三维激光扫描技术在古建筑保护工程测量中的应用

摘要：古建筑作为承载历史文化与艺术价值的重要遗产，其保护工程中测量精度与信息完整性至关重要。三维激光扫描技术凭借高精度、非接触与数字化优势，已广泛应用于古建筑保护测绘工作。本文围绕该技术在古建筑测量中的具体应用展开探讨，从数据获取、建模流程与信息管理角度分析其技术特征及应用成效，进一步提出当前应用中存在的问题与改进策略，旨在为古建筑测绘与数字化保护提供技术支持。

关键词：三维激光扫描；古建筑保护；工程测量

一、古建筑工程测量的技术要求与应用背景

（一）古建筑结构形态复杂性对测量方式的挑战

古建筑通常存在结构形式多样、装饰构件精细、空间层次丰富等特点，这类复杂结构对于传统测量手段而言存在精度难以满足、效率偏低、信息丢失等多重难题。在测量过程中，常规全站仪或手工测量无法覆盖高处、曲面或隐蔽构件，导致建模资料不全、精度控制困难。古建筑中诸如斗拱、飞檐、木刻等高细节部位，在人工测绘条件下不仅耗时费力，还易对文物表面产生潜在干扰，增加不可逆损伤风险。技术手段无法充分适配古建筑空间复杂性的背景下，对高效率、高精度、非接触式测量工具的需求逐渐增强，促使三维激光扫描技术成为替代传统方法的有效选择。

（二）数字化保护趋势推动测绘手段的转型升级

随着文化遗产保护理念从静态保存向动态管理、数字复原转变，古建筑测量已不再局限于图纸绘制与尺寸记录，而需提供结构分析、信息建模、病害识别等多维服务。数字化保护强调信息可视化、可追溯与可重构，对测绘数据的完整性与精度提出更高要求。传统二维图形难以承载复杂空间信息，不利于后续病害监测与修复模拟。三维激光扫描技术能够快速生成高密度点云数据，构建真实还原的空间模型，实现对古建筑的形态记录与多维分析，为数字化保护平台提供原始数据基础，满足测绘与修复一体化发展的技术需要，促进保护工作与信息技术的深度融合。

（三）高精度测量成果对修缮决策的重要支撑作用

古建筑修缮工程需要建立在详实的现状数据基础上，测量成果精度直接关系到修缮设计的科学性与施工控制的可行性。测量误差将可能引发节点定位偏差、构件连接失调等问题，影响修缮质量与结构稳定性。三维激光扫描获取的点云数据具备高还原性与三维定位能力，能够对局部细节进行微米级精度的还原，尤其在弯曲构件、倾斜面或结构病害区域的形变分析中发挥关键作用。高精度测绘还可辅助建立空间数据库，为修缮方案制定提供数据支撑，提升修缮过程的可控性与工程质量，避免重复返工和历史信息损失，实现保护工程的系统性、科学性与前瞻性目标。

二、三维激光扫描技术在古建筑保护测量中的应用实践

（一）点云数据采集流程与精度控制方式

三维激光扫描技术在古建筑测量中应用时，数据采集环节是确保成果可靠性的基础。设备布设需综合考虑建筑结构布局、采集视角、遮挡影响等因素，合理布设扫描站位，以确保数据覆盖全面且无重大盲区。在现场操作中，应使用高密度扫描模式以获取构件细部特征，通过调整分辨率与扫描角度实现不同尺度层级的数据精度平衡。为实现多个站位数据的无缝拼接，需在扫描过程中布设明显标志物作为配准基准点，并辅以全站仪或GNSS控制点进行坐标统一。数据采集完成后，通过专业软件进行配准、去噪与点云优化处理，消除外部环境干扰与冗余点，提升整体数据质量。在复杂结构或高空部位，结合无人机倾斜摄影获取补充数据，进一步优化扫描结果的完整性与精度。

（二）建筑三维模型构建与多源信息集成策略

三维点云数据为古建筑建模提供了详尽的空间信息基础，通过后处理建模工具可实现从点云到BIM、Mesh或矢量结构模型的转换。在建模过程中，应依据建筑实际结构进行分区建模处理，合理划分屋顶、梁柱、墙面等构件单元，确保模型结构与建筑原貌一致。在处理细节构件如藻井、雀替、瓦当等部分时，需采用高精度建模策略对曲面与纹理进行精细重建，避免因简化处理而丢失文物信息。在建模数据中引入材质信息、历史修缮记录与病害分布图层，可实现信息集成与关联查询，拓展模型的管理与分析功能。通过建立统一坐标系统，将多次扫描成果与历史图纸、实景照片等多源信息进行叠加比对，形成完整的数据链条，实现模型的数据闭环管理，为文物保护部门提供全面直观的技术依据。

（三）古建筑病害监测与变形分析的技术路径

三维激光扫描技术可对建筑表面进行高密度数据捕捉，适用于形变监测、裂缝追踪与病害演变过程分析。在实际应用中，通过定期重复扫描获取不同时间段的点云数据，结合点云对比算法实现古建筑表面变化的量化分析。在检测病害区域如梁柱劈裂、墙体倾斜、基础沉降等部位，可提取断面线或构件几何中心线进行偏移量分析，判断形变趋势与程度。结合拟合曲面与点距统计分析方法，可精准捕捉微观裂缝发展、装饰构件翘曲等局部异常现象。在分析过程中，还可叠加温湿度监测数据与应力传感信息，构建病害成因模型，辅助制定科学的治理方案。三维激光扫描技术的变形分析能力在病害预警系统建设中具有重要作用，可实现古建筑保护由被动修复向主动监测转变，提升整体维护效率与时效性。

（四）数据管理平台建设与保护工程协同机制优化

古建筑保护工程通常涉及测绘、设计、修缮、监测等多个环节，传统作业流程中信息孤岛问题严重，影响工作效率与成果共享。基于三维激光扫描数据的管理平台建设，可实现各阶段信息的集中化、标准化处理。在平台构建中，需基于建筑BIM模型架构，整合扫描点云、影像照片、构件信息、修缮记录等数据资源，建立统一数据接口标准与存储架构。平台可支持三维浏览、图纸对照、工程标注、状态监测等多种功能，便于项目管理人员进行跨专业协同作业。通过权限分级管理机制，不同单位可根据职能进行数据读取与更新，提升资料调取效率。平台还可设置变更日志、自动备份与数据追溯功能，确保信息的连续性与可控性，为多次测绘成果、修缮行为与管理措施提供对照与评价依据，促进古建筑保护从静态文档管理向动态数字平台转变。

结束语：三维激光扫描技术以其高精度、高效率、非接触的优势，在古建筑保护工程测量中展现出巨大潜力。通过科学应用该技术，可实现复杂构件的精细记录、病害变化的动态监测与多专业数据的集成管理，为古建筑保护提供强有力的技术支撑。未来在保护理念不断深化与技术条件不断完善的背景下，该技术将在古建筑数字化保护与智能化管理方面发挥更加广泛的作用。

参考文献：

[1]杨志强.三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究[J].测绘科学，2023，43（02）：85-89.

[2]陈丽华.基于点云数据的古建筑信息建模技术探析[J].建筑文化，2023，43（05）：121-126.

[3]王昕宇.三维激光测量在文物保护与数字化重建中的应用分析[J].文物保护与考古科学，2023，43（03）：60-64.