历史建筑综合测绘应用研究
薛天纵 孟勇飞 吴启岳 刘国刚 李爱玲
(建设综合勘察研究设计院有限公司, 北京 100007)
摘 要：第一批历史建筑测绘建档工作已基本完成,建档工作形成的数字化成果不仅满足了测绘建档工作的要求,而且通过对历史建筑进行全面的现状信息采集和记录,获取了较为完整的数据信息,从而形成面向历史建筑数字建档、规划设计、保护利用的基础数据。本文总结了历史建筑测绘的项目经验,梳理现行历史建筑保护测绘工作及技术要求,结合历史建筑的工作流程及项目类型,分析历史建筑数字化保护需求,对历史建筑综合测绘体系进行研究。
关键词： 历史建筑; 数字化保护; 综合测绘应用
0 引言
2008年《历史文化名城名镇名村保护条例》发布。条例中定义了历史建筑的概念并明确了其申报、规划和保护相关政策。至此,历史文化名城、名镇、名村的保护上了新的台阶,传统格局和历史风貌得到保持和延续,同时也维护历史文化遗产的真实性和完整性。随着截至2022年9月14日,全国共有国家历史文化名城140座、中国历史文化名镇312个、中国历史文化名村487个、中国传统村落6 819个,划定历史文化街区1 200余片,确定历史建筑5.95万处,成为传承中华优秀传统文化的载体[1]。
历史建筑测绘是历史建筑保护的重要组成部分,不仅是数字化保护的数据基础,也为科学管理和活化利用提供数据依据。自2019年住房与城乡建设部印发《关于请报送历史建筑测绘建档三年行动计划和规范历史建筑测绘建档成果要求的函》以来,在全国历史建筑认定工作基础上,历史建筑测绘建档工作在范围内全面展开。大量的历史建筑数字化保护的技术方法、要求经验被总结,并于2021年发布了行业标准《历史建筑数字化技术标准》(JGJ/T489),这对推动历史建筑测绘起到了指导性的作用。
历史建筑综合测绘是在测绘建档形成的基期数据的基础上,根据历史建筑的不同阶段的测绘需求,开展相关测绘工作[2]。在本文研究中,通过专题调查、修缮测绘、变形监测和平台数据服务等工作,为历史建筑的建档数据更新、保护修缮、迁建复建、活化利用、风险防控、应急保护、科学研究等提供技术支撑。在满足历史建筑保护要求的基础上,实现保护与利用的统一,为切实维护历史建筑的可持续发展提供坚实基础。
1 综合测绘的研究思路
综合测绘主要围绕历史建筑保护和管理两方面,以历史建筑保护-传承-利用作为导向开展,贯穿历史建筑整个的、保护周期,形成系统的保护数据用以加强管理保护,为历史建筑管理决策提供数据支撑。
历史建筑管理保护方面工作主要体现在①在建档数据的整合、加工的基础上,进行的专项调查评估,数据更新和保护监测工作。②对确定保护等级和保护方案的历史建筑进行的保护测绘,建筑生命周期的过程监测和安全监测。③面向保护管理的数据平台建设,数据管理更新,面向活化利用的成果宣传、展示数据精加工等工作。
现代测绘技术已经从传统的单一测绘模式,向多技术多手段高效协同转变[3-5]。通过借助现代测绘技术:无人机、三维激光扫描和近景摄影等采集手段并对获取的多样化数据处理整合,发挥整体的数据优势,在历史建筑保护周期内形成一个有机的整体。综合测绘就是在此基础上,通过梳理各阶段测绘技术方法,将数据融合、加工、应用,以期在历史建筑管理保护中发挥更大的作用。
2 历史建筑综合测绘内容
历史建筑测绘建档项目提出了全面数字化成果的概念,也是首次以测绘作为工作核心开展的工程项目。测绘工作通过传统线图、三维模型(点云、倾斜)、近景影像、全景等多种技术形式运用,以航空影像图、历史建筑专题图、本体的平立剖图件以及三维数字模型等多种形式,对历史建筑的保存现状和周边环境进行全面、真实和可视化的记录,在建立建筑完整数字档案的基础上,为其后进行的历史建筑保护工程提供全面的基础资料。
随着全国各地人民政府对历史建筑测绘建档、保护修缮、风险调查等工作的全面开展,历史建筑保护工作的管理链条将趋于完善,对测绘工作在不同的管理阶段提出了新的要求[6]。在此前提下,综合测绘的服务内容应包含:建档测绘成果的加工应用、专项测绘、修缮测绘、安全监测和信息系统的建设和服务。通过系列的测绘工作为历史建筑保护利用的每个阶段保驾护航。
2.1 现状测绘
现状测绘主要指针对历史建筑单体、历史建筑群和周边环境的现状信息进行采集和表达,在建立建筑完整数字档案的基础上,为其所将进行的历史建筑保护工程提供全面的基础资料支持。内容主要包含现状数据采集和成果制作两大部分。
测绘技术的不断发展,使我们有丰富的手段来获取历史建筑现状数据,传统测绘技术、三维激光扫描技术、近景摄影技术、倾斜摄影测量技术、三维建模技术为现状测绘工作提供了多方法的技术支撑[7]。采集手段的多样化,带来的是多种数据源,多源数据的融合,保证数据完整是数据处理的核心。多源异构、数据融合是历史建筑数字化保护的发展方向。并可通过新测量技术、新计算机处理技术,可以对数据进行更加有效的应用[8],提升历史建筑测绘项目的技术先进性。
2.2 专项调查
在对测绘现状全面调查后,获取了成果数据的基础上,可以进一步开展历史建筑专项调查工作[9]。调查历史建筑环境,查明历史建筑及其环境变化的关系,以及环境变化对历史的影响。调查历史建筑本体和载体的病害类型、分布以及危害程度,并根据调查研究结果,针对历史建筑保护设计、施工应注意的问题等提出建议和意见;自然灾害风险调查是面对目前既存建筑物的,历史建筑作为特殊建筑也同样需要,针对房屋基本信息、房屋建筑信息、抗震设防信息、赋存环境地质灾害等方面进行;可考虑开展历史建筑及其环境的变化监测工作,评估现代社会生活和建设开发对其的影响,为历史建筑的保护利用提供可借鉴的方法和成果。
专项调查指的是除基本信息外,还需要运用专业技术知识,对历史建筑特定信息进行的搜集、统计、分析[10]。针对历史建筑不同的保护及管理要求,归纳了基本信息调查、病害调查、环境调查、风险调查四类专项调查[11]。
2.3 修缮测绘
本文涉及的历史建筑修缮测绘是广义范围的,不仅泛指保护工作中的修缮工作,也包含历史建筑迁建复建、改造和活化利用工作。
对历史建筑进修缮测绘范围除历史建筑本体外,还应包含历史建筑整体和周边环境。修缮测绘技术设计应包括场区控制网布设和控制测量、定位放线测量、结构安装测量、复核测量并且明确控制等级、几何精度技术指标,对于重要部位的施工修缮还应着重说明。
历史建筑的保护修缮测绘工作还应对修缮前的状态进行记录,并与修缮完成后的状态进行比对,确保历史建筑的价值要素、结构形态和周边环境不发生重大改变。对适用于变形监测的部位进行测量,保证结构和构件的安全。
修缮测绘形成的数字化成果要满足信息管理系统的相关要求。修缮测绘各个环节,要根据历史建筑的价值、类型、结构、保存状况、环境条件等,具体情况具体分析,多措并举,促进历史建筑得到整体保护和合理适度利用。
2.4 变形监测
历史建筑的变形监测是视对历史建筑生命周期保护的具体情况而定的,实施前应做好对历史建筑和其附着的价值要素的研究和保护工作。确定需要进行时,要做好设计方案,经过专家论证和实地验证后开展,确保历史建筑及其价值要素不会受到影响和破坏。
一般情况下,当历史建筑本体或周边环境开展保护修缮、应急保护或影响建筑稳定性、完整性的其他工程时,需进行变形监测。方法可采用常规监测配合测试仪器的方式进行。预警指标和监测频次要根据具体情况而定,可参照文物保护中近现代建筑的相关要求进行。根据对历史建筑本体及周边环境的影响程度,历史建筑的变形监测工作可分为常态变形监测和应急变形监测。形成的数字化成果要满足信息管理系统的相关要求。
2.5 信息系统建设与服务
随着近年来城市走向信息化、智能化、智慧化,测绘信息化也不断推进[7]。历史建筑测绘工作也会在数字化测绘基础上向信息服务进行技术拓展与应用。历史建筑测绘是通过信息采集、加工处理而获得的支撑传统管理保护的一项工作,对其数据的拓展是基于测绘的信息化特征下的应用,基于此开展的历史建筑信息系统建设与服务也成了历史建筑管理保护的重要组成部分。
通过整理分析历史建筑数据资料,提出数据需求及应用需求建立数据关系模型,并进行数据库结构设计、数据库表结构设计。结合历史建筑数量及特点,分析其管理保护需求,建立的标准数据库,使用管理平台快速发布浏览技术,结合网络技术实现数据库管理、数据管理、系统维护、展示应用等功能就成为历史建筑信息化的发展方向。
3 历史建筑综合测绘应用
历史建筑综合测绘工作是历史文化传承、发展、应用的主要工作之一[5]。遵循传统测绘和新技术相结合的方式,可以为历史建筑保护管理工作提供全面细致的测绘数据;并在历史建筑不同阶段提供应用成果的工作。
综合测绘的实施在历史建筑管理保护全周期提供测绘服务[9],使其在历史资料分析、数据采集、成果应用、数据平台建设和过程测绘、监测中具有连续性和可持续性,其应用场景也会越来越广阔。
3.1 现状评估
历史建筑不同于文物,目前尚未有明确的分级、分类标准,对其历史价值和价值要素的认定是对历史建筑保护管理的重要手段和措施。综合测绘的开展,特别是现状测绘和专项调查的成果,可以用于历史建筑保存状况和所附属的价值要素、环境进行进一步的评估评价。
现状评估是在信息调查、表面病害调查、历史价值要素核查结合图像信息、测绘图信息、模型信息综合后按照建筑本体、赋存环境和价值要素保存状况进行的。其目的在于通过评估历史建筑保存状态、破损原因、破坏程度和产生原因的分析,真实的反映历史建筑保存现状及价值。并对其保存状况进行量化处理,分级处理,提出保护建议,可以为今后历史建筑的管理、保养、修缮、活化利用工作提供基础资料和必要的技术参数。也为历史建筑管理决策提供参考。
3.2 成果拓展
历史建筑综合测绘成果类型丰富,其所包含的三维建模技术和制图处理可以进行进一步应用研究[12-14]。
拓展模型数据的应用领域和方向,包括点云模型和实景模型的应用、模型测图、数字修复、数字复建、三维展示、渲染、强度数据的挖掘利用、三维病害表达、稳定性分析等。拓展制图成果应用领域,历史建筑制图成果既反映了历史建筑的结构特点,又是保存现状的实际反映[4]。可以进行历史建筑结构研究,对建筑形制、价值要素分布、环境要素分布并结合保存现状做出相应的判断,进一步体现历史建筑存在价值。模型数据和矢量图数据可作为对历史建筑变化监测的基期数据,通过对不同阶段的同类数据进行比对,可以实现对历史建筑变化的监测。
3.3 工程评价
历史建筑保护工程在专家论证-设计-施工-专家评审-应用的全过程中,综合测绘在现状测绘、修缮测绘和竣工测绘可以对工程的全过程进行记录,形成的成果经过施工前后的数据比对可形成具象化对比数据,可作为工程评价的重要参考资料,为工程评审和评价奠定良好的基础。
3.4 管理利用
随着测绘信息化的不断推进,历史建筑测绘工作也会在数字化测绘基础上向信息服务进行技术拓展与应用。历史建筑测绘是通过信息采集、加工处理而获得的支撑历史建筑保护的一项工作,对其数据的拓展是基于测绘的信息化特征下的应用。
测绘信息一般显示为静态信息,目前在遥感数据体系的支持下,可以实现信息的实时获取,加之智能化技术,可以实现快速有效的数据更新和实时处理。可广泛应用于监测、评估、数字化展示,满足历史建筑发展所需要的信息数据。
4 应用案例
某历史建筑位于浙江省台州市椒江区,属浙江省台州市第一批历史建筑名录。椒江区位于浙江省沿海中部台州湾入口处,旧称“海门”,是台州的主城区。该建筑位于海门老街,为典型的合院式建筑。测绘建档项目工作开展后,对历史建筑保存现状进行了全面的记录,并通过测绘现状记录的图件开展了专题调查工作。
如图1、图2获取的线图和正射影像图的融合来表达识别其建筑制式和保存现状,对其病害也可量化统计,表达更为直观,并可以对其倾斜、歪闪做定量描述并可对以后进行的结构安全检测、病害评价以及修缮制图有更好的数据支撑。
图1 立面正射影像与线划图融合
图2 立面正射影像
在现状记录的同时,对其保存现状进行了分析:该历史建筑本体维护结构表观有明显残损,墙体出现影响结构安全的裂缝,支撑结构表观有较大损伤,局部出现糟朽、开裂,并向当地住建部门反馈。当地住建部门基于对该历史建筑掌握的情况,启动了对其的修缮工程。
在该历史建筑修缮过程中,综合测绘发挥了如下作用:①在修缮前,利用测绘建档的成果点云数据,辅以倾斜摄影三维模型,获取了该历史建筑整体及局部施工对象的位置(平面位置和高程)、尺寸、姿态等;②修缮过程中,通过控制网布设和控制测量、定位放线测量,结构安装测量及复核测量等工作,对整体和重要部位的施工修缮发挥了重要的作用;③修缮后,运用测绘手段对其进行现状测绘重新进行获取,制作为三维模型成果。并在已建成的历史建筑数据管理系统中进行录入,将修缮前后的数据进行快速、直观的对比。目前该工程已处于竣工验收阶段。
此外,综合测绘服务还体现在:①通过多种技术手段综合运用,获取并制作了该历史建筑具有较强现势性的成果;②通过基础信息调查、病害调查、病害调查、风险调查四类专题调查发现了历史建筑本体及其周边环境存在的风险隐患。综合测绘使得管理者对历史建筑有直观、快速地了解,同时为其保护利用过程中发挥了巨大的作用,测绘服务的运用获得了管理方和施工方的一致认可。
修缮保护工作在现状测绘、修缮测绘和竣工测绘可以对工程的全过程进行记录,形成的成果经过初、中、末期数据比对可形成对保护工程的评价,也可作为还原现状的数据保障。保护修缮前后点云数据的比对,如图3所示。
(a)保护修缮前
(b)保护修缮后
图3 保护修缮前后点云数据的比对
5 结束语
十四五规划宣布以来,历史建筑保护工作不断提升,对测绘的要求也相应改变。提供数字化、精细化、信息化的测绘技术,为历史建筑详细现状数据获取和为保护工作的推进助力。通过采用现代测绘不同手段采集的数据,加工处理,形成一整套面向历史建筑保护的成果,这也是现代测绘“多源异构,数据融合”所倡导的[15],真正形成“翔实记录,永续传承”。
历史建筑数字化,带来采集多样化和成果模式多样化,在实际应用中存在对信息处理、存储、利用相互影响的状况,存档数据和展示数据的管理应用的优化是需要研究提升的。在建立测绘数据管理平台,健全历史建筑测绘的体系管理的基础上,对相关数据分类分析和预测,为保护工作的政策、决策提供数据支持,使保护工作针对性更强。
可以预见的是,历史建筑综合测绘的推进发展将会使测绘信息呈现多元多样化的特点。历史建筑的保存现状、工程状态、环境情况、地质信息等,结合灾害预防评估、人文地理、社会经济和其他社会因素,可以得到不同专业层面的信息,为保护决策提供有效辅助服务。
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引文格式: 薛天纵,孟勇飞,吴启岳,等.历史建筑综合测绘应用研究[J].北京测绘,2023,37(5):778-783.
基金项目：国家重点研发计划(2016YFF0201305,2016YFF02201301)
作者简介：薛天纵(1972—),男,内蒙古呼和浩特人,大学本科,高级工程师,研究方向为工程测量。
E-mail:15801097766@163.com
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