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现实捕捉技术帮助重建被地震破坏的城堡

案例研究
2021年9月

NavVis 的现实捕捉技术让 Kozo Keikaku Engineering 公司(以下简称KKE)能够对被地震破坏的熊本城进行完整的扫描。

关键点

  • KKE 使用 NavVis 现实捕捉技术对熊本城的损坏进行了评估,并助力其修复过程。

  • 使用 NavVis 移动扫描系统,KKE 可以将建筑现状可视化为高质量的点云和3D全景图像。

  • NavVis 可视化软件使 KKE 能够将相关的信息,如图纸和照片,添加到带有地理标记的兴趣点(POI)上。

  • 在最近一次使用 NavVis VLX 进行的扫描中,VlLX 在两天内采集了10,800平方米的面积,包括城堡内部和外围的区域。

  • 对于熊本城的首席审查员来说,这次新的经历将鼓励他们寻找更多能够应用 NavVis 现实捕捉的项目。

 

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灾难之波

 

2016年4月16日凌晨,熊本县的地面发生震动。在未来几天里,多次高达7.0级的地震摧毁了许多房屋和建筑物。

当地震平息后,人们发现日本最为精美的建筑之一也被卷入了这场灾难之波。于1960年重建、被认为是日本最重要的城堡之一的熊本城,在此次地震中受到了严重的破坏。

虽然城堡本身大部分都经受住了震灾,结构损坏不大,但城堡中的两个堡垒都发生了部分的倒塌。而在其它位置,堡垒底部的几面外墙也崩塌了,大量的屋顶瓦片被震落在地上。

地震发生后不久,该市派遣 Kozo Keikaku Engineering 公司(KKE)对城堡发生的破坏进行测绘。对 KKE 来说,这个项目具有独特的历史意义,因为他们的公司在1960年重建熊本城堡时也承担了最初的修复工作,由如今已故的公司创始人服部诚博士亲自监督。

重建工作不仅仅是拍摄

KKE 的销售和市场代表角田浩一说,复原和修复的第一步是现场记录,但对于历史建筑来说,这可能是一个主要难点。

“在日本,各种自然灾害,如地震、海啸、台风和山体滑坡经常发生,历史建筑也会受到破坏。受损的历史建筑可能没有BIM、CAD数据,甚至没有纸质图纸,修复它们可能需要大量的时间。”

由于无法进入受损严重的区域,而且城堡面积相对较大,因此对遗址状况的评估和受损区域的记录也变得极具挑战性。

虽然工程师们每次访问现场时都拍摄了许多关于城堡内部损坏的照片,但当他们回到办公室审查时,会发现收集的内容有时存在差距。熊本县总办事处的首席审查员田代纯一以及他的团队很快就意识到,光用相机拍摄是不够的。

“灾难发生后,我每天都在办公室和现场之间来回走动,用相机拍摄城堡塔楼内的破坏情况。但是很多细节是我无法捕捉到的。”

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与专家交流

移动扫描打开新视角

当早期评估显示了建筑受损程度后,KKE 的专家们意识到他们需要改变方法,并立即提议使用 NavVis 现实捕捉技术进一步评估损害。该团队还认为这项技术在修复过程中将很有用。利用360度扫描仪,KKE 现在可以捕捉到建筑物内部的损坏情况,并将信息可视化为3D全景图像和点云。

KKE 的团队用 NavVis 移动扫描硬件进行了两次扫描,并通过 NavVis IndoorViewer(现已改名为 NavVis IVION)查看和分享了结果。第一次扫描工作是在2016年9月,在维护团队开始搬运和清理工作之前记录了原地的损害。这一首次的扫描被用来规划内部的拆除工作。2017年4月,当内部拆除工作正式开始时,KKE 再次带着 NavVis 移动扫描系统返回到城堡进行扫描。

在查看扫描结果时,田代先生能够看到比照片本身更多的信息。

在城堡的复原阶段,团队能够检查内部情况,并通过 NavVis 软件将其与最初的状态进行比较,而不需要整理众多照片。

NavVis 的可视化软件帮助 KKE 将相关信息,如图纸和照片等,添加到带有地理标记的兴趣点(POI)上。现场扫描和POI让项目对工程团队和其他利益相关者来说变得清晰易懂。这种可以对比项目过去和现在信息的功能对于监测该项目至关重要。

在进行了初步的地面碎片清理工作后,熊本县的代表为城堡的堡垒制定了修复计划。由于损坏程度较为严重,重新开放堡垒进行修复的时间定在2021年,而城堡的全面修复计划估计将在2038年完成。

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NavVis VLX 使扫描更加灵活通用

按照计划,今年4月,也就是地震发生近5年后,KKE 的扫描团队回到了该城堡进行全面扫描。这次他们使用了 NavVis VLX 这一肩带式移动扫描系统。

该团队已经很久没有亲眼见到这个城堡了,他们惊讶地发现堡垒的石墙被修复得非常漂亮,然后便迅速使用 NavVis VLX 进行了全面扫描。在两天内扫描了10,800平方米的面积,包括城堡内部和外围区域。

在扫描的过程中,NavVis VLX 的便携性和易用性为角田先生留下了深刻的印象。

“我们不仅能够扫描室内外的楼梯,还能扫描到狭窄的后院区域。并只用两天时间就完成了室内外的扫描。此外,该设备的储存箱和一个手提箱差不多大,因此可以在飞机上托运。”

KKE 该项目的测绘负责人宫垣英二表示,与以前的扫描设备相比,NavVis VLX 更加灵活通用,因为无需在地面上滚动,所以更容易在城堡里移动。

“日本炎热和潮湿的初夏天气让这项工作尤为艰辛。宫垣先生说:“如果我在[第一次扫描]时能有一台 NavVis VLX,我就能独自去进行更高质量和时间更短的扫描。

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实现数字孪生的力量

在新建筑中,甚至在已建成的建筑中现场考察并不难,但在此类复杂的情况下考察并不总是可行。记录建筑中难以捕捉的区域需要时间和人力成本,甚至还会出现安全隐患。此外,对没有对应的照片或图纸的区域进行检查,而且找到合适的照片也可能是一项难题。然而,创建一个3D数字孪生能够减少重复现场访问的需要,并能让工作人员拥有更全面的视觉效果,以帮助他们更好地理解现场状况。

不仅如此,NavVis 移动扫描系统捕获的数据还可以用来汇编损坏报告。角田先生(KKE)表示,最重要的是,如果该城堡在2016年地震之前能有一个数字孪生的话,那么修复工作的效率将会很高。

“有了 NavVis VLX,大型历史建筑的室内外面积可以被快速地捕捉。"

“通过显示在 NavVis IndoorViewer 中的数据,利用点云了解3D形状,全景照片则能够让人详细检查建筑材料和颜色,并可以随时随地分享、指挥和报告数据。而利用 NavVis IVION 的创新功能,如多站点和云处理,可以大幅度地提高绘图和任务显示的效率。"

对于熊本城的首席审查员来说,这次新的经历将鼓励他们寻找更多能够应用 NavVis 现实捕捉的项目。

“我们希望 NavVis 在未来不仅能够用于修复熊本城,还可应用于熊本县和国家其他的重要文化财产。田代先生说:“如果我们能够积累修复、维护管理建筑的经验,我们以后将更加高效,使服务更长久和并减少成本。”

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