中國傳統(tǒng)村落測繪分析及建議

周宇博 任克彬

(1.西南科技大學(xué)，四川 綿陽 621000; 2.河南省文物建筑保護(hù)研究院，河南 鄭州 450000)

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中國傳統(tǒng)村落測繪分析及建議

周宇博1任克彬2*

(1.西南科技大學(xué)，四川 綿陽 621000; 2.河南省文物建筑保護(hù)研究院，河南 鄭州 450000)

以裴城村為例，對比了傳統(tǒng)村落測繪中傳統(tǒng)人工測繪方法與三維激光掃描測繪方法，分析了兩種方法在傳統(tǒng)村落測繪應(yīng)用中的優(yōu)勢及存在的問題，并聯(lián)系傳統(tǒng)村落自身特點(diǎn)，提出了高效測繪的工作建議。

古民居建筑群，激光三維掃描技術(shù)，傳統(tǒng)古村落測繪

0 引言

傳統(tǒng)村落是歷史進(jìn)程中人們生活的沉淀，飽含傳統(tǒng)的精神遺產(chǎn)和歷史記憶。但隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，傳統(tǒng)村落衰退、消亡現(xiàn)象日益加劇，加強(qiáng)傳統(tǒng)村落保護(hù)刻不容緩。2012年我國修訂中國傳統(tǒng)村落名錄[2]，加大對傳統(tǒng)村落，這種不可恢復(fù)的文化遺產(chǎn)的支持保護(hù)力度。使傳統(tǒng)村落測繪、修繕的需求日漸增大，但傳統(tǒng)古建筑測繪方法已逐漸不能滿足如此大量的需求。如何在短時間內(nèi)對其搶修，并施予保護(hù)，正成為傳統(tǒng)村落保護(hù)的問題所在。將新技術(shù)融合到古建筑測繪中，以加快測繪速率的方法，正逐漸成為一種趨勢。三維激光掃描技術(shù)因其簡易高效的特點(diǎn)，正受到越來越多的關(guān)注，但目前三維激光掃描技術(shù)，多運(yùn)用于古建筑單體及其他領(lǐng)域[4-10]，而傳統(tǒng)村落有其獨(dú)特特點(diǎn)，將新技術(shù)運(yùn)用于傳統(tǒng)村落的研究，卻鮮有提及。

因此本文整合毛鋪村樓上樓下、吳埡石頭村等地的實(shí)際測繪經(jīng)驗(yàn)，以裴城村為例，結(jié)合所運(yùn)用過的三維激光掃描系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的人工測繪方法與三維激光掃描進(jìn)行對比、分析,得出適合傳統(tǒng)古村落建筑的測繪建議與方法。

1 裴城村古民居概況

裴城村位于河南省漯河市郾城區(qū)裴城鎮(zhèn)，原名洄曲，因唐朝名相裴度曾駐扎而改為此名。裴城村具有濃厚的歷史底蘊(yùn)：1)據(jù)《郾城縣志》所載，郾城有舊城：道州城、裴城等古城。舊城雖大都不復(fù)存在，但格局尚存，寨墻地面以上仍有片段遺存，地下遺址且有跡可循。2)位于裴城西南的裴城遺址，曾出土過大量文物。3)擁有著響水橋、石板橋兩座古橋，分別建造于北宋、隋唐年間。

2012年12月，裴城村入選“首批中國傳統(tǒng)村落名錄”[2]。

裴城村現(xiàn)存的傳統(tǒng)建筑具有一定的規(guī)模，布局相對完整，是豫中一帶地域風(fēng)格建筑的杰出代表，對研究河南明清時期居住宅院、傳統(tǒng)農(nóng)耕文明歷史記憶、生產(chǎn)方式等文化遺產(chǎn)具有重要的價值。但目前裴城村等傳統(tǒng)村落在自然和人為因素的雙重影響下，多數(shù)年久失修，缺乏有效管理、保護(hù)(見圖1)，不及時消除險(xiǎn)情，使其得到有效維護(hù)，裴城村傳統(tǒng)建筑這一獨(dú)特的文化遺產(chǎn)將面臨嚴(yán)重威脅。

裴城村現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)建筑包括明代、清代及民國時期建筑，其中明代建筑建筑面積58.8 m2；清代建筑建筑面積1 996.5 m2；民國時期建筑建筑面積680 m2。

此次測繪、建筑年代多為清代至民國期間，最大單體建筑面積為197.2 m2。

2 傳統(tǒng)測繪方法與三維激光掃描技術(shù)對比、分析

2.1 人工測繪簡述及存在問題

人工測繪是目前傳統(tǒng)村落測繪的主要手段，也是目前古建筑測繪中的普遍方法，具體指人工利用激光測距儀，卷尺等工具，徒手繪制前期建筑草稿，后期借助電腦軟件對測繪結(jié)果進(jìn)行還原成圖的一種方法。成果圖如圖2所示。

人工測繪優(yōu)勢：經(jīng)濟(jì)，靈活，后期數(shù)據(jù)處理方便；同時古建筑房屋結(jié)構(gòu)普遍存在變形、遮擋，人工可由斗口尺寸或相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)獲取構(gòu)件尺寸；人工測繪不被測繪場地狹小空間所限制。

結(jié)合大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明人工測繪中亦存在諸多不便：1)安全問題。由于傳統(tǒng)村落多年久失修，部分院落已被遺棄，因此房屋存在傾塌等安全問題。采用人工測繪，調(diào)查人員人身安全得不到相應(yīng)保障。2)效率問題。由于梁架、檁條、椽子斗拱一般過高，人工測繪不得不借助梯子或腳手架及相應(yīng)工具來獲得相應(yīng)構(gòu)件尺寸及殘損情況，部分情況下還需采用滿堂架進(jìn)行測繪，耗時耗力。3)對于不規(guī)則建筑存在無法準(zhǔn)確測繪等問題，如吻獸、雀替等。4)損壞問題。人工測繪時，測量需直接接觸古建筑本身。

2.2 三維掃描技術(shù)簡介及運(yùn)用

三維激光掃描儀作為實(shí)現(xiàn)三維掃描的載體，主要由一臺高精度的激光測距儀和一組以均勻角速度掃描的反射棱等組成[10]，如圖3所示。

三維激光掃描技術(shù)(脈沖式)原理：利用發(fā)射、接收激光脈沖，借助發(fā)射角度，對測量物進(jìn)行連續(xù)快速的點(diǎn)測量。即將實(shí)體劃分為點(diǎn)，測定單元點(diǎn)的角度和距離，在電腦上還原拼成后得到模型圖。測量原理如圖4所示。

在古建筑數(shù)據(jù)采集完成后，由算法處理后形成古建筑整體點(diǎn)云模型，后借助軟件對點(diǎn)云模型沿古建筑勘查所需進(jìn)行點(diǎn)云切片，并轉(zhuǎn)換成CAD格式圖(見圖5)，后由人工結(jié)合點(diǎn)云剖面圖進(jìn)行古建筑現(xiàn)狀圖紙的繪制。

三維掃描技術(shù)優(yōu)勢：

1)非接觸性。三維激光掃描采用完全非接觸式的測量方式對目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取。針對古村落中部分有傾塌趨勢的房屋且庭院內(nèi)雜草叢生的情況，三維激光掃描技術(shù)具備優(yōu)勢。同時三維掃描技術(shù)的非接觸性可減少對文物建筑本身的損害。

2)激光的穿透性。激光的穿透特性使得被地面植被遮擋無法利用激光測距儀等工具測量的建筑變得可測。

3)簡易性。三維激光掃描儀一般便于攜帶、操作簡便，接口多種，易于與其他儀器協(xié)同工作。以MAPTEk I-Stite 8800為例，如圖6所示。

4)高效、數(shù)字化。激光掃描物體直接獲取其數(shù)字信號。獲取的數(shù)據(jù)減少了傳統(tǒng)測繪中人工估算所帶來的不確定性，且采樣點(diǎn)的點(diǎn)距間隔可設(shè)置，使得重要的部分可精細(xì)測量，并使測量的時間具有伸縮性。軟件接口預(yù)留豐富，人機(jī)交互方便。

但三維掃描技術(shù)在傳統(tǒng)村落測繪中仍會有許多局限性。結(jié)合此前測繪經(jīng)驗(yàn)，激光掃描技術(shù)應(yīng)用在古建筑測繪方面存在如下問題：

1)掃描存在遮擋，常需變動掃描儀位置。由于傳統(tǒng)古村落一般坐落于山水秀麗之處，附近植被過于茂盛，如毛鋪村樓上樓下等村落(見圖7)；建筑內(nèi)部如柱子等物體遮擋，激光不能穿透，測繪者必須頻繁的變換掃描儀才能獲得全部構(gòu)件的掃描數(shù)據(jù),這樣大大降低了掃描效率。

2)數(shù)據(jù)的處理。測量的精度越高，其所得到的數(shù)據(jù)量越多，若對具有斗拱的高級別建筑進(jìn)行激光三維掃描，所得數(shù)據(jù)必然龐大，計(jì)算時間所需過長。同時，倘若掃描精度要求過高，必然會掩飾古建筑客觀存在的砌筑規(guī)律。

3)掃描場地的限制(見圖8)。部分建筑外部場地過窄。掃描儀若處于水平狀態(tài)掃描時,頂部一個圓形的區(qū)域掃描不到，將成為掃描死角。倘若將儀器進(jìn)行非水平狀態(tài)掃描,勢必又難以保證內(nèi)業(yè)模型拼接的精度。

4)材質(zhì)的區(qū)分不明確。掃描期間發(fā)現(xiàn)對于同一面上不同材質(zhì)的物體無法做到很好的區(qū)分。由于現(xiàn)存古建筑與現(xiàn)代建筑并立而建(見圖9)，此類建筑亦無法采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測繪。

對于古建筑的結(jié)構(gòu)變形、佚失，人工可通過同地區(qū)同時期相同的構(gòu)件來測繪、修繕。更重要的是，由于經(jīng)驗(yàn)積累，人工測繪時可對之前未曾發(fā)現(xiàn)的價值及時加以利用、保護(hù)。

3 結(jié)論與建議

如同GPS技術(shù),三維激光掃描技術(shù)將會是測量技術(shù)的又一次提升。合理配合使用儀器亦將事半功倍。據(jù)此針對傳統(tǒng)村落的測繪提出如下建議：

1)對于古民居建筑群中，部分與今人后增建筑并存或由今人進(jìn)行改造，如對外墻粉刷等(如圖8所示)的古建筑。建議采取人工測繪。2)對于古建筑中年久失修，極具危險(xiǎn)的建筑，建議采用三維掃描技術(shù)進(jìn)行測繪。3)對于偏高的建筑如戲樓、牌坊等，建議采用三維掃描技術(shù)進(jìn)行測繪。4)由于測繪場地限制或周邊植被異常茂盛的古建筑，建議采取人工測繪。5)對于符合營造法式、營造則例等帶斗拱建筑，建議采取人工經(jīng)驗(yàn)與三維激光掃描技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行測繪。6)對于四周植被稀疏，部分殘損的古建筑如孤塔，建議采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測繪。7)對于如格柵門、窗欞、雀替、吻獸等細(xì)小構(gòu)件,建議采用三維激光掃描技術(shù)與人工測繪相結(jié)合的手段進(jìn)行測繪。8)對于建筑庭院，建議采用人工測繪。

同時只有針對被測量對象的特點(diǎn)及相應(yīng)的精度要求，將新技術(shù)與傳統(tǒng)測繪方法相結(jié)合、取長補(bǔ)短,才能充分提高測繪的效率，為更好的推動新技術(shù)在相關(guān)古建筑測繪領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，為我國文化遺產(chǎn)保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

[1] 王其享.古建筑測繪[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006．

[2] 中國傳統(tǒng)村落網(wǎng)[EB/OL].http://www.chuantongcunluo.com.

[3] 陸元鼎,楊谷生.中國民居建筑(上、中、下卷)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2002.

[4] 曹 勇.現(xiàn)代科技在古建筑測繪中的應(yīng)用[J].建筑設(shè)計(jì)，2011,10(3):54-56.

[5] 王田磊,袁進(jìn)軍,王建鋒.三維激光掃描技術(shù)在建筑物三維建模可視化中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2012(9):44-47.

[6] 丁延輝.三維激光技術(shù)在古建筑勘測中的應(yīng)用研究[D].北京:北京建筑大學(xué),2014.

[7] 張 亞.三維激光掃描技術(shù)在三維景觀重建中的應(yīng)用研究[D].西安:長安大學(xué),2011.

[8] 徐進(jìn)軍,余明輝,鄭炎兵.地面三維激光掃描儀應(yīng)用綜述：現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工程勘察,2008(12):31-34.

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Analysis and suggestions on surveying and mapping of Chinese traditional villages

Zhou Yubo1Ren Kebin2*

(1.SouthwestUniversityofScience&Technology,Mianyang621000,China; 2.HenanAcademyofRelicBuildingProtection,Zhengzhou450000,China)

Taking Peicheng village as an example, the paper compares traditional artificial mapping methods with 3D laser scanning mapping method in traditional village mapping, analyzes their application advantages and existing problems in traditional village mapping, and puts forward high-efficiency mapping suggestions by combining with traditional village features.

ancient residential complex, laser 3D scanning technology, ancient village mapping

1009-6825(2017)07-0220-03

2016-12-13

周宇博(1989- )，男，在讀碩士

任克彬(1985- )，男，博士，館員

TU198

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