如何利用便携式三维扫描技术进行建筑修复

历史建筑通常被视为我们文化遗产的重要组成部分。为子孙后代保护历史建筑任重而道远。修复便是实现这一目标的方法之一。它指的是通过维修或重建受损或缺失的部分将建筑物恢复原状的过程。这时,可采用三维扫描技术帮助您为具有数百年历史的建筑重新焕发新生收集所需的数据。

目标——修复591年前的历史建筑

我们最近的一个项目位于德国布伦瑞克市最古老的行政区——Magniviertel。这里有一座半木结构的建筑,其修复工作已经持续数年之久。同时,还要对其中的一根木梁进行保护,这根房梁是该建筑不可或缺的一部分,上面饰有MCCCCXXXII铭文字样。因此,这座建于1432年的半木结构建筑因这根房梁而成为年代最久远的建筑之一。这座建筑的主人Christoph Borek,以及修复专业研究生Julia Köhler和建筑历史学家Elmar Arnhold都非常关心如何能够完整且真实地保护这座建筑, 为历史的延续做出贡献。
图1:修复前的建筑
图2:刻有MCCCCXXXII铭文字样的木梁

以“联合力量”为座右铭的扫描方法

但是,该项目需要对该建筑的原始设计、材料和施工方法有透彻的了解,并采用三维扫描技术进行必要的数字化处理。为了联手合作,我们组建了一支由ZEISS硬件和软件、在a3Ds多年积累的三维扫描专业知识,以及修复团队提供的该建筑物的相关知识组成的团队。

若要修复该建筑物,需要对房梁进行数字化复制处理。因此,我们选择了ZEISS T-SCAN hawk 2便携手持式三维扫描解决方案。它可以收集被扫描物体的数据,并在检测软件中将其转化为数字孪生体。可以利用收集到的三维数据确定木梁的当前状态,以便采取进一步的措施。

所生成的扫描结果应代表正片,并映射出磨损情况和可能存在的缺陷。在该过程的后期,可以通过数字化处理创建相应的负片。该方法可以恢复房梁在磨损前的原始形态。

选择合适的解决方案:便携式三维扫描 

对于历史建筑,三维扫描可精准再现其原始设计。该技术可以捕捉到使用传统方法很难记录的复杂细节和测量数据。修复人员可以通过三维扫描来创建该建筑的详细模型,从各个角度对其进行研究和分析,从而更好地了解其原始形态和构造。

将三维扫描用于修复工作的一个主要优点是,修复人员可以发现并分析结构的任何损坏或老化情况。对建筑物进行扫描可以发现损坏或磨损的区域。此外,三维扫描还可以帮助修复人员发现建筑物的任何缺失或损坏的部分。该信息可用于精确复制缺失的元素,帮助恢复建筑物的原貌。三维扫描的另一个优点是,它可以帮助规划和执行修复过程。根据建筑物的详细数字模型,可以在原始设计和施工方法的基础上制定修复计划。这样有助于确保按照建筑物的原始形态、材料和风格进行修复。

我们已经明确了解了使用光学三维计量技术的好处,下面我们来详细了解在现场进行三维扫描的过程。

1 准备工作

准备工作既简单又快捷。首先,我们必须确保所搜集的数据相互参照,从而生成一个完整的三维模型。在该准备步骤中,我们在相关组件上粘贴了参考点。该做法不会对房梁的质量产生负面影响。参考点也会附着在木材上,不会产生任何问题。之后,只需通过电源传输集线器将激光扫描仪与笔记本电脑连接即可。 

完成后,即可开始工作!

2 使用ZEISS T-SCAN hawk 2三维扫描仪进行现场扫描

现场条件并不理想,但我们手边却有一个理想的系统:ZEISS T-SCAN hawk 2。该手持式系统的设计使其适合在检测现场灵活使用。由于检测空间狭窄,施工现场环境恶劣,三脚架导向系统的适用范围十分有限。恶劣的环境条件对于ZEISS T-SCAN hawk 2来说并不算什么挑战。该扫描仪甚至可以在测量过程中对动作进行补偿。因此,可以在5米的高度快速、准确地测量房梁的表面和铭文。这要得益于该扫描仪配备的多激光线和单激光线模式。想知道一个秘密吗?即使现场没有电源,也可以采用电池供电的方法进行测量。

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3 数据评估

仅仅几分钟时间,我们就在ZEISS Quality Suite的检测软件中看到了第一批数据。很快就获得了木制部分的精确网格。甚至还当场生成了详细的STL数据。这些数据体现了组件的实际状况和磨损情况。木结构建筑技术人员在为弥补磨损情况而进行三维铣削轮廓修改时,必须要使用这些数据。
图3:检测软件中木梁的三维网格

4 收尾工作

为了与原房梁完全吻合,我们先用塑料对房梁进行了铣削处理。在塑料横梁上的缺失部分调整木质加装件(例如使用雕刻铁)。然后将这些加固件用胶水粘合并用榫钉固定在原始木梁上。
图4:铣削塑料房梁上的木制加固件
图5:原始房梁上的木制加固件

5 亲身体验

有兴趣了解该扫描项目和历史背景?请观看我们最新的Vlog,了解更多详细信息:

了解ZEISS T-SCAN hawk 2

想要以独家视角了解使用新型ZEISS T-SCAN hawk 2进行工作时的体验?欢迎预约免费演示,并尝试将其用于您的个性化检测任务。

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