0 引言

　　受时间及人类活动影响，文物建筑不断受到侵蚀和破坏，在不损伤文物建筑的前提下，使其长久保存已成全球性课题。三维激光扫描技术由于具有无须接触被测目标、扫描速度快、点位和精度分布均匀等特点，已应用于国内外文物建筑保护领域。以上海市徐汇区白公馆为例，介绍三维激光扫描技术在文物建筑勘察中的应用。

　　1 三维激光扫描技术

　　在文物建筑勘察中，图纸测绘及重点保护部位检测属于重难点工作，主要受现场测绘数据量大、不规则形状线条测量误差大、现场检测条件受限等影响。传统图纸测绘一般基于全站仪、水准仪、激光测距仪等进行单点、单面测量，精度较高，但覆盖面较小，且每个数据采集时间为5～10s，数据输出形式单一，仅能提供二维结果，需进行大量点测量时，往往耗费大量时间和人工成本。

　　三维激光扫描仪较好地弥补了传统测绘仪器存在的弊端，改变了数据采集途径，通过非接触主动测量，使大范围快速测量成为可能。三维激光扫描技术又称实景复制技术，可全自动快速清晰地获取被扫描物体整体或局部连续的密集点数据，从而不断逼近目标原型，最后实现三维重建，这是常规测量仪器和测量手段无法达到的。

　　基于三维激光扫描技术的上述特点，可利用该技术建立具有重要价值的建筑物、构件等三维模型，作为长期资料保存，为后期修缮提供数据支持。三维激光扫描技术主要操作内容包括外业观测、搬站扫描、拼接转换、数据管理、点云数据处理、成果整理等。

　　2 工程概况

　　徐汇区汾阳路150号白公馆为1幢3层花园洋房，建造于1919年，为上海市徐汇区文物保护点。该建筑由基本独立的主体结构(3层混合结构)和西侧单层扩建结构(砖混结构)组成，曾为花园住宅楼、办公教学楼、酒店等，现为餐厅。该建筑在使用过程中布局、装饰和结构体系均有较大变动，为了解结构现状，并为后期修缮提供依据，需进行勘察。

　　白公馆为仿法国文艺复兴时期的官邸式花园洋房，外立面典雅稳重，建筑立面在造型上强调轴线对称、主从关系，主要体现具有统一性和稳定感的横三段、纵三段结构。南立面弧形墙面采用立柱进行装饰，2,3层采用爱奥尼克柱及多立克柱(见图1)。中轴线上设有较宽的白色楼梯，直达2层弧形露台(见图2)，使整个立面造型突出了建筑入口，强调了中心几何形态。北立面呈非对称形式(见图3)，立面中心为由螺旋楼梯拉起的筒状体块，根据楼层变化，筒身设有圆形、椭圆形等窗洞，两侧设有爱奥尼克柱进行装饰。室内特色保护部位为螺旋楼梯(见图4)，楼梯由1层盘旋而上，直至3层，其流畅且带有巴洛克风格的造型线条具有别样美感。

　　图1 南立面  

　　图2 直达2层的楼梯  

　　图3 北立面  

　　3 主要勘察内容

　　1)图纸测绘采用三维激光扫描仪对各房屋建筑轴线尺寸、平面布局、各层层高、建筑分隔、门窗位置等进行现场测绘，绘制建筑物平面、立面、剖面图。

　　2)重点保护部位检测采用三维激光扫描仪对重点保护部位进行检测，详细记录建筑装修特色。

　　图4 螺旋楼梯  

　　3)病害检测详细检测结构构件及装饰构件变形、开裂、空鼓等病害。

　　4)房屋变形测量测量房屋棱线倾斜角度及室外装饰线条相对高差。

　　对房屋进行全面现场扫描，得到扫描点云数据，将外业作业获取的点云数据进行拼接，形成整体模型，再由辅助绘图软件绘制线画图。部分三维激光扫描点云数据如图5～7所示，部分测绘结果如图8～9所示。

　　图5 南立面点云数据  

　　图6 北立面点云数据  

　　图7 螺旋楼梯点云数据  

　　根据拼接模型及现场勘察结果，查看房屋变形、开裂等损伤情况。目前白公馆存在少量结构性损伤，包括北立面2层个别墙窗角斜裂缝(宽约0.3mm)和屋面局部檐口锈胀钢筋。重点保护部位损伤主要包括局部宝瓶护栏及酒杯形装饰缺失、破损，屋面檐口线脚等部位受潮严重(存在深色污损)及局部外墙长有植物等。在点云数据模型上选取关键点坐标值，通过换算得到对应棱线倾斜角度及室外装饰线条相对高差。结果表明，房屋向东倾斜，平均向东倾斜3.70‰，南北向多数点向北倾斜，平均向北倾斜4.07‰;屋面女儿墙北侧略低于南侧，东西向无明显规律，最低点位于西北角，最大相对高差为71mm。

　　图8 2层建筑平面  

　　4 结语

　　1)三维激光扫描技术属于非接触式测量技术，适用于无法直接接触被测物体的测量，具有传统测量技术难以实现的功能。根据三维激光扫描获取的点云数据，可得到建筑物整体模型、线画图等。

　　2)应用三维激光扫描技术可缩短外业作业时间，减少往返现场补测工作量，提高生产效率，并使现场工作危险性降低。

　　图9 东立面