徐征剛

（中鐵二十局集團(tuán)電氣化工程有限公司，陜西 渭南 714000）

1 工程概述

項(xiàng)目場(chǎng)地位于西安市臨潼區(qū)秦唐大道和西關(guān)正街十字，整體呈三角形，地處臨潼西大門入口位置，距秦風(fēng)唐韻牌坊300 m，距華清池1 200 m，屬于名勝風(fēng)景區(qū)，觀賞人數(shù)多。雕塑矗立于三角地帶，視野開闊、宏偉氣派，是如今進(jìn)入臨潼城區(qū)的一大特色標(biāo)志。秦統(tǒng)一雕塑廣場(chǎng)作為市民休閑健身的常去之處，為充分發(fā)揮地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提升整段街區(qū)的區(qū)位環(huán)境，現(xiàn)進(jìn)行整治改造工作，需要將其整體重新設(shè)計(jì)，并西移約50 m。

作為大型石刻群雕，其平面設(shè)計(jì)大體呈三角形，南北軸線32 m，東西軸線22 m，主體高12 m，周長(zhǎng)約100 m，兩翼人物高約6 m，共出現(xiàn)24個(gè)人物和12匹馬，全部采用紅色花崗巖石雕刻和拼砌完成。本雕塑群共用到石料1 209塊，總重量為1 500 t。秦統(tǒng)一雕塑群歷史意義重大。

由于整座雕塑通過上千塊巖石拼砌而成，整體改造方案采取的拆除改造工作中，為充分了解施工前后雕塑建筑結(jié)構(gòu)，確保施工的準(zhǔn)確性，需要精確測(cè)量出每塊雕刻巖石的空間位置坐標(biāo)，便于后期恢復(fù)原貌?？紤]到其測(cè)量數(shù)據(jù)的復(fù)用性及異形雕塑的復(fù)雜性，通過三維激光掃描加近景攝影測(cè)量的方式展開工作，測(cè)量工作是項(xiàng)目的第一步工藝，測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用貫穿于整個(gè)遷移改造工程，因此測(cè)量方法直接決定整個(gè)遷移改造工程的質(zhì)量。本文對(duì)測(cè)量方法和測(cè)量步驟做了重點(diǎn)論述，同時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)在整個(gè)遷移改造中的具體應(yīng)用做了說明。

2 遷移改造總體方案

2.1 總體方案

遷移改造總體方案具體工序流程：原有秦統(tǒng)一群雕塑三維建模、石材編號(hào)—原雕塑石材拆除—新建雕塑基坑開挖地基處理—新建雕塑基礎(chǔ)筏板施工—新建雕塑內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土施工—雕塑石材測(cè)量定位、放線—石材拼裝—雕塑石材拼裝縫修整—石材打磨修補(bǔ)清洗—竣工驗(yàn)收。其中，測(cè)量貫穿于整個(gè)工程中，尤為重要。

2.2 工藝流程中需要注意其他事項(xiàng)

遷移改造工程涉及面多，在整體中有兩個(gè)需要特別注意的事項(xiàng)。

第一，原雕塑石材拆除：主要采用人工配合機(jī)械方法拆除，從最上層石材平面開始，先鑿除石材間連接縫隙黏結(jié)劑，再用風(fēng)鎬從縫隙進(jìn)行震動(dòng)，使石材松動(dòng)后，掛吊裝帶，用吊車將石材吊裝出來，安全吊至地面。在地面作業(yè)區(qū)，采用叉車按照分層運(yùn)輸?shù)囊?guī)則運(yùn)送至指定地點(diǎn)分層歸類堆放，避免出現(xiàn)層數(shù)石塊混淆。需要按層數(shù)分類單獨(dú)堆放，一層歸一個(gè)位置，并派專人負(fù)責(zé)。

第二，新建雕塑基坑開挖、地基處理：按照設(shè)計(jì)挪移位置，采用全站儀進(jìn)行基坑放線，使用挖掘機(jī)與自卸汽車相配合進(jìn)行土方開挖，再將所有土方運(yùn)輸?shù)江h(huán)保地點(diǎn)，并加上綠色防護(hù)層覆蓋，避免因風(fēng)吹污染環(huán)境。當(dāng)開挖到基底時(shí)，為了保護(hù)原土，需要停止機(jī)械作業(yè)，采用人工使用鐵鍬清理的方式。開挖完成后，由專業(yè)工程師進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)合格，報(bào)備完成，滿足要求后，按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行地基處理施工。

3 測(cè)量需要的軟硬件設(shè)備

測(cè)量工作由專業(yè)的測(cè)量團(tuán)隊(duì)完成，其中用到的先進(jìn)的軟硬件設(shè)備如下。

硬件設(shè)備有一臺(tái)Faro三維激光掃描儀、一臺(tái)“大疆”精靈四RTK無人機(jī)、若干臺(tái)GPS-RTK測(cè)量?jī)x、若干臺(tái)高性能電腦。軟件設(shè)備有TrimbleRealworks點(diǎn)云后處理軟件、CAD、3Dmax、Sketchup、ContextCapture傾斜實(shí)景三維軟件。利用這些軟件和硬件設(shè)備，將三維空間數(shù)據(jù)及實(shí)景模型結(jié)合后，不僅對(duì)目標(biāo)物的變形有一個(gè)直觀且全面的認(rèn)識(shí)，還可以將其變形結(jié)果和趨勢(shì)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間進(jìn)行對(duì)應(yīng)，提高監(jiān)測(cè)的關(guān)聯(lián)性與整體性，使監(jiān)測(cè)結(jié)果更加立體和直觀［1］。

4 測(cè)量整體方案

4.1 準(zhǔn)備工作

項(xiàng)目組在工程測(cè)量前做了充分的前期準(zhǔn)備工作，這些準(zhǔn)備工作讓測(cè)量組得到的建筑物數(shù)據(jù)更加完整，為后續(xù)繪制圖形和建模做了重要鋪墊。準(zhǔn)備工作主要包括現(xiàn)場(chǎng)踏勘、控制網(wǎng)布設(shè)、掃描點(diǎn)布設(shè)、標(biāo)靶布設(shè)、繪制草圖等。做好這些準(zhǔn)備工作，能夠降低掃描誤差、避免數(shù)據(jù)遺漏，提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和全面性，確保采集點(diǎn)排列結(jié)構(gòu)的合理性，提高數(shù)據(jù)采集的真實(shí)性和可靠性等。

4.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

本雕塑群數(shù)據(jù)掃描采集范圍包括雕塑內(nèi)部掃描、雕塑外部掃描。外部數(shù)據(jù)具體收集的數(shù)據(jù)包括石材間基座及每層的輪廓線。

4.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

采集數(shù)據(jù)最終目的是為了建立模型，在建立模型前，必須對(duì)前期采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理。未經(jīng)過軟件處理的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的排列是無規(guī)則、零星、散亂及無序的，無法直接利用這些原始數(shù)據(jù)繪制草圖和建模，只有利用軟件經(jīng)過點(diǎn)云處理的操作后，才能將數(shù)據(jù)規(guī)則化、秩序化。這些進(jìn)一步得到的數(shù)據(jù)就可以直接導(dǎo)入Cad軟件中進(jìn)行繪圖、導(dǎo)入3DMax軟件中進(jìn)行建模處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理主要包括點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云合并和點(diǎn)云降噪等［2］。

4.3.1 點(diǎn)云拼接

處理過程中，對(duì)各站點(diǎn)云進(jìn)行拼接，站點(diǎn)間的拼接精度要根據(jù)設(shè)置的要求達(dá)到某個(gè)數(shù)值。外業(yè)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在導(dǎo)入軟件之后，要進(jìn)行群雕塑石塊采集數(shù)據(jù)的拼接工作，把多個(gè)站點(diǎn)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)根據(jù)軟件操作轉(zhuǎn)化到同一個(gè)坐標(biāo)系空間中，簡(jiǎn)化計(jì)算模式。采用公共重疊區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在完成拼接操作這一過程后，就會(huì)將原來雜亂的數(shù)據(jù)去掉，形成一個(gè)新的數(shù)據(jù)整體。本雕塑群結(jié)構(gòu)內(nèi)外結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量非常大，合并施工前后兩期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的文件內(nèi)存約48.3 GB。為了提高工作效率，快速啟動(dòng)軟件、快速瀏覽和處理數(shù)據(jù)，測(cè)量項(xiàng)目組配置了專用的高配置的計(jì)算器材。

4.3.2 點(diǎn)云合并

相鄰兩站間有10%以上的重疊區(qū)，點(diǎn)云合并可以保證結(jié)構(gòu)不變的情況下，有效地減少數(shù)據(jù)量。經(jīng)過點(diǎn)云拼接裁剪，各點(diǎn)云統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下，然后把多片點(diǎn)云合并到同一塊點(diǎn)云，同時(shí)去掉兩塊點(diǎn)云之間重疊的冗余點(diǎn)，然后生成新的多邊形計(jì)算機(jī)模型［3］。

4.3.3 點(diǎn)云降噪

在使用軟件處理數(shù)據(jù)的過程中，點(diǎn)云降噪非常重要，也是必不可少的過程。在掃描過程中，所獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成為原始數(shù)據(jù)，這些采集到的數(shù)據(jù)都會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾，并且這些干擾是環(huán)境因素，是不可避免的。這些因素包括主要建筑物表面的光照影響、移動(dòng)的行人、測(cè)量角度、綠化樹木的遮擋、臨時(shí)搭設(shè)的鋼管腳手架、施工設(shè)備等。這些噪聲主要分為兩種：一種是大范圍噪聲點(diǎn)云，另一種是零散噪聲點(diǎn)云。在Trimble Realworks軟件中，大范圍噪聲點(diǎn)云是能夠簡(jiǎn)單識(shí)別出來的，這些大范圍噪聲點(diǎn)云采取的是人工刪除方法，在軟件直接人工刪除這些數(shù)據(jù)即可。本款軟件具有高度的自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)功能，剩余零散的噪聲點(diǎn)云可以通過軟件自動(dòng)識(shí)別的方法刪除凈化。刪除凈化完全部的噪聲點(diǎn)，從不同角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，提高了點(diǎn)云質(zhì)量，在保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性的前提下，得到了高清晰度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為后續(xù)建模打下了基礎(chǔ)。經(jīng)過一系列處理后，得到雕塑拆除中數(shù)字三維點(diǎn)云如圖1所示。

圖1 雕塑拆除中數(shù)字三維點(diǎn)云

4.4 點(diǎn)云建模

在本遷移改造工程中，用到的建模軟件是3DMax。最先采集的數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過Trimble Realworks軟件點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云合并和降噪處理，這些經(jīng)過Trimble Realworks軟件處理的數(shù)據(jù)量非常大的云數(shù)據(jù)，一起導(dǎo)入電腦軟件3DMax當(dāng)中進(jìn)行建模。雕塑群由上千塊石材組成，外觀形狀極其復(fù)雜，造成建筑物的表面凸凹不平。雕塑群有的高，有的低，高度數(shù)值不在一個(gè)簡(jiǎn)單的水平面上，數(shù)據(jù)隨著每一層的實(shí)際高度不斷變化。在施工方案中，需要隨時(shí)體現(xiàn)內(nèi)、外部和不同時(shí)期的施工數(shù)據(jù)等。雕塑點(diǎn)云縱剖展示如圖2所示。

圖2 雕塑點(diǎn)云縱剖展示

5 工程測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用

工程測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用于整個(gè)遷移改造工程。

5.1 測(cè)量數(shù)據(jù)在石材拼接前的應(yīng)用

為保持挪移后的雕塑保持原狀，雕塑拆除前，先聯(lián)系專業(yè)測(cè)繪公司對(duì)原雕塑外輪廓進(jìn)行掃描，建立三維模型，確定每塊石材的空間位置，以便在新地點(diǎn)能夠原狀復(fù)位。建模完成后，對(duì)石材進(jìn)行編號(hào)，確定每塊石材的層數(shù)和在該層的位置，用油漆噴涂在石材上，以便安裝時(shí)尋找。

在新雕塑重建前，確保第一層石材位置正確是雕塑石材安裝能否保持原貌的關(guān)鍵，因此先按三維建模數(shù)據(jù)由測(cè)繪單位放出關(guān)鍵控制點(diǎn)，再將在原雕塑底層石材外輪廓處制作的石膏模型按主要控制點(diǎn)擺放出來，與測(cè)繪點(diǎn)對(duì)比，沒有偏差時(shí)用油漆繪出外輪廓線，作為底層石材安裝的控制線。

5.2 測(cè)量數(shù)據(jù)在石材拼接中的應(yīng)用

每層雕塑石材全部拼裝完成后，由測(cè)繪單位按建模數(shù)據(jù)對(duì)雕塑外輪廓進(jìn)行復(fù)測(cè)，不滿足要求的石材繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，全部滿足要求后，用鋼筋將石材背面的對(duì)拉螺栓與主體剪力墻預(yù)留的鋼筋焊接牢固，保證石材不移位。這些工作為后續(xù)的工程維護(hù)提供了便利。

5.3 測(cè)量數(shù)據(jù)在石材拼接后的應(yīng)用

為了加強(qiáng)群雕塑的牢固性，從兩個(gè)方面進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)。一方面，在每層雕塑石材拼裝完成后，按建模數(shù)據(jù)對(duì)雕塑外輪廓進(jìn)行復(fù)測(cè)，不滿足要求的石材繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，再采用鋼筋將石材背面的對(duì)拉螺栓與主體剪力墻預(yù)留的鋼筋焊接牢固，保證石材不移位。另一方面，對(duì)雕塑石材與主體混凝土澆筑后留下的空腔進(jìn)行填充。使用符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的混凝土對(duì)石材空腔進(jìn)行填充，填充混凝土施工時(shí)要分層進(jìn)行，分層原則為按照原有群雕塑石材的層次，分層數(shù)據(jù)已經(jīng)提前測(cè)量。這樣能夠有效防止石材移位，在保證石材安全的同時(shí)也為后期的維護(hù)提供了便利。

秦統(tǒng)一雕塑的石材在整體拼接后要進(jìn)行拼縫修整、除去多余的石材，然后使用精密儀器進(jìn)行打磨和清洗。整個(gè)雕塑拼裝完成后，使用結(jié)構(gòu)膠對(duì)石材的拼裝縫進(jìn)行修整，結(jié)構(gòu)膠是在石材運(yùn)輸過程中安排專業(yè)工程師進(jìn)行調(diào)配的，配置原則為與原有石材顏色保持一致。龐大的雕塑群常年暴露在外，石材因?yàn)槿展獾恼丈洹L(fēng)吹雨打、空氣對(duì)流等因素的影響，外觀顏色并不均勻，因此結(jié)構(gòu)膠的顏色需根據(jù)石材的顏色做若干種色號(hào)調(diào)配。在施工收尾階段，做好拼裝縫的防水處理，對(duì)安裝轉(zhuǎn)運(yùn)中出現(xiàn)的碰撞空隙用修補(bǔ)膠進(jìn)行填充處理，確保與石材顏色完全一致。全部工作完成后，需要用高壓水對(duì)雕塑進(jìn)行全面沖洗，沖洗遍數(shù)不少于3次，以達(dá)到石材表面浮灰、污染沖洗干凈，石材顯示出本身顏色報(bào)有關(guān)部門專業(yè)人員驗(yàn)收合格即可。

6 結(jié)語

本次項(xiàng)目遷移后順利驗(yàn)收合格，雕塑群遷移改造后大大改善西安市整體面貌，提升了西安市城市品位和城市承載力，進(jìn)一步提升整段街區(qū)的區(qū)位環(huán)境，為當(dāng)?shù)鼐用駝?chuàng)造了便利，受到廣大市民的好評(píng)，也為西安市的旅游服務(wù)提供了便利。該遷移工程的測(cè)量方法大大提高了工作效率和質(zhì)量，對(duì)其他雕塑遷移工程能夠起到很好的借鑒作用。