Объекты культурного наследия требуют особого подхода к обследованию, проектированию и проведению любых работ по сохранению. Историческое здание нельзя оценивать только как обычный строительный объект: необходимо учитывать его архитектурную и историческую ценность, предмет охраны, особенности конструкций, материалы и сохранность отдельных элементов.
Одним из современных инструментов исследования памятников архитектуры стало лазерное сканирование. Технология позволяет получить подробные цифровые данные о геометрии объекта, зафиксировать сложные архитектурные формы и использовать полученную информацию при обследовании, проектировании, реставрации и мониторинге состояния здания.
Что такое экспертиза объектов культурного наследия
При работе с памятниками важно различать несколько видов исследований и экспертиз.
Государственная историко-культурная экспертиза (ГИКЭ) проводится в случаях, предусмотренных Федеральным законом № 73-ФЗ «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации». Она необходима, в частности, для обоснования включения объекта в Единый государственный реестр объектов культурного наследия, уточнения сведений об ОКН, определения или изменения его категории историко-культурного значения, а также в других установленных законодательством случаях.
Отдельно проводятся натурные, инженерные, архитектурные и технические исследования объекта. Они позволяют определить состояние конструкций и отделочных материалов, выявить деформации и повреждения, выполнить обмеры и получить исходную информацию для разработки научно-проектной документации.
Таким образом, обследование объекта и ГИКЭ — это не одно и то же. Однако результаты исследований и подготовленная документация могут использоваться специалистами при решении задач, связанных с сохранением объекта культурного наследия.
Подробнее об этой услуге можно узнать на странице государственная историко-культурная экспертиза (ГИКЭ).
Что дает лазерное сканирование объекта культурного наследия
Традиционные архитектурные обмеры остаются важной частью исследования исторических зданий, однако современные цифровые технологии позволяют значительно расширить объём получаемой информации.
Наземный лазерный сканер последовательно фиксирует огромное количество пространственных точек на поверхности объекта. В результате формируется так называемое облако точек — цифровой массив данных, который точно передаёт геометрию фасадов, помещений, декоративных элементов и конструкций.
Лазерное сканирование позволяет:
- получить точные пространственные данные о здании или сооружении;
- зафиксировать существующую геометрию фасадов, интерьеров и отдельных элементов;
- обмерить сложные архитектурные формы;
- выявить отклонения поверхностей и геометрические деформации;
- сопоставлять данные разных периодов обследования;
- формировать чертежи, разрезы и другие обмерные материалы;
- создавать основу для 3D-модели объекта;
- сохранять цифровую фиксацию фактического состояния памятника.
Для объектов культурного наследия такая технология особенно ценна, поскольку многие памятники имеют сложную геометрию, многочисленный архитектурный декор и элементы, которые трудно корректно измерить обычными инструментами.
Почему лазерное сканирование особенно полезно при работе с ОКН
Исторические здания редко имеют идеально ровные стены, перекрытия и фасады. За десятилетия или столетия эксплуатации конструкции могут деформироваться, отдельные части — перестраиваться, а первоначальная документация может вообще отсутствовать или не соответствовать фактическому состоянию объекта.
Поэтому перед разработкой научно-проектной документации для объекта культурного наследия необходимо получить максимально достоверные исходные данные.
Лазерное сканирование помогает решить сразу несколько задач.
Точная фиксация существующего состояния
Сканирование позволяет сохранить цифровую геометрию здания на конкретный момент времени. Это особенно важно перед реставрационными, противоаварийными или другими работами, которые могут изменить состояние отдельных конструкций и элементов.
Обмер сложной архитектуры
Колонны, карнизы, своды, арки, лепнина, криволинейные поверхности и другие элементы исторического здания сложно подробно зафиксировать только рулеткой или лазерным дальномером.
Облако точек позволяет работать со всей пространственной геометрией объекта и получать необходимые сечения непосредственно при последующей обработке данных.
Снижение количества повторных обмеров
При правильно выполненном сканировании большой объём геометрической информации сохраняется в цифровом виде. Если проектировщику впоследствии потребуется дополнительный размер или сечение, во многих случаях его можно получить из уже существующего облака точек без повторного выезда только ради отдельного измерения.
Работа с труднодоступными участками
Технология позволяет фиксировать элементы, расположенные на значительной высоте или имеющие сложную геометрию. Однако лазерное сканирование не отменяет необходимость непосредственного обследования конструкций специалистами, когда требуется определить материал, характер повреждений или выполнить локальные исследования.
Как проходит лазерное сканирование исторического здания
Состав и последовательность работ зависят от размеров объекта, его архитектуры, поставленной задачи и требуемой детализации. В общем случае процесс можно разделить на несколько этапов.
1. Подготовка и изучение объекта
Перед началом работ определяются цели обследования, необходимая точность и состав конечных материалов.
Специалисты изучают планировку здания, доступность помещений и фасадов, выбирают точки установки оборудования и определяют последовательность выполнения съёмки.
2. Проведение лазерного сканирования
Сканер последовательно устанавливают в различных точках объекта. Каждая позиция позволяет получить пространственные данные об окружающих поверхностях.
Чтобы сформировать единую цифровую модель здания, необходимо обеспечить достаточное перекрытие отдельных сканов и минимизировать зоны, которые перекрыты конструкциями, мебелью, растительностью или другими объектами.
3. Сшивка облаков точек
После полевых работ данные с отдельных позиций объединяются в единую систему координат.
В результате формируется общее облако точек здания, по которому можно анализировать фасады, помещения, конструкции и отдельные архитектурные элементы.
4. Обработка результатов
В зависимости от задачи на основе облака точек могут подготавливаться:
- поэтажные планы;
- фасады;
- продольные и поперечные разрезы;
- обмерные чертежи;
- 3D-модели;
- схемы отдельных архитектурных элементов;
- материалы для дальнейшего проектирования.
Само облако точек также может сохраняться в качестве цифрового архива фактического состояния объекта.
Можно ли выявить повреждения с помощью лазерного сканирования
Частично — да, но возможности технологии важно оценивать правильно.
По результатам пространственного сканирования можно обнаружить или проанализировать:
- отклонения стен и колонн от вертикали;
- прогибы и геометрические деформации конструкций;
- смещения отдельных элементов;
- изменения формы объекта при сравнении нескольких съёмок;
- утраты крупных архитектурных элементов;
- несоответствие существующего здания старым чертежам.
При этом лазерный сканер не определяет автоматически причины появления трещин, состояние скрытых конструкций, прочность материалов или характер процессов разрушения.
Для этого необходимы профессиональное инженерное обследование, визуальный осмотр, инструментальные измерения, инженерно-технические и при необходимости лабораторные исследования.
Поэтому наиболее эффективный подход — использовать лазерное сканирование как один из инструментов комплексного исследования памятника.
Лазерное сканирование при реставрации объектов культурного наследия
Особенно востребована цифровая фиксация на стадии подготовки реставрационных работ.
Проектировщику необходимо понимать фактическую геометрию здания, состояние его архитектурных элементов и отличия существующего объекта от архивных чертежей и ранее выполненной документации.
Полученные при сканировании материалы могут использоваться при подготовке обмерных чертежей, разработке проектных решений, моделировании отдельных деталей и контроле выполняемых работ.
При этом решение о том, какие элементы должны быть сохранены, отреставрированы или воссозданы, принимается не на основании одной только 3D-модели. Для объекта культурного наследия учитываются предмет охраны, исторические и архивные сведения, результаты натурных и инженерно-технических исследований и требования органов государственной охраны.
Подробнее о комплексных работах можно узнать в разделе реставрация объектов культурного наследия.
Что такое цифровой двойник объекта культурного наследия
Термин «цифровой двойник» часто используется применительно к результатам лазерного сканирования, однако одного облака точек для полноценного цифрового двойника недостаточно.
Облако точек представляет собой точную пространственную фиксацию объекта. На его основе может быть создана информационная 3D-модель, дополненная сведениями о конструкциях, материалах, архитектурных элементах, состоянии и проведённых исследованиях.
Такая модель удобна для длительной работы с памятником. При повторных обследованиях специалисты могут сравнивать результаты разных лет и отслеживать изменения геометрии отдельных конструкций.
Цифровая документация также особенно ценна в тех случаях, когда объект имеет сложную архитектуру или находится в неудовлетворительном техническом состоянии.
Заменяет ли лазерное сканирование традиционные методы обследования
Нет. Лазерное сканирование значительно повышает качество и информативность архитектурных обмеров, но не заменяет весь комплекс исследований.
Для подготовки проекта сохранения объекта культурного наследия могут потребоваться:
- историко-архивные и библиографические исследования;
- архитектурные обмеры;
- инженерно-техническое обследование конструкций;
- инженерные изыскания;
- исследования строительных и отделочных материалов;
- архитектурные и технологические исследования;
- фотофиксация;
- другие работы в зависимости от состояния и особенностей памятника.
Наиболее точный результат даёт сочетание современных цифровых технологий с профессиональным натурным исследованием объекта.
Итог
Лазерное сканирование стало одним из наиболее полезных инструментов при обследовании и проектировании объектов культурного наследия. Оно позволяет подробно зафиксировать фактическую геометрию памятника, получить данные о сложных архитектурных формах, подготовить обмерную документацию и создать цифровую основу для дальнейшего проектирования.
При этом технология является частью комплексного исследования и не заменяет государственную историко-культурную экспертизу, инженерное обследование, архивные исследования и работу специалистов-реставраторов.
Чем точнее зафиксировано исходное состояние исторического здания, тем обоснованнее могут быть последующие проектные решения и тем меньше риск утраты ценных архитектурных элементов в ходе работ по сохранению объекта.