2. PHƯƠNG PHÁP TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU

Những nghiên cứu mà chúng tôi triển khai dựa trên các kết quả đã được kiểm chứng do các tác giả C. Dore và M. Murphy (2012) thực hiện tại dự án phục hồi tuyến phố cổ Henrietta do Viện Kỹ thuật Công nghệ Dublin, Cộng hoà Ailen chủ trì, sử dụng công nghệ quét laser 3D, 3D GIS và HBIM. Bằng cách tích hợp công nghệ quét laser 3D, vẽ sơ họa (Sketchup) và công nghệ 3D GIS, và giai đoạn đầu tiên trên nền tảng HBIM. Ngoài công trình trên, năm 2011 Fai cũng đã tiến hành nghiên cứu tích hợp công nghệ quét laser 3D, phần mềm AutoCAD, Civil 3D, SketchUp và Revit để xây dựng phương án phục chế hiệu quả các công trình di tích cũng như cảnh quan xung quanh công trình. Cảnh quan xung quanh công trình trong quá khứ, hiện tại và tương lai được mô phỏng lại một cách trực quan dựa vào số liệu quét laser 3D và các phương pháp nội suy để từ đó đưa ra những hình thái cơ bản trong việc bảo vệ, trùng tu và sửa chữa từng hợp phần cấu thành nên cảnh quan công trình cũng như chính công trình di tích đó. Phương thức nghiên cứu này mang lại cho các dự án trùng tu cách thức tham chiếu vô cùng quan trọng phục vụ cho việc ghi nhận, phân tích, thử nghiệm trực quan các phương án khác nhau để đưa ra được kết quả cuối cùng trên các mô hình 3D theo từng giai đoạn trùng tu, phục dựng công trình.

Dựa vào kết quả cũng như mục đích của những công trình nghiên cứu nêu trên, chúng tôi đã lựa chọn sử dụng BIM làm kỹ thuật nền tảng, và tích hợp vào đó là công nghệ quét laser 3D, kỹ thuật mô hình hoá đám mây điểm 3D, tài liệu mô tả liên quan tới công trình, số liệu khảo sát trực tiếp tại công trình, và nền tảng 3D GIS để đưa ra giải pháp quản lý tổng hợp là hệ thống quản trị HBIM. Toàn bộ quy trình công nghệ dự kiến hoàn chỉnh trong thời gian tới đây được thể hiện rõ trong sơ đồ dưới đây:

Công trình di tích mà chúng tôi lựa chọn thử nghiệm là Hiển Lâm Các nằm trong quần thể Di tích Cố đô Huế. Hiển Lâm Các là công trình kiến trúc bằng gỗ có giá trị đặc biệt còn được duy trì nguyên vẹn đến ngày nay. Để đáp ứng những yêu cầu của nhiệm vụ thu thập thông tin về các đối tượng một cách hiệu quả nhất, mật độ điểm đủ để có thể xây dựng lại chi tiết các hợp phần cấu thành công trình, chúng tôi đã lựa chọn sử dụng máy quét laser FARO FOCUS3D là công cụ thu thập số liệu cơ bản.

Khoảng cách quét hiệu quả nằm trong khoảng từ 0.6 đến 120 mét; sai số mô hình đám mây điểm nằm trong giới hạn +/- 2mm, tốc độ quét cao nhất xấp xỉ 1 triệu điểm đo mỗi giây. Với những thông số cơ bản như trên, máy quét laser FOCUS3D hoàn toàn có thể thu thập được các điểm đo với mật độ và độ chính xác rất cao thừa đủ để xây dựng mô hình đám mây điểm (Point Coud) chi tiết về công trình, đây chính là cách thức quét và số hoá lại các công trình một cách hiệu quả, chính xác trong thời gian nhanh nhất mà hiện tại chưa có phương pháp nào có thể thực hiện và so sánh được.

Toàn bộ công trình Hiển Lâm Các được dựng lại nguyên trạng bằng mô hình đám mây điểm với hàng trăm triệu điểm đo có toạ độ chính xác. Sau khi kiểm tra chất lượng nắn ghép, mô hình đám mây điểm được chuyển sang phần mềm AutoCAD Revit để dựng 3D chi tiết và tách các hợp phần cấu thành dưới dạng phân lớp thông tin (Layers). Hiện tại, nhóm kỹ thuật của chúng tôi đang thử nghiệm sử dụng khái niệm BIM, nhưng không sử dụng các phần mềm hỗ trợ BIM thực sự mà chuyển đổi trực tiếp mô hình công trình vào phần mềm nền tảng 3D GIS để đưa ra mô hình HBIM khác biệt. Việc sử dụng nền tảng GIS 3D quản lý mô hình HBIM mang lại rất nhiều thuận lợi, để phù hợp với khái niệm “phân lớp” thông tin trong lưu trữ, quản lý và hiển thị thông tin không gian và thông tin thuộc tính của nền tảng GIS 3D, các hợp phần cơ bản cũng như các hợp phần cấu thành chi tiết của mô hình công trình 3D đã được phân loại sau khi dựng được mô hình hoàn chỉnh, số liệu thuộc tính mô tả về các hợp phần cũng được đưa vào cơ sở dữ liệu nền tảng GIS 3D dưới mô hình cấu trúc “phân lớp”. Điểm đặc biệt của cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS 3D dạng “phân lớp” là khả năng tiết kiệm không gian lưu trữ, truy cập số liệu tốc độ nhanh hơn, khả năng phân tích không gian cũng như hiển thị thông tin hình ảnh 3D mềm dẻo hơn.

3. KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM

Việc nghiên cứu thử nghiệm sử dụng công nghệ quét laser 3D trong quá trình thu thập số liệu thực địa, số hoá công trình di tích một cách chi tiết và chính xác dưới dạng 3D. Thông qua mô hình đám mây điểm hoàn chỉnh tạo bởi gần 100 điểm đặt máy quét laser, toàn bộ mô hình công trình Hiển Lâm Các đã được xây dựng lại một cách tối ưu nhất. Không chỉ đơn thuần cung cấp số liệu để xây dựng mô hình bên trong và bên ngoài công trình, số liệu thu được từ máy quét laser 3D còn bao trùm toàn bộ cảnh quan bên ngoài công trình, theo đó những số liệu này cũng được chúng tôi “phân lớp” thành các hợp phần thông tin khác nhau như lối đi, cây xanh, đèn chiếu sáng … Các lớp thông tin này kết hợp với các lớp thông tin cấu thành mô hình 3D công trình đang được thử nghiệm chuyển đổi và quản lý trực tiếp trên nền tảng GIS 3D. Mô hình thông tin không gian 3D và số liệu thuộc tính của tất cả các hợp phần cấu thành bước đầu được xử lý để chuyển sang nền tảng GIS 3D dưới dạng các lớp thông tin lưu trữ. Khái niệm BIM đã được chúng tôi áp dụng trong quá trình xây dựng các hợp phần cấu thành công trình di tích dựa trên nền tảng các chức năng của GIS 3D. Chúng tôi dự kiến trong tương lai, mô hình này có thể áp dụng dưới dạng tiêu chuẩn trong suốt quá trình phục dựng, trùng tu tôn tạo các công trình di tích lịch sử tại Việt Nam từ bước khảo sát thu thập số liệu thực địa, xử lý xây dựng mô hình 3D, tách lớp thông tin, theo dõi so sánh trong quá trình trùng tu tôn tạo, quản lý thông tin công trình về sau. Các bước phân tích, so sánh và hiển thị kết quả sẽ được áp dụng trên nền tảng GIS 3D, sự khác biệt khi phân tích chồng xếp (Overlay) các lớp thông tin theo từng giai đoạn của quá trình xây dựng sẽ được chỉ ra một cách chi tiết.

Mô hình đám mây điểm 3D toàn bộ khu vực Hiển Lâm Các – Huế

4. KẾT LUẬN

Những nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc áp dụng khái niệm BIM, nền tảng GIS 3D và công nghệ quét laser 3D để xây dựng mô hình thông tin không gian 3D kết hợp với số liệu thuộc tính đối với các công trình di tích đã và sẽ được xử lý trùng tu tôn tạo. Đây có thể là nền tảng quản lý đa chức năng phục vụ lưu trữ, sửa chữa, phân tích và thể hiện kết quả phân tích. Đối với các công trình di tích, mục đích nghiên cứu của chúng tôi là xây dựng mô hình 3D công trình hiện thời, trong và sau quá trình thực hiện trùng tu tôn tạo, đồng thời mô hình 3D tạo ra từ việc số hoá toàn bộ công trình cũng sẽ được sử dụng một cách có hiệu quả trong việc giám sát và xác định biến dạng của công trình theo thời gian. Số liệu thu được bằng công nghệ quét laser 3D còn bao gồm toàn bộ cảnh quan xung quanh công trình, đây cũng là những số liệu quan trọng được lưu trữ cùng công trình. Chúng tôi mong rằng, trong tương lai sẽ nhận được sự hỗ trợ, phối hợp với các Cơ quan quản lý Nhà nước liên quan tới lĩnh vực bảo tồn, trùng tu tôn tạo các công trình di sản văn hoá, một phần quan trọng trong đời sống văn hoá tinh thần của người Việt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Murphy M, McGovern E & Pavia, S 2011, 'Historic Building Information Modeling - Adding Intelligence to Laser and Image Based Surveys', paper presented to 4th ISPRS International Workshop, 3DARCH 2011: “3D Virtual Reconstruction and Visualization of Complex Architectures” Trento, Italy, 2-4 March 2011.

2. Berlo, Lv & Laat, Rd 2010, 'Integration of BIM and GIS: The Development of the CityGML GeobBIM Extension', paper presented to 5th International 3D GeoInfo Conference, November 3-4, 2010,, Berlin, Germany, Berlin, Germany.

3. Dore, C., Murphy, M., 2012, ‘Integration of Historic Building Information Modeling and 3D GIS for Recording and Managing Cultural Heritage Sites’, 18th International Conference on Virtual Systems and Multimedia: “Virtual Systems in the Information Society”, 2-5 September, 2012, Milan, Italy, pp. 369-376.

4. Fai, S, Graham, K, Duckworth, T, Wood, N & Attar, R 2011, 'Building Information Modeling and Heritage Documentation', paper presented to XXIII CIPA International Symposium, Prague, Czech Republic, 12th-16th September.

Vui lòng chia sẻ với chúng tôi qua địa chỉ thư điện tử: info@anthi.com.vn