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摘 要：本文作者依据自己多年工作累计针对不同结构建筑物的特点，通过实例进行了探讨测绘技术运用。
关键词：建筑结构；数据采集；三维建模；测绘技术
随着科学技术的日益发展, 电子测量仪器的广泛应用，房屋的测绘与模型建立己由传统的丈量数据与人工绘图方法转变为运用全站仪采集数据并用计算机成图的方法，如远距离传输、多方共享，并可为建筑物日后的维修及保护提供重要的可靠数据，但是目前很少考虑到不同建筑结构建筑物测绘时的区别，而在测绘建筑物时，根据其结构特征确定数据采集的重点，对于能不能准确地建立模型起到决定性的作用。建筑物结构有承重墙结构、框架结构、混合结构之分，和不同结构之间存在着较大的差别，因此在测绘建模前，务必要详细地了解建筑物的基本构造和内部構造，根据其构造特点测定相应的特征点,CAD 系统在三维空间数据处理方面的作用已经取得很大的进展，它在图形处理与真三维建模方面具有特殊的技术优势，运用 CAD 建立所测建筑物的三维立体模型，实现建筑物设计的逆向操作过程，对建筑信息的提取及保存都有很大的意义。
1.不同结构建筑物的数据采集
1．1 房屋建筑结构
1)承重墙结构：承重墙结构主要由墙体承受荷载；
2)框架结构：框架结构没有设置剪力墙的要求，所有墙体均作为维护结构或分割建
筑空间使用，不承担建筑的荷载，因此框架结构由梁和柱承受荷载；
3)混合结构：是承重墙结构与框架结构的混合，从建筑物的整体性而言，剪力墙结构
的整体性大于框架结构的整体性，而框架结构的整体性大于混和结构的整体性。
1．2 房屋建筑主体测定
要绘制房屋的建筑轴线图、平面图、立面图等建筑图，需要测定建筑物特征点的三维
坐标．对于不同结构的房屋，因其结构的差异，在全站仪采集数据时，测定的主体有所不同：1)承重墙结构：外墙与内承重墙为测定主体；2)框架结构：柱列及外墙为测定主体；3)混合结构：墙和柱均为测定主体。
1．3 房屋的细部测定
要建立一个房屋的三维模型，不仅需要测定房屋主体信息，还要对细部特征点进行测定，房屋建筑细部构造有：墙壁、柱梁、盖、门窗、台阶、楼梯、地坪、楼板、天花板、建筑装饰等，对这些细部特征点的采集具有相应的规则，但都要遵循数据采集的总原则，即采集特征点信息，尽量避免数据冗余，且有必要地检核数据。
1)墙壁：墙壁的角点是建筑物的重要特征点，因此，墙壁的角点至少测定代表墙顶和墙底的上下两点，一堵墙的基底点(墙与地坪或散水的交点) 和顶点必须有多点验证其标高的一致性，门洞、窗洞、通气孔为墙体的空缺部分，应该测定洞口在墙面的角点作为门窗等定位的依据，墙体测定是构建建筑物主体和拟合建筑轴线的重要依据，因此在测定墙体时应有建筑物的整体概念和建筑轴线分布的概念。
2)柱梁：柱列的中心位置是拟合建筑轴线的重要依据，方柱测定其顶部和底部的角点，圆柱至少要分别测定顶部和底部的 3 个圆周点，架于柱顶部的每根横梁至少要测定能表达其两个断面的点位。
3)屋盖：测定的点位应能对各种类型的屋面(平屋面、斜屋面、拱形屋面)作恰当的表达；此外，屋盖的附属物，如天沟、水落管、水斗等，也应测定其特征点。
4)门窗：门窗是房屋建筑的重要组成部分，要精确测定其细部结构，并且要测定门窗
的附属物，如门柱、窗台、门楣、雨篷等。
5)台阶：要实测其梯级及附属结构物，如平台、花坛、矮墙、栏杆等。
6)楼梯：要实测其梯级、平台、扶手栏杆等。
7)地坪楼板：要精确测定建筑物大门进厅的室内地坪的标高，因为它一般作为零标高(±O)，用于确定其余各点的标高，此外，每一层楼面都要测定其标高，同时测出楼面板的厚度。
8)天花板：各种形式的吊顶都需要测定其标高及范围。
2.全站仪对建筑物的数据采集过程
2.1 布设控制网
环绕所测建筑物，布设闭合导线，测定各控制点的三维坐标，进而用附合导线加密，将
控制点引入所测建筑物内的各个层面，这样可得到测绘整个建筑物所需的三维控制点。在待测建筑物的周围选定了 6 个大致均匀分布的控制点位，按照闭合导线进行测量与计算，得到这些控制点的三维坐标。
2.2 采集数据
对细部点采集数据时，为区分各类不同的点及连线信息，需要按各点的特征输入不同编码，然后自动记录各点的坐标等数据，这些数据将作为绘制平面图、立面图、三维建模
的基础数据。根据误差传播定律，可得细部点的点位中误差为：
M2=m2s+D·2m2a
p''2 +S2·pm''2B2
式中：ma、mp 分别为水平方向的方位角a、铅垂面的垂直角 β 的中误差；D、D、S 分别为平距与斜距：p=206 265"实测时采用 SET230R 型电子全站仪，其测角精度为±5"测距精度为±2 mm，一般情况下观测斜距 S≤20m，倾角 β≤30°，代入式(1)
可得：
M2≤(±2)2+(300+400)×(±5)2／206 2652，
即 M≤±2.1 mm，该精度完全能满足建筑物的三维建模的需要。
3． CAD 三维建模
用全站仪采集完建筑物的细部点信息以后，即可进行三维立体模型的建立，对于不同结构的建筑物，其建立模型的过程是一致的，因此，下面以某一建筑物的三维建模为例，叙述其建模过程。
3.1 特征点的展绘与连线
在全站仪采集数据时，各细部点记录为一个字符串，依次为点编号、纵坐标、横坐标、高程、代码，这种格式是 Auto－CAD 可接受的数据格式，然后通过二次开发的 AutoLISP"展点和连线"程序，实现 Auto－CAD 对细部点的自动展绘及连线功能，如图2 所示，为对特征点数据实现"展点和连线"程序后的线划图，图 2(a)是线划图的俯视图，图2(b)为轴测图，此时，所有的线段都是独立的，还没有形成图形实体。此图作为对该建筑物建筑图绘制、三维立体模型绘制的基础。
3．2 拟合建筑轴线
按照线划图的建筑物外墙轮廓可以拟合出建筑轴线图，建筑轴线对建筑物测绘成果具有重要的检核作用，同时也是建筑物建立三维模型的依据，如图 3 所示，是对图 2 的线划图拟合出的轴线图，在图 3 中具体标注了建筑物的信息，其中建筑轴线的方位角 a=25°。
3.3 建立三维模型
建筑线划图是直接由属性相同的点连线形成的图形，虽然看上去像房屋的形状，但是实际上是由一条条的直线或圆弧构成的，并不是名副其实的三维图形，还不能进行 CAD中的消隐、着色、渲染、阴影、拉伸等三维实体操作。所以接下来要以线划图为基础，绘制出三维图形，建立建筑物实体。
3.3.1 建立图层
根据建筑物不同的构成部分如墙壁、柱子、窗户等建立不同的图层，合理使用图层能够给图形的绘制和使用带来很大方便：①在各图层中可以设置不同属性对象的颜色、线型、线宽等；②绘制某一图层的图形时，如果被另一图层的图形遮挡，可以关闭那个图层；③使用已有的图形时，根据图层信息就可以对整幅图形的信息有一个总体掌握，根据实际要求，选择需要的图层信息，将其打开，关闭其余图层，这样不需要的图形便不会显示，从而大大提高了工作效率。
3.3.2 创建实体
墙体、柱子、窗户等都必须要利用拉伸创建实体，首先要建立相应的平面图形，形成面域，然后再执行 ' 拉伸"操作，"拉伸"以后，形成的就是三维图形，根据需要，可以拉伸成立方体、圆柱体、圆锥体等实体，需要注意的是，拉伸生成圆锥体时，是以平面圆为被拉伸基础，在选定被拉伸圆后，输入高度，再输入拉伸的倾斜角度，这个角度可以是在-90°～90°之间任一角值，正角度表示从基准对象逐渐变细，负角度表示从基准对象逐渐变粗，输入的拉伸长度和倾斜角度要在一定条件下才会生成圆锥体，如当指定一个较大的倾斜角或是较长的拉伸长度，将导致拉伸对象在达到拉伸高度之前就已经汇聚到一点上；若拉伸长度很短，还没有交点，就形成一个棱台。
4.结语
考虑建筑物建筑结构的不同，有所侧重地采集三维数据，在实际的测绘工作中可以减少工作量，提高作业效率，避免重复测量；而且全站仪采集轮廓数据和在 AutoCAD 中建立模型均不复杂，可以说这种建立三维模型的方法十分简单且易于操作。此外，全站仪具有无需反射标志的特点，这样就可以不接触被测对象表面而获得对象的三维信息，因而在历史建筑的测绘时可以避免对其造成损害，充分发挥了全站仪的特长。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：建筑结构；数据采集；三维建模；测绘技术
随着科学技术的日益发展, 电子测量仪器的广泛应用，房屋的测绘与模型建立己由传统的丈量数据与人工绘图方法转变为运用全站仪采集数据并用计算机成图的方法，如远距离传输、多方共享，并可为建筑物日后的维修及保护提供重要的可靠数据，但是目前很少考虑到不同建筑结构建筑物测绘时的区别，而在测绘建筑物时，根据其结构特征确定数据采集的重点，对于能不能准确地建立模型起到决定性的作用。建筑物结构有承重墙结构、框架结构、混合结构之分，和不同结构之间存在着较大的差别，因此在测绘建模前，务必要详细地了解建筑物的基本构造和内部構造，根据其构造特点测定相应的特征点,CAD 系统在三维空间数据处理方面的作用已经取得很大的进展，它在图形处理与真三维建模方面具有特殊的技术优势，运用 CAD 建立所测建筑物的三维立体模型，实现建筑物设计的逆向操作过程，对建筑信息的提取及保存都有很大的意义。
1.不同结构建筑物的数据采集
1．1 房屋建筑结构
1)承重墙结构：承重墙结构主要由墙体承受荷载；
2)框架结构：框架结构没有设置剪力墙的要求，所有墙体均作为维护结构或分割建
筑空间使用，不承担建筑的荷载，因此框架结构由梁和柱承受荷载；
3)混合结构：是承重墙结构与框架结构的混合，从建筑物的整体性而言，剪力墙结构
的整体性大于框架结构的整体性，而框架结构的整体性大于混和结构的整体性。
1．2 房屋建筑主体测定
要绘制房屋的建筑轴线图、平面图、立面图等建筑图，需要测定建筑物特征点的三维
坐标．对于不同结构的房屋，因其结构的差异，在全站仪采集数据时，测定的主体有所不同：1)承重墙结构：外墙与内承重墙为测定主体；2)框架结构：柱列及外墙为测定主体；3)混合结构：墙和柱均为测定主体。
1．3 房屋的细部测定
要建立一个房屋的三维模型，不仅需要测定房屋主体信息，还要对细部特征点进行测定，房屋建筑细部构造有：墙壁、柱梁、盖、门窗、台阶、楼梯、地坪、楼板、天花板、建筑装饰等，对这些细部特征点的采集具有相应的规则，但都要遵循数据采集的总原则，即采集特征点信息，尽量避免数据冗余，且有必要地检核数据。
1)墙壁：墙壁的角点是建筑物的重要特征点，因此，墙壁的角点至少测定代表墙顶和墙底的上下两点，一堵墙的基底点(墙与地坪或散水的交点) 和顶点必须有多点验证其标高的一致性，门洞、窗洞、通气孔为墙体的空缺部分，应该测定洞口在墙面的角点作为门窗等定位的依据，墙体测定是构建建筑物主体和拟合建筑轴线的重要依据，因此在测定墙体时应有建筑物的整体概念和建筑轴线分布的概念。
2)柱梁：柱列的中心位置是拟合建筑轴线的重要依据，方柱测定其顶部和底部的角点，圆柱至少要分别测定顶部和底部的 3 个圆周点，架于柱顶部的每根横梁至少要测定能表达其两个断面的点位。
3)屋盖：测定的点位应能对各种类型的屋面(平屋面、斜屋面、拱形屋面)作恰当的表达；此外，屋盖的附属物，如天沟、水落管、水斗等，也应测定其特征点。
4)门窗：门窗是房屋建筑的重要组成部分，要精确测定其细部结构，并且要测定门窗
的附属物，如门柱、窗台、门楣、雨篷等。
5)台阶：要实测其梯级及附属结构物，如平台、花坛、矮墙、栏杆等。
6)楼梯：要实测其梯级、平台、扶手栏杆等。
7)地坪楼板：要精确测定建筑物大门进厅的室内地坪的标高，因为它一般作为零标高(±O)，用于确定其余各点的标高，此外，每一层楼面都要测定其标高，同时测出楼面板的厚度。
8)天花板：各种形式的吊顶都需要测定其标高及范围。
2.全站仪对建筑物的数据采集过程
2.1 布设控制网
环绕所测建筑物，布设闭合导线，测定各控制点的三维坐标，进而用附合导线加密，将
控制点引入所测建筑物内的各个层面，这样可得到测绘整个建筑物所需的三维控制点。在待测建筑物的周围选定了 6 个大致均匀分布的控制点位，按照闭合导线进行测量与计算，得到这些控制点的三维坐标。
2.2 采集数据
对细部点采集数据时，为区分各类不同的点及连线信息，需要按各点的特征输入不同编码，然后自动记录各点的坐标等数据，这些数据将作为绘制平面图、立面图、三维建模
的基础数据。根据误差传播定律，可得细部点的点位中误差为：
M2=m2s+D·2m2a
p''2 +S2·pm''2B2
式中：ma、mp 分别为水平方向的方位角a、铅垂面的垂直角 β 的中误差；D、D、S 分别为平距与斜距：p=206 265"实测时采用 SET230R 型电子全站仪，其测角精度为±5"测距精度为±2 mm，一般情况下观测斜距 S≤20m，倾角 β≤30°，代入式(1)
可得：
M2≤(±2)2+(300+400)×(±5)2／206 2652，
即 M≤±2.1 mm，该精度完全能满足建筑物的三维建模的需要。
3． CAD 三维建模
用全站仪采集完建筑物的细部点信息以后，即可进行三维立体模型的建立，对于不同结构的建筑物，其建立模型的过程是一致的，因此，下面以某一建筑物的三维建模为例，叙述其建模过程。
3.1 特征点的展绘与连线
在全站仪采集数据时，各细部点记录为一个字符串，依次为点编号、纵坐标、横坐标、高程、代码，这种格式是 Auto－CAD 可接受的数据格式，然后通过二次开发的 AutoLISP"展点和连线"程序，实现 Auto－CAD 对细部点的自动展绘及连线功能，如图2 所示，为对特征点数据实现"展点和连线"程序后的线划图，图 2(a)是线划图的俯视图，图2(b)为轴测图，此时，所有的线段都是独立的，还没有形成图形实体。此图作为对该建筑物建筑图绘制、三维立体模型绘制的基础。
3．2 拟合建筑轴线
按照线划图的建筑物外墙轮廓可以拟合出建筑轴线图，建筑轴线对建筑物测绘成果具有重要的检核作用，同时也是建筑物建立三维模型的依据，如图 3 所示，是对图 2 的线划图拟合出的轴线图，在图 3 中具体标注了建筑物的信息，其中建筑轴线的方位角 a=25°。
3.3 建立三维模型
建筑线划图是直接由属性相同的点连线形成的图形，虽然看上去像房屋的形状，但是实际上是由一条条的直线或圆弧构成的，并不是名副其实的三维图形，还不能进行 CAD中的消隐、着色、渲染、阴影、拉伸等三维实体操作。所以接下来要以线划图为基础，绘制出三维图形，建立建筑物实体。
3.3.1 建立图层
根据建筑物不同的构成部分如墙壁、柱子、窗户等建立不同的图层，合理使用图层能够给图形的绘制和使用带来很大方便：①在各图层中可以设置不同属性对象的颜色、线型、线宽等；②绘制某一图层的图形时，如果被另一图层的图形遮挡，可以关闭那个图层；③使用已有的图形时，根据图层信息就可以对整幅图形的信息有一个总体掌握，根据实际要求，选择需要的图层信息，将其打开，关闭其余图层，这样不需要的图形便不会显示，从而大大提高了工作效率。
3.3.2 创建实体
墙体、柱子、窗户等都必须要利用拉伸创建实体，首先要建立相应的平面图形，形成面域，然后再执行 ' 拉伸"操作，"拉伸"以后，形成的就是三维图形，根据需要，可以拉伸成立方体、圆柱体、圆锥体等实体，需要注意的是，拉伸生成圆锥体时，是以平面圆为被拉伸基础，在选定被拉伸圆后，输入高度，再输入拉伸的倾斜角度，这个角度可以是在-90°～90°之间任一角值，正角度表示从基准对象逐渐变细，负角度表示从基准对象逐渐变粗，输入的拉伸长度和倾斜角度要在一定条件下才会生成圆锥体，如当指定一个较大的倾斜角或是较长的拉伸长度，将导致拉伸对象在达到拉伸高度之前就已经汇聚到一点上；若拉伸长度很短，还没有交点，就形成一个棱台。
4.结语
考虑建筑物建筑结构的不同，有所侧重地采集三维数据，在实际的测绘工作中可以减少工作量，提高作业效率，避免重复测量；而且全站仪采集轮廓数据和在 AutoCAD 中建立模型均不复杂，可以说这种建立三维模型的方法十分简单且易于操作。此外，全站仪具有无需反射标志的特点，这样就可以不接触被测对象表面而获得对象的三维信息，因而在历史建筑的测绘时可以避免对其造成损害，充分发挥了全站仪的特长。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。