寧左通

（鳳崗鎮(zhèn)測繪隊(duì),廣東 東莞 523690）

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展,電子測量儀器的廣泛應(yīng)用，房屋的測繪與模型建立己由傳統(tǒng)的丈量數(shù)據(jù)與人工繪圖方法轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)用全站儀采集數(shù)據(jù)并用計(jì)算機(jī)成圖的方法，如遠(yuǎn)距離傳輸、多方共享，并可為建筑物日后的維修及保護(hù)提供重要的可靠數(shù)據(jù)，但是目前較少考慮到不同建筑結(jié)構(gòu)建筑物測繪時(shí)的區(qū)別，而在測繪建筑物時(shí)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征確定數(shù)據(jù)采集的重點(diǎn)，對于能否準(zhǔn)確地建立模型起到?jīng)Q定性的作用。

建筑物結(jié)構(gòu)有承重墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)之分，且不同結(jié)構(gòu)之間存在較大的差異，因此在測繪建模前，必須詳細(xì)地了解建筑物的基本構(gòu)造和細(xì)部構(gòu)造，根據(jù)其構(gòu)造特點(diǎn)測定相應(yīng)的特征點(diǎn),CAD系統(tǒng)在三維空間數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用已經(jīng)取得較大的進(jìn)展，其在圖形處理與真三維建模方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，運(yùn)用CAD建立所測建筑物的三維立體模型，實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)建筑物的數(shù)據(jù)采集

1.1 房屋建筑結(jié)構(gòu)

1)承重墻結(jié)構(gòu)：承重墻結(jié)構(gòu)主要由墻體承受荷載；

2)框架結(jié)構(gòu)：框架結(jié)構(gòu)沒有設(shè)置剪力墻的要求，所有墻體均作為維護(hù)結(jié)構(gòu)或分割建筑空間使用，不承擔(dān)建筑的荷載，因此框架結(jié)構(gòu)由梁和柱承受荷載；

3)混合結(jié)構(gòu)：是承重墻結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)的混合，從建筑物的整體性而言，剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性大于框架結(jié)構(gòu)的整體性，而框架結(jié)構(gòu)的整體性大于混和結(jié)構(gòu)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(diǎn)的三維坐標(biāo).對于本文2.1所述的3種不同結(jié)構(gòu)的房屋，因其結(jié)構(gòu)的差異，在全站儀采集數(shù)據(jù)時(shí)，測定的主體有所不同：

1)承重墻結(jié)構(gòu)：外墻與內(nèi)承重墻為測定主體；

2)框架結(jié)構(gòu)：柱列及外墻為測定主體；

3)混合結(jié)構(gòu)：墻和柱均為測定主體。

1.3 房屋的細(xì)部測定

要建立一個(gè)房屋的三維模型，不僅需要測定房屋主體信息，還要對細(xì)部特征點(diǎn)進(jìn)行測定，房屋建筑細(xì)部構(gòu)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(xì)部特征點(diǎn)的采集具有相應(yīng)的規(guī)則，但都要遵循數(shù)據(jù)采集的總原則，即采集特征點(diǎn)信息，盡量避免數(shù)據(jù)冗余，且有必要地檢核數(shù)據(jù)。

1)墻壁：墻壁的角點(diǎn)是建筑物的重要特征點(diǎn)，因此，墻壁的角點(diǎn)至少測定代表墻頂和墻底的上下兩點(diǎn)，一堵墻的基底點(diǎn)(墻與地坪或散水的交點(diǎn))和頂點(diǎn)必須有多點(diǎn)驗(yàn)證其標(biāo)高的一致性，門洞、窗洞、通氣孔為墻體的空缺部分，應(yīng)測定洞口在墻面的角點(diǎn)作為門窗等定位的依據(jù)，墻體測定是構(gòu)建建筑物主體和擬合建筑軸線的重要依據(jù)，因此在測定墻體時(shí)應(yīng)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(jù)，方柱測定其頂部和底部的角點(diǎn)，圓柱至少要分別測定頂部和底部的3個(gè)圓周點(diǎn)，架于柱頂部的每根橫梁至少要測定能表達(dá)其兩個(gè)斷面的點(diǎn)位。

3)屋蓋：測定的點(diǎn)位應(yīng)能對各種類型的屋面(平屋面、斜屋面、拱形屋面)作恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)；此外，屋蓋的附屬物，如天溝、水落管、水斗等，也應(yīng)測定其特征點(diǎn)。

4)門窗：門窗是房屋建筑的重要組成部分，要精確測定其細(xì)部結(jié)構(gòu)，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(shí)測其梯級及附屬結(jié)構(gòu)物，如平臺、花壇、矮墻、欄桿等。

6)樓梯：要實(shí)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(jìn)廳的室內(nèi)地坪的標(biāo)高，因?yàn)樗话阕鳛榱銟?biāo)高(±O)，用于確定其余各點(diǎn)的標(biāo)高，此外，每一層樓面都要測定其標(biāo)高，同時(shí)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(biāo)高及范圍。

2.全站儀對建筑物的數(shù)據(jù)采集過程

2.1 布設(shè)控制網(wǎng)

環(huán)繞所測建筑物，布設(shè)閉合導(dǎo)線，測定各控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而用附合導(dǎo)線加密，將控制點(diǎn)引入所測建筑物內(nèi)的各個(gè)層面，這樣可得到測繪整個(gè)建筑物所需的三維控制點(diǎn)。

在待測建筑物的周圍選定了6個(gè)大致均勻分布的控制點(diǎn)位，按照閉合導(dǎo)線進(jìn)行測量與計(jì)算，得到這些控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

2.2 采集數(shù)據(jù)

對細(xì)部點(diǎn)采集數(shù)據(jù)時(shí)，為區(qū)分各類不同的點(diǎn)及連線信息，需要按各點(diǎn)的特征輸入不同編碼，然后自動(dòng)記錄各點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將作為繪制平面圖、立面圖、三維建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

根據(jù)誤差傳播定律，可得細(xì)部點(diǎn)的點(diǎn)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(shí)測時(shí)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(xì)部點(diǎn)信息以后，即可進(jìn)行三維立體模型的建立，對于不同結(jié)構(gòu)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(diǎn)的展繪與連線

前文已經(jīng)介紹，在全站儀采集數(shù)據(jù)時(shí)，各細(xì)部點(diǎn)記錄為一個(gè)字符串，依次為點(diǎn)編號、縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)、高程、代碼，這種格式是Auto－CAD可接受的數(shù)據(jù)格式，然后通過二次開發(fā)的AutoLISP"展點(diǎn)和連線"程序，實(shí)現(xiàn)Auto－CAD對細(xì)部點(diǎn)的自動(dòng)展繪及連線功能，如圖2所示，為對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)"展點(diǎn)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(shí)，所有的線段都是獨(dú)立的，還沒有形成圖形實(shí)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(chǔ)。

圖2 展點(diǎn)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(shí)也是建筑物建立三維模型的依據(jù)，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(biāo)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(diǎn)連線形成的圖形，雖然看上去像房屋的形狀，但是實(shí)際上是由一條條的直線或圓弧構(gòu)成的，并不是名副其實(shí)的三維圖形，還不能進(jìn)行CAD中的消隱、著色、渲染、陰影、拉伸等三維實(shí)體操作。所以接下來要以線劃圖為基礎(chǔ)，繪制出三維圖形，建立建筑物實(shí)體。

3.3.1 建立圖層

根據(jù)建筑物不同的構(gòu)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(shè)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(shí)，如果被另一圖層的圖形遮擋，可以關(guān)閉那個(gè)圖層；③使用已有的圖形時(shí)，根據(jù)圖層信息就可以對整幅圖形的信息有一個(gè)總體掌握，根據(jù)實(shí)際要求，選擇需要的圖層信息，將其打開，關(guān)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(shí)體

墻體、柱子、窗戶等都需要利用拉伸創(chuàng)建實(shí)體，首先要建立相應(yīng)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(jù)需要，可以拉伸成立方體、圓柱體、圓錐體等實(shí)體，需要注意的是，拉伸生成圓錐體時(shí)，是以平面圓為被拉伸基礎(chǔ)，在選定被拉伸圓后，輸入高度，再輸入拉伸的傾斜角度，這個(gè)角度可以是在-90°～90°之間任一角值，正角度表示從基準(zhǔn)對象逐漸變細(xì)，負(fù)角度表示從基準(zhǔn)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(dāng)指定一個(gè)較大的傾斜角或是較長的拉伸長度，將導(dǎo)致拉伸對象在達(dá)到拉伸高度之前就已經(jīng)匯聚到一點(diǎn)上；若拉伸長度很短，還沒有交點(diǎn)，就形成一個(gè)棱臺。

4.結(jié)語

考慮建筑物建筑結(jié)構(gòu)的不同，有所側(cè)重地采集三維數(shù)據(jù)，在實(shí)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(fù)測量；而且全站儀采集輪廓數(shù)據(jù)和在AutoCAD中建立模型均不復(fù)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(biāo)志的特點(diǎn)，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(shí)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(yīng)用技術(shù)[J].福建建筑，2009(2)：69-111.