古建筑作為人類歷史文化的重要載體，承載著豐富的歷史記憶和文化價值。然而，在現(xiàn)代化進程中，古建筑面臨著自然侵蝕、人為破壞等多重威脅，古建筑保護工作較為艱巨。近年來，隨著科技的進步，測繪新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為古建筑保護提供了新的解決方案。基于此，文章以三維激光掃描技術(shù)為切入點，敘述了古建筑保護的重難點，分析了測繪新技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用意義，總結(jié)了三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護中的原理，并根據(jù)實踐經(jīng)驗，提出了測繪新技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用要點。

在當今社會快速發(fā)展的背景下，如何平衡古建筑物保護與發(fā)展之間的關(guān)系，是工作人員應(yīng)該思考的問題。測繪技術(shù)是古建筑保護領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)，其重要性不言而喻。通過高精度、高效率的測繪工作，工作人員可以全面、細致地記錄古建筑的結(jié)構(gòu)特征空間布局、材料特性等關(guān)鍵信息，為后續(xù)的修復(fù)、維護乃至搬遷奠定基礎(chǔ)。

古建筑保護的重難點

古建筑多采用傳統(tǒng)材料如木材、磚石等，這些材料在長時間的自然侵蝕和人為破壞下，往往出現(xiàn)腐朽、開裂、風(fēng)化等問題。同時，古建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如木結(jié)構(gòu)的榫卯連接、磚石結(jié)構(gòu)的砂漿連接等，對修繕技術(shù)要求極高。如何準確識別并處理這些材料和結(jié)構(gòu)問題，同時保持古建筑的原有風(fēng)貌，是技術(shù)層面的一大難點。此外，隨著科技的進步，三維激光掃描等新技術(shù)的應(yīng)用，為古建筑保護提供了更多可能性，如何在運用現(xiàn)代技術(shù)的同時，傳承和發(fā)揚傳統(tǒng)修繕技藝，確保修繕后的古建筑既符合現(xiàn)代安全標準，又保留其歷史文化價值，是技術(shù)創(chuàng)新的難點所在。

測繪新技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用意義

測繪新技術(shù)如三維激光掃描技術(shù)，極大地提升了古建筑數(shù)據(jù)獲取的精確性和全面性，該技術(shù)能夠記錄古建筑的結(jié)構(gòu)、紋理、形態(tài)等信息，為古建筑保護提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，相比傳統(tǒng)測繪方法，新技術(shù)能夠避免人為誤差，減少對環(huán)境的破壞，同時實現(xiàn)非接觸式測量，保護古建筑的原貌。例如，三維激光掃描技術(shù)通過激光脈沖的反射原理，能夠精確獲取古建筑的三維坐標信息，構(gòu)建出高精度的三維模型，為后續(xù)的修復(fù)、復(fù)原工作提供科學(xué)依據(jù)。

測繪新技術(shù)的應(yīng)用促進了古建筑保護工作的智能化，通過集成多種傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實時監(jiān)測古建筑的狀況，及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的安全隱患。在利用三維激光掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，可以模擬古建筑在不同環(huán)境下的表現(xiàn)情況，為修復(fù)方案的制定和優(yōu)化提供直觀、生動的展示。

測繪新技術(shù)的普及和應(yīng)用還推動了古建筑保護的國際合作與交流，隨著全球化的深入發(fā)展，各國在文化遺產(chǎn)保護方面的合作日益加強，測繪新技術(shù)作為國際通用的技術(shù)手段，為各國在古建筑保護方面的合作提供了便利，通過共享測繪數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，各國可以共同應(yīng)對古建筑保護中的挑戰(zhàn)和問題，促進全球文化遺產(chǎn)的保護和傳承。同時，新技術(shù)的交流與應(yīng)用也有助于推動古建筑保護技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護中的原理

三維激光掃描系統(tǒng)，由主機、電源、控制和數(shù)據(jù)存儲計算機、參考點靶標以及三角支架等關(guān)鍵部件構(gòu)成。在掃描過程中，三維激光掃描系統(tǒng)巧妙利用激光二極管作為發(fā)射源，向目標物體發(fā)射近紅外波長的激光束，這些激光束在接觸到目標表面后會發(fā)生漫反射，部分反射信號隨后被高靈敏度的接收器捕捉，通過精確測量激光信號在儀器與目標表面之間的往返時間，系統(tǒng)能夠計算出兩者之間的精確距離。為了實現(xiàn)激光束的全方位掃描，系統(tǒng)內(nèi)置了精密的伺服驅(qū)動電機系統(tǒng)，它能夠控制多面反射棱鏡在橫軸和縱軸方向上快速旋轉(zhuǎn)，從而確保脈沖激光束能夠沿著預(yù)定軌跡掃描整個目標區(qū)域。

從測量原理上來看，三維激光掃描系統(tǒng)通常采用儀器內(nèi)部坐標系統(tǒng)作為基準，其中X軸和Y軸位于橫向掃描面內(nèi)且相互垂直，而Z軸則垂直于橫向掃描面。這種坐標系統(tǒng)設(shè)定使得每一個通過激光掃描獲得的測點（即“點云”中的每一個點）都能被精確定位，其空間位置信息由目標點與儀器間的距離d、激光脈沖在橫向掃描面上的角度α以及在縱向掃描面上的角度β共同確定。通過這些參數(shù)，系統(tǒng)能夠計算出每一個測點的三維坐標，并以點云的形式存儲于計算機中。

三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護中的具體應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)通過非接觸式的高速激光掃描，能夠全方位、高精度地捕獲古建筑內(nèi)外的三維數(shù)據(jù)，真實記錄每一塊磚石、每一根梁柱的精確位置與形態(tài)，避免了傳統(tǒng)測繪方法對古建筑的潛在損害，還極大地提高了數(shù)據(jù)準確性。由于手工測繪難以精確捕捉建筑現(xiàn)狀的復(fù)雜空間數(shù)據(jù)，尤其是細微的形變與殘損情況，其技術(shù)圖紙往往只能大致描繪，并在關(guān)鍵變形部位輔以文字說明，這樣的表達方式并非真正意義上的“現(xiàn)狀圖”，難以滿足現(xiàn)代古建筑保護對精準數(shù)據(jù)的需求。而三維激光掃描技術(shù)能夠迅速采集建筑表面海量的點云數(shù)據(jù)，基于點云數(shù)據(jù)生成的剖切圖，其精度與點云數(shù)據(jù)保持一致，結(jié)合傳統(tǒng)手工測繪圖紙，可以對每一品梁架的現(xiàn)狀進行分析，精確表達其形變狀態(tài)。此外，利用柱頂和柱底點云數(shù)據(jù)的橫剖面圖進行擬合，可以繪制出精確的平面圖，并據(jù)此計算出各柱的高度、收分、生起與側(cè)腳等關(guān)鍵參數(shù)，通過與歷史資料和傳統(tǒng)測繪結(jié)果的對比，能夠全面揭示古建筑柱子的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，為修復(fù)與保護提供科學(xué)依據(jù)。

通過對古建筑的全面掃描，工作人員能夠輕松獲取建筑內(nèi)外形制的原始面貌，包括那些在傳統(tǒng)測繪中難以捕捉的復(fù)雜細節(jié)，如柱子的生起與側(cè)腳、屋角的起翹、正脊的曲線等。更為重要的是，三維激光掃描技術(shù)所生成的數(shù)據(jù)可以直接在電子圖上進行讀取與處理，為古建筑的維修、復(fù)原及研究提供了極大的便利，無論是梁、檁、椽等建筑構(gòu)件的尺寸信息，還是它們因歲月侵蝕而產(chǎn)生的下垂、傾斜、扭曲等形態(tài)變化，都能被精確地量化與記錄。在墻壁現(xiàn)狀分析方面，三維激光掃描技術(shù)展現(xiàn)出了非凡的能力，該技術(shù)能夠快速采集建筑墻面的點云數(shù)據(jù)，進而對墻面的平整度和收分情況進行深入分析，不僅有助于精確檢測墻面空鼓的面積和區(qū)域，還能達到毫米級的高精度，遠勝于傳統(tǒng)的肉眼觀察方法。而對于墻面的平整度評估，則通過點云數(shù)據(jù)擬合出一個參照平面，直觀展示墻面的凹凸情況，為墻面的修復(fù)與維護提供精準指導(dǎo)。在國內(nèi)，越來越多的古建筑保護專家開始積極探索三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用。以昆明市博物館的國家重點保護文物—地藏寺經(jīng)幢為例（如圖1所示），通過三維激光掃描技術(shù)，專家們能夠精確記錄經(jīng)幢的每一個細節(jié)，從五段紫砂石的精雕細刻到七層八面的寶塔形結(jié)構(gòu)，再到層級間的精致界檐，都得以完美呈現(xiàn)。在這個過程中，通過合理的站點設(shè)置與數(shù)據(jù)拼接，三維掃描技術(shù)能夠確保數(shù)據(jù)的完整性與重疊度，為后續(xù)的建模與分析工作奠定了堅實基礎(chǔ)。

三維激光掃描技術(shù)憑借其全方位數(shù)據(jù)采集能力，為古建筑的整體變形監(jiān)測提供了可能。在實施過程中，工作人員需對古建筑進行兩次或多次的三維激光掃描，獲取其不同時間點的整體數(shù)據(jù)，利用逆向工程軟件對這些數(shù)據(jù)進行整體配準，這決定了后續(xù)分析的準確性和可靠性。完成數(shù)據(jù)校準后，便進入整體分析階段。盡管目前市場上尚缺乏專門用于整體變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析軟件，但逆向工程分析軟件憑借其強大的比對功能，通過將古建筑的整體數(shù)據(jù)作為逆向工程軟件中的“零件”導(dǎo)入，利用軟件的比對功能，可以直觀地分析出前后兩次掃描數(shù)據(jù)之間的差異，這種差異不僅反映了古建筑在時間維度上的變化，更揭示了其整體變形的內(nèi)在規(guī)律。最終，通過逆向工程軟件的比對分析，可以生成兩種形式的整體變形監(jiān)測結(jié)果。一種是以假彩色表現(xiàn)古建筑點云模型的方式，通過計算前后兩次掃描中相同部位點云的距離差值，為這些點云賦予不同的假彩色，從而構(gòu)建出一幅直觀展示古建筑整體變形情況的三維模型，這種模型能夠清晰地反映出古建筑各個部位的變形大小，為保護工作提供了直觀的視覺參考（如圖2所示）。

基于三維數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建出高精度的古建筑三維模型，這不僅對古建筑歷史風(fēng)貌進行了記錄，更為后續(xù)保護與管理工作提供了堅實的基礎(chǔ)。以三維模型為核心，可以構(gòu)建一個全方位、多層次的古建筑三維信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)沤ㄖ娜S空間信息進行全面記錄，包括其結(jié)構(gòu)特征、材質(zhì)紋理等，還能夠關(guān)聯(lián)其屬性，如建造年代、歷史背景、修繕記錄等，實現(xiàn)古建筑信息的多維度整合。通過這樣的系統(tǒng)，可以輕松實現(xiàn)對古建筑狀況的長期有效監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為制定科學(xué)的保護方案提供有力支持。在這個過程中，可以將三維激光掃描技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，將古建筑的三維空間信息以沉浸式的方式展現(xiàn)給公眾，無論是歷史學(xué)者、文化愛好者，還是普通游客，都能通過佩戴VR設(shè)備，親身體驗古建筑的壯麗與輝煌。

測繪新技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定成效，不僅提高了測繪的精度和效率，還為古建筑的保護、修復(fù)和管理提供了有力支持。通過三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對古建筑全方位、高精度的數(shù)據(jù)采集和模型構(gòu)建，為古建筑的保護工作提供科學(xué)依據(jù)。在后續(xù)工作中，相關(guān)人員仍要加強相關(guān)技術(shù)的研究與發(fā)展，進一步提高測繪工作的效率，更好地保護文化遺產(chǎn)。

（作者單位：深圳市愛華勘測工程有限公司）