Využití 3D scanu v rámci rekonstrukce Císařských lázní

  • 11. 11. 2020 | zdroj: konstrukce.cz
  • Napsali o nás

V článku je popsán 3D scan, který slouží ke kompletní rekonstrukci národní kulturní památky Císařské lázně v Karlových Varech. Pro vytvoření 3D modelu bude využito moderních metod 3D scanování pro zachycení aktuálního stavu stavebních konstrukcí a umělecké výzdoby před jejich obnovou. Autor přibližuje například i snímání v kombinací statických scanů ze země a létajících dronů a další specifika. V rámci aktuálně probíhajících stavebních prací se provádí sanace spodní stavby, restaurování historicky cenných prvků, uměleckých děl a revitalizace okolí objektu.

IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE O STAVBĚ



  • Stavba: Revitalizace objektu Císařských lázní

  • Objednatel: Karlovarský kraj, akce je financována Karlovarským krajem za spoluúčasti Ministerstva kultury ČR a Statutárního města Karlovy Vary

  • TDI: Investon s. r. o.

  • Projekční kancelář: INTAR a. s.

  • Autorský dozor: Ing. Martin Strnad

  • Hlavní architekt projektu: Ing arch. Pavel Šlejhar

  • Zhotovitel: Společnost „Císařské lázně – GEOSAN GROUP – Metrostav“

  • Stavbyvedoucí: Ing. Josef Noha, Jan Mráz

  • Zahájení stavby: 12/2019

  • Obestavěný prostor: cca 55 000 m3

  • Užitná plocha: cca 10 000 m2


Objekt Císařských lázni byl postaven v letech 1893 až 1895 jako lázně s nejmodernějším provozem v tehdejší rakousko-uherské monarchii. Budova byla navržena v inspiraci francouzskou renesancí v kombinaci s barokními prvky a secesními dekorativními motivy podle architektonického návrhu slavných vídeňských architektů Ferdinandna Fellnera a Hermana Helmera na pozemcích v jižní části města Karlovy Vary nedaleko známého Grand hotelu Pupp.
Lázně byly slavnostně otevřeny dne 5. května 1895. V roce 1904 poctil svou návštěvou lázeňskou budovu sám Císař Franz Josef I. Do konce 80. let 20. století byly lázně používány k balneologickým účelům, poté došlo k ukončení tohoto provozu a změně využití Zanderova sálu na kasino. Od roku 1994 byla budova uzavřena a postupně chátrala.
Hlavním cílem současné revitalizace objektu je kompletní rekonstrukce národní kulturní památky Císařské lázně. V rámci stavebních prací se provádí sanace spodní stavby, restaurování historicky cenných prvků, uměleckých děl a revitalizace okolí objektu.


APLIKACE 3D SCANOVÁNÍ A PŘÍPRAVY


S ohledem na významnost národní kulturní památky Císařských lázní, bylo přistoupeno k využití moderních 3D scanovacích technologií pro zachycení aktuálního stavu stavebních konstrukcí a umělecké výzdoby před jejich obnovou.


Vzhledem ke zdobné povaze budovy byla zvolena vyšší míra podrobnosti prováděného scanu, nežli je u standardních staveb obvyklé. Výše podrobnosti scanování byla stanovena na 3 mm, tím je myšlena vzdálenost jednotlivých bodů obsažených v nascanovaném mračnu bodů.
Reprezentativní části objektu byly zachyceny i v kombinaci s RGB barevností povrchů. Tím je usnadněna identifikace různých typů povrchových úprav a materiálů, od štuků přes dřevěné prvky, fládrování a kamenická díla. Tato metoda se také osvědčila pro zachycení umělecké výzdoby, plasticity a členitosti fasády, která je u historických staveb v renesančně barokním stylu typická.
Pro užitkové a technické části objektu bylo využito mračno bodů pouze ve stupních šedi, bez RGB barevné informace s ohledem na rychlost samotného scanování a následného zpracování takto pořízených dat. Jednotlivé body jsou zabarveny podle odrazivosti povrchu, díky tomu jdou rozdílné materiály mezi sebou v kombinaci s vysokou přesností scanování dobře rozeznat. Tím je dosaženo snazšího čištění modelu od rušivých prvků, které nemají přímou vazbu na stavební konstrukce a umělecká díla.
U historických objektů tohoto rozsahu je důležitý i způsob navazování jednotlivých scanovaných míst a jejich propojení v jeden kompaktní model. Z toho důvodu se při pořizování scanu používají statické štítky a scanovací koule (ty jsou pro orientaci scanovacího zařízení vhodnější). Tyto scanovací orientační body jsou poté zásadní pro správné propojení dílčích scanů mezi sebou, aby byla zaručena správnost celkového mračna bodů objektu.
Při přípravách na scanování došlo k posunu začátku prací ve vazbě na omezení spojená s koronavirovou karanténou. Počátek byl oproti harmonogramu odložen, ale časový prostor byl využit pro přemístění historického mobiliáře určeného k restaurování či uskladnění mimo objekt. Odpadla tak nutnost toto velké množství nadbytečných objektů z mračna bodů odstraňovat v postprodukční fázi.
Pro statické scanování byly nasazeny přístroje FARO Focus 3D X 130 a Leica RTC 360. Pro scanování fasády bylo využito dronu DJI Phantom 4 Pro. Vlastní scanování bylo provedeno za spoluúčasti společnosti G4D s. r. o.


VLASTNÍ SCANOVÁNÍ


Celkový proces scanování trval necelé tři týdny pro dvoučlenný tým. Některé dny byly použity dva scannery, pro méně složité oblasti byl využíván scan jeden. U vysokých prostor, jako například Zanderův sál, bylo nutné provést scan v několika výškových úrovních, pro zachycení kompletní plasticity restaurovaných prvků. Tím, že jsou povrchy snímány z jednoho bodu, může u zdobných prvků docházet ke vzniku odchylek a zastíněných míst. Tyto odchylky se eliminují výše uvedeným scanováním z několika úrovní a úhlů.
Exteriéry budovy byly snímány kombinací statických scanů ze země a létajících dronů. Pomocí dronů byla snímána primárně RGB barevná informace pro finální mračno bodů, s jeho pomocí však  také byla scanována špatně dostupná a plasticky komplikovaná místa, jako například sousoší na štítu objektu či jiné sochařské prvky v nikách atd. K navázání na data získaná z interiéru byly využity stávající statické štítky. Scanování fasády bylo oproti zachycení interiérů časově úspornější, komplikací však může být nevhodné počasí v podobě silného větru, popřípadě ostrého přímého slunečního světla. To při zachycení barev vytváří ostré hrany stínů a nežádoucí odlesky. Z toho důvodu bylo nutné kromě potřebných povolení ke vzletu vyčkat příhodného počasí.


ZÁVĚR


Pro svou vysokou míru přesnosti byla mračna bodů (již dílčí části zpracovaného modelu) využita pro lepší koordinaci rozvodů v prostorově složitých oblastech, jako jsou například krovy a věž se světlíkem nad hlavním vstupem. Není tak potřeba geodetické zaměření konstrukce a její přenesení do 3D modelu, což u prostorově složitějších konstrukcí může vést k nepřesnostem.
Využití 3D scanování pro rekonstrukce budov a památek má velký potenciál, i když investice na pořízení takového modelu mohou být na počátku vyšší. Jeho využití pro dílčí činnosti při projektování a výstavbě zvyšují přesnost a vložené prostředky se vrátí například formou časové úspory.


Zdrojový článek s fotografiemi naleznete ZDE.