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武汉市优保建筑——咸安坊数字孪生平台建设试点

发布:2024-09-22 浏览:33

核心提示:前言里份是武汉独特的民居建筑,如同北京的胡同,上海的弄堂一样,形成于特定的历史时期,蕴涵着一座城市独特的地域文化,是城市个性魅力的重要组成部分。咸安坊作为里份和石库门式建筑的代表,经过多年修缮终于重获新生。为加强历史文化保护传承的延续,修缮后的咸安坊考虑采用数字孪生技术进行采集和存档。一、技术路线在武汉市优秀历史建筑保护研究中心指导下,武汉海德斯路科技有限公司经过技术考察、调研、总结和评估,在现行历史建筑数字化规范的基础上对三维技术指标、成果应用进行深化。讨论制定了通过倾斜摄影、贴近摄影技术进行远、中场景

前言里份是武汉独特的民居建筑,如同北京的胡同,上海的弄堂一样,形成于特定的历史时期,蕴涵着一座城市独特的地域文化,是城市个性魅力的重要组成部分。
咸安坊作为里份和石库门式建筑的代表,经过多年修缮终于重获新生。
为加强历史文化保护传承的延续,修缮后的咸安坊考虑采用数字孪生技术进行采集和存档。
一、技术路线在武汉市优秀历史建筑保护研究中心指导下,武汉海德斯路科技有限公司经过技术考察、调研、总结和评估,在现行历史建筑数字化规范的基础上对三维技术指标、成果应用进行深化。
讨论制定了通过倾斜摄影、贴近摄影技术进行远、中场景的实景三维获取,结合三维激光扫描对建筑进行近距离实景复制,最终形成毫米级的3D数字档案和数字资产的技术路线。
同时在完成测绘采集及成果生产后,基于数字孪生技术构建符合咸安坊的数字孪生平台,对成果进行可视化展示和管理运用。
二、实地测绘咸安坊修缮后的数字化意义重大,但完成难度也很大。
与常规的历史建筑相比,咸安坊坐落于武汉市中心城区的繁华地段,四周高楼耸立、人潮拥挤。
而咸安坊内均为低矮层建筑且房屋之间的间距较小,遮挡较为严重,内部还有塔吊正在进行作业,严重影响外业飞行的航线设置,加大了飞行难度。
根据以上种种环境的干扰,分析制定了两套航飞方案:1、规划2条及以上不同飞行航高的航线,将测区分为两部分进行飞行,避开四周高楼和内部塔吊;2、采用近景摄影测量,对两栋典型的建筑进行环绕飞行,以及对咸安坊内建筑之间较为紧密的部分进行近距离采集。
三维激光部分在实施中采取从外向内的方式进行扫描,在获取三维点云、全景影像的同时,通过单反补充采集影像资料,用于存档和单体化制作。
实地测绘完成后,三维激光扫描咸安坊两栋建筑内外部共84个测站,存储32GB点云数据;出动无人机航飞6架次,飞行面积约30300平方米;拍摄了1421张照片,总容量11.2GB;采集控制点若干。
三、成果生产在成果生产中,技术团队主要针对:如何制定统一的标准、如何高效的生产成果,两个核心问题进行讨论和研究。
制定了:全流程自动生产、部分人工干预、人工大量干预,三套方案进行测试和研究。
项目团队在该阶段花了两个月的时间,倾注了大量心血和时间,共生产咸安坊区域三维模型6套,其中包含不同技术路线下的成果,最终从优选取1套成果作为整体远景成果。
选取测区内2处典型建筑,建设三维模型数据库,形成数字档案2套。
选取测区内1处典型建筑进行单体化,构建室内外BIM模型一套。
整体倾斜部分:外业航飞数据采集结束后,内业进行倾斜模型的生产工作。
按不同飞行航高对数据进行归档整理,再依次进行空三加密,检查空三报告无误后进行合并处理。
采用低空摄影测量和贴近摄影测量融合的技术手段,经过质检,倾斜模型的地面分辨率均优于2cm,同时纹理细节更加丰富,破洞拉花等情况得到良好的改善,但对生产流程和工艺有着更高的要求。
室内倾斜部分:扫描仪室内点云采集结束后,内业采取全自动的点云拼接方式,无需人工干预。
拼接完成后基于算法对运动中的人、车等噪点进行过滤剔除。
输出点云数据进行室内点云模型的生产。
模型修饰部分:倾斜模型生产结束后,将针对倾斜模型不足之处进行表面修饰。
例如树底下和被树木遮挡的窗台等难以被无人机捕捉到的地方,这些地方都存在一定程度上的不完美。
该部分受限于倾斜摄影技术的缺陷,模型上这种部位需要进行精修,将模型内原始树木进行剔除替换为更加真实的树木。
对遮挡部位进行几何修饰,再重新对纹理进行贴图和纠正。
单体化建模部分:对两栋典型的建筑进行单体化建模,构建真实、精确的建筑模型成果。
以外业采集的点云数据为基础,人工的对建筑每一个结构部位进行三维重建,建筑的结构和尺寸能够准确的复刻。
这样单体化制作的模型,无论是在精度上还是视觉效果上,都会优于倾斜自动化生产的模型,但需要花费大量的时间和技术去完成。
测绘图纸部分:依据规范和咸安坊的建筑特点,制定符合咸安坊的制图标准。
统一对线型、图层、材质、图幅等制图元素,依据点云、建筑正射影像、DOM等成果,绘制测绘档案图。
四、平台展示传统建筑档案通常以纸质资料进行存档,记录建筑位置、结构特点、图纸等基本数据。
在建筑运维的生命周期中,每一次破损修复、安全鉴定管理部门需要投入大量的资源。
3D数字档案通过实景三维技术,将建筑1:1复制到电脑,将建筑实体信息三维呈现,直观、精细、准确,管理部门可以直接通过查看数字档案进行数据提取和设计,减少过去在纸质数据整理、查找和核对上的人力物力投入,降低历史数据管理成本。
五、总结通过对优保建筑的数字采集,将实景三维数据作为底板构建武汉市优保建筑数字孪生平台,在数字孪生可视化的基础上还能够进行仿真模拟、量测、数据查询、资产查询、安全鉴定记录等操作。
依托数据经济的建设步伐为多部门协作开拓思路,解决信息孤岛带来的协同联动问题。
在综合运营、安全监测、资产管理、招商引资、研究创作、文化传播多方面提供基础数据、平台保障服务。
为优保建筑保护注入活力,实现文化遗产以及传统文化的活化与传承。
推动建筑数字化的管理和安全鉴定工作是数字经济发展的必然趋势,借助多方企业资源和新技术,实现了对城市CIM、实景三维、建筑BIM等多源数据统一融合,形成价值丰富的数字资产,建设出利于管理、协同、决策的数字孪生平台。

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