三维激光扫描与机械臂协同修复古建筑的实践

□杨琳琳 叶桦阳

古建筑不仅承载着丰富的历史文化价值，也是现代城市文化身份和历史连续性的重要标志。然而，由于历史久远及环境因素的影响，许多古建筑结构面临着严峻的保护与修复挑战。三维激光扫描技术能够快速地对复杂的古建筑结构进行精确测绘，生成高精度的三维模型，为古建筑的结构分析和病害诊断提供了科学的数据支持；机械臂技术则可以在复杂的操作环境中进行高精度的修复作业，将这两种技术有效结合能够实现古建筑修复工作的最优化。因此，探索这两种技术在古建筑修复中的协同应用对于提高古建筑修复的科技水平、保护和传承文化遗产具有重要意义。本文深入探索三维激光扫描技术与机械臂技术在古建筑修复中的协同应用，旨在为我国古建筑保护与修复工作提供技术支持和新思路，从而更好地传承和发展历史文化遗产。

精确测绘与结构分析

在古建筑修复中，三维激光扫描技术通过发射激光束到建筑表面，并接收反射回来的激光束，计算激光束往返的时间、相位变化能够高效完成对建筑物外部及内部复杂结构的全面测量，确保了数据采集的安全性和完整性。这些数据不仅可以用来评估建筑的现状，捕捉裂缝、变形等结构问题，还能够为后续的修复工作提供科学的参考和依据。在三维激光扫描获取精确的建筑数据后，机械臂根据这些数据进行精确位置定位，执行清洁、打磨、涂抹保护材料等复杂的修复任务。通过搭载摄像头、激光扫描器等各种传感器和工具，机械臂在执行任务的同时还能实时监控修复效果，保障修复工作的质量。因此，三维激光扫描与机械臂协同应用于古建筑修复，能够实现更为精细和高效的修复效果，大大提升修复工作的科技含量和工作效率。

精确损害评估与修复规划

三维激光扫描技术通过高精度的测量为修复专家提供了一份涵盖古建筑当前结构的精确尺寸、损伤程度及其具体位置信息的状态报告，这些数据是制定有效修复方案的基础。通过对这些详细数据的分析，修复团队能够识别出结构的关键薄弱点，从而优先处理，确保修复工作的重点和资源的合理分配。同时，基于三维激光扫描所提供的数据，机械臂可被精确编程，执行精确的模拟操作，帮助工程师评估各种修复策略的实际效果和潜在风险。这种高度自动化的模拟不仅提高了修复规划的效率，还增加了规划方案的可靠性，确保了最终执行时能够最大限度地保护和恢复古建筑各方面的价值。

自动化与精准执行修复工作

三维激光扫描技术能够在不接触古建筑的前提下高效地获取建筑表面及其复杂细节的精确三维数据，这些数据以点云的形式呈现，展示了建筑物的精确尺寸以及由于历史因素造成的损伤情况。基于这些高精度的数据，机械臂能够进行精细清理、切除破损部分以及修补。机械臂可轻松到达高处以及不稳定结构等难以接近的区域，并在严格控制的条件下进行作业，最大限度地减少了修复过程中的安全隐患。以修复高大的壁画、石雕为例，在此类作业中，机械臂能够稳定执行表面清洁以及细节雕刻工作而无需搭建复杂的脚手架，显著减少了整个项目的时间和成本。在修复一座古桥时，机械臂可用来精确地替换损坏的石块，这些石块根据三维扫描数据预先在工厂中加工成形，确保了能够完美地匹配原有的结构。由此可见，借助三维激光扫描技术以及机械臂技术，古建筑修复项目能够在保证高质量结果的同时实现成本效益的最大化，从而推动传统文化遗产保护工作的进一步发展和创新。

综上，在古建筑修复作业中，三维激光扫描技术提供了一种无需物理接触即可获得建筑结构高精度三维数据的方法，这些数据是精确修复的基础；机械臂的利用则进一步提高了修复作业的精确性和自动化程度，满足了高风险修复需求。未来，随着技术的进步和成本的降低，三维激光扫描与机械臂技术的应用将更加广泛；同时，结合人工智能和机器学习则能够进一步提升这些系统的自动化水平，从而更有效地应对古建筑修复中遇到的各种复杂挑战。

（作者单位：北京信息科技大学）