多數(shù)布局較為簡單統(tǒng)一，使用傳統(tǒng)的人工測量方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集可以提高測繪效率。同時，在河道的東、西兩區(qū)域分別使用移動RTK設(shè)備布設(shè)基準(zhǔn)坐標(biāo)，使掃描三維坐標(biāo)與城市坐標(biāo)系拼接對應(yīng)，經(jīng)后處理后得到村莊整體的三維點(diǎn)云模型，如圖1所示，并按照需求進(jìn)行測繪成果的轉(zhuǎn)換和提煉[2]。

圖1 村莊三維點(diǎn)云模型

1.1 建筑單體測繪

將村莊內(nèi)所有房屋分別單獨(dú)處理，通過去噪、剖切、平立面對應(yīng)轉(zhuǎn)換等一系列處理工作后，導(dǎo)入繪圖軟件中進(jìn)行描繪，點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以真實(shí)地反應(yīng)房屋的輪廓和立面的細(xì)節(jié)問題，對于此類自建房屋在傳統(tǒng)人工測量中有一個比較容易忽視的問題，即墻體外輪廓并非完全成一個矩形，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀還原能力可以清晰地發(fā)現(xiàn)外輪廓的偏移量及偏移角度，從而精準(zhǔn)地把控房屋的軸網(wǎng)尺寸。在立面描繪時，對于某些房屋棱角傾斜較大的建筑單體同樣可以提早發(fā)現(xiàn)，做好記錄以便后續(xù)進(jìn)行重點(diǎn)的檢測關(guān)注。該項(xiàng)目中通過此方式高效地繪制房屋的平、立面布置圖，如圖2所示，為后續(xù)改造設(shè)計提供依據(jù)。

圖2 建筑單體立面點(diǎn)云數(shù)據(jù)

1.2 建筑總平面測繪

將村莊三維整體點(diǎn)云模型導(dǎo)入專業(yè)三維軟件，設(shè)置合適的距離值自動生成等高線模型，可以把地形信息準(zhǔn)確地反映出來，隨后對整體模型進(jìn)行水平剖切，從而準(zhǔn)確地描繪出總平面建筑布置圖，精準(zhǔn)地反映建筑與建筑、構(gòu)筑物之間的水平及高程關(guān)系。對于該項(xiàng)目中特定農(nóng)作物的區(qū)域劃分、竹林的密度及高度、百年老樹的樹根定位等均可以進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。如果說上述測繪成果同樣可以憑借全站儀通過大量的工作量來取得的話，那么該項(xiàng)目最大的亮點(diǎn)在于，通過點(diǎn)云模型可以準(zhǔn)確地繪制出架空線的型式和布置走向，如圖3所示，為后續(xù)不論是建筑物還是構(gòu)筑物改造設(shè)計都提供了便利。

圖3 村莊總平面及架空線布置走向測繪圖

基于建筑單體和總平面上的所有測繪成果，可以制作村莊三維現(xiàn)狀模型[3]，如圖4所示，供改造設(shè)計方案使用。

圖4 村莊現(xiàn)狀三維模型

2 村莊建筑群完損調(diào)查

對村莊場地內(nèi)110棟房屋進(jìn)行初步的完損調(diào)查排摸，主要工作內(nèi)容為對建筑室內(nèi)外的損傷進(jìn)行調(diào)查，對建筑單體逐一進(jìn)行傾斜觀測。后續(xù)將根據(jù)改造設(shè)計方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的分析和房屋完損等級評定[4]。

現(xiàn)場檢測調(diào)查結(jié)果及主要處理意見為以下幾方面：

(1)多數(shù)房屋存在內(nèi)外墻面、天花板底等粉刷受潮、發(fā)霉、開裂、起殼、剝落等現(xiàn)象，考慮到房屋的使用年限認(rèn)為屬于較為普遍的現(xiàn)象，后續(xù)建議重新粉刷處理。

(2)部分房屋局部位置墻面、樓屋面等出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，建議針對不同的產(chǎn)生原因采用相應(yīng)的處理措施。

(3)房屋木構(gòu)件存在一定程度的損傷現(xiàn)象，但由于本次調(diào)查多數(shù)房屋室內(nèi)做了吊頂，因此無法對木構(gòu)件進(jìn)行全面的檢查，后續(xù)建議修繕時對全樓范圍內(nèi)的木承重構(gòu)件進(jìn)行全面的檢查，針對不同的問題采取相應(yīng)的處理措施，對于腐朽、變形嚴(yán)重的木構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行更換處理，如有條件宜進(jìn)行油漆保養(yǎng)、防水、防腐和防火處理。

(4)少數(shù)房屋墻體開裂，建議采用水泥砂漿灌縫處理。

(5)多數(shù)二層房屋陽臺板頂部及底部開裂，建議采用水泥砂漿填縫處理。

(6)部分房屋傾斜率實(shí)測超過允許值10‰。

進(jìn)一步對110棟數(shù)據(jù)樣本房屋的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析，墻面及天花板的開裂、滲水、脫落等現(xiàn)象為常見的房屋損傷情況，木構(gòu)件的腐蝕、變形等也是所有木結(jié)構(gòu)及磚木結(jié)構(gòu)房屋的通病，因此沒有特殊的參考價值和指向性。隨后對房屋傾斜超限、陽臺預(yù)制板板縫這兩個問題進(jìn)行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，存在以下問題：

首先，在傾斜超限方面，一層房屋共計65棟、有32棟超過規(guī)范允許值，二層房屋共計43棟、僅有5棟超限，一層房屋的傾斜超限率達(dá)到了49.2%，因此認(rèn)為該村莊內(nèi)一層建筑傾斜超限為一個典型問題(表1)。分析其原因，可能主要是由于一層自建房屋的結(jié)構(gòu)整體性較差，搭建隨意，且使用功能性混亂所致。

表1 村莊檢測房屋部分問題統(tǒng)計表

其次，在22棟二層房屋中發(fā)現(xiàn)陽臺板頂、底部出現(xiàn)多條明顯裂縫，由于該裂縫分布規(guī)則，且?guī)缀醭善叫嘘P(guān)系，如圖5所示，判斷為預(yù)制板板縫，分析原因主要是由于自建房的懸挑陽臺板幾乎都處于室外狀態(tài)，長期受到溫度和收縮的影響所致[5]，該現(xiàn)象在二層樣本中的占比達(dá)到了51.2%，因此認(rèn)為村莊二層建筑陽臺板預(yù)制板板縫為另一個典型損傷現(xiàn)象。

圖5 二層房屋典型陽臺板底預(yù)制板板縫損傷狀況

3 結(jié) 論

本文以某村莊改造前的測繪及完損調(diào)查為例，詳細(xì)闡述了在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，通過三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)所能轉(zhuǎn)化的測繪成果及其優(yōu)勢，特別指出了采用該技術(shù)在村莊架空線布置及走向測繪方面所得到的突破性成效。另一方面，對建筑群樣本中明顯問題及損傷情況進(jìn)行進(jìn)一步分析，歸納出村莊自建房屋容易出現(xiàn)的兩個典型問題：一是一層房屋傾斜率超限，二是二層房屋陽臺板出現(xiàn)預(yù)制板板縫的損傷情況。通過對該類問題的前瞻性預(yù)估，可以為更多的村莊改造及修繕項(xiàng)目提供參考。