3D лазерное сканирование и моделирование исторических и архитектурных памятников

Наземное 3D лазерное сканирование как наиболее эффективный метод съемки памятников архитектуры

Реконструкция жилых, торговых, промышленных кварталов старой застройки в городах России приобрела в последние годы масштабный характер. В большинстве случаев, реконструируемые здания являются памятниками архитектуры XVIII–XX веков, и в связи с этим проектировщики стараются заменять перекрытия и коммуникации, перепланировать интерьеры, сохранив внешний вид зданий.

Для сохранения внешнего вида здания проектировщики и архитекторы должны иметь подробные обмерные чертежи фасадов, которые либо отсутствуют, либо не соответствуют действительности, либо совершенно не точны. Поэтому целесообразно использовать в этой области инновационную технологию 3D лазерного сканирования, которая дает возможность при минимальных временных затратах получить подробные трехмерные данные с высокой точностью, на основе которых в современном программном обеспечении строятся 3D модели или чертежи.

Объекты лазерного 3D сканирования — исторические памятники в Санкт-Петербурге

В июле 2004 года специалистами нашей компании совместно с фирмой «Р-скан» был выполнен масштабный проект по съемке с помощью лазерного 3D сканирования фасадов комплекса нескольких зданий, являющихся историческими памятниками, на 8-й линии Васильевского острова и в Днепровском переулке в Санкт-Петербурге. Участки в данном районе застраивались еще в первой половине XVIII века. Это были лицевые фасады парадных флигелей со стороны   8-й линии и хозяйственные постройки со стороны Днепровского переулка. Со временем здесь появились внутренние корпуса, которые впоследствии были надстроены. Возраст последних появившихся здесь построек датирован концом XIX века. Довольно интересным фактом является то, что лицевые корпуса не меняли свой облик с 1820–1850 годов. Но уникальность района 8-й линии еще и в том, что это один из немногих уголков Питера, который рассказывает нам об укладе жизни горожан XVIII века.

Проект реконструкции и причины выбора технологии лазерного сканирования для съемки

Проект предполагал реконструкцию зданий №11 и №13 по 8-й линии Васильевского острова с сохранением лицевых фасадов и перестройку внутренних дворов. В новых зданиях планировалось разместить отель и офисные помещения. Сложность предстоящих работ по реконструкции заключалась в том, что они не должны нарушить хрупкой структуры архитектурного ансамбля 8-й линии.

На начальном этапе реконструкции зданий санкт-петербургским архитекторам необходимо было создать подробные чертежи фасадов, профили и разрезы зданий, выходящих на 8-ю линию и Днепровский переулок, и всех прилегающих со стороны внутренних дворов построек. Для выполнения всех этих работ традиционными способами с тахеометром и рулетками понадобился бы не один месяц, именно поэтому в качестве основной технологии съемки было выбрано лазерное сканирование.

Выполнение съемки по технологии наземного 3D лазерного сканирования объекта

Перед выполнением 3D лазерного сканирования специалистами компании «НГКИ» была проведена рекогносцировка объекта, целью которой являлся выбор оптимальных мест установки лазерного сканера (станций 3D сканирования). В ходе рекогносцировки выяснилось, что объект значительно больше, чем предполагалось изначально, и имеет ряд особенностей, осложнивших впоследствии работу. Во-первых, большое количество построек во внутренних дворах, расположение которых ограничивало обзор сканера, привело к увеличению числа мест установок сканера (станций). Во-вторых, был обнаружен целый ряд серьезных сложностей с процессом передачи координат объекта со стороны улицы во двор. Поскольку здания на 8-й линии плотно прилегают друг к другу, попасть во внутренние дворы возможно было только через Днепровский переулок (обойдя около десятка зданий), то есть единственным участком, видимым с обеих сторон главного здания, оказалась его крыша. Использовать марки, применяемые для сшивки сканов, было невозможно, поскольку единственным местом для их установки была крыша, находившаяся в аварийной состоянии. Поэтому для сшивки были использованы перекрытия сканов верхней части крыши объекта съемки и соседнего здания. 3D лазерное сканирование объекта осуществлялось с девяти станций: две из них были расположены на 8-й линии Васильевского острова для съемки лицевых фасадов зданий; две — в Днепровском переулке, с них производилось лазерное 3D сканирование фасадов флигелей; пять станций находились во внутренних дворах. На каждой станции наземного лазерного сканирования было произведено от 3 до 7 сканов. Общее количество полученных в результате съемки точек — 13 миллионов.

Обработка данных 3D лазерного сканирования и построение чертежей фасадов

Камеральная обработка результатов 3D лазерного сканирования заняла 10 чел./дней. Сшивка всех полученных сканов была произведена нашими специалистами за два дня с использованием программы Trimble 3Dipsos. Осуществлялась она комбинированным способом: по привязочным маркам и вручную по характерным точкам съемки. По результатам выполненной сшивки была получена 3D модель объекта, состоящая из точек с известными координатами, по которой с использованием программны Trimble RealWorks Survey были построены горизонтальные и вертикальные разрезы. Конечным результатом всех выполненных камеральных работ явились построенные с помощью программы AutoCad чертежи фасадов, профили и разрезы не только отдельных построек, но и всего комплекса зданий.

Результаты обмерных работ и камеральной обработки данных по проекту

Количество информации об объекте, полученной в столь короткие сроки, не может не впечатлять: всего за две недели при помощи технологии 3D лазерного сканирования была получена точечная 3D модель объекта, произведена сшивка сканов и камеральная обработка данных, в результате которой был получен набор документации в электронном виде, полностью соответствующий требованиям Заказчика.