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摘要：“一座建筑物是否美观，很大程度上决定于它在主要立面上的艺术处理，包括造型与装修是否优美。在设计阶段中，立面图主要是用来研究这种艺术处理的。在施工图中，它主要反映房屋的外貌和立面装修的做法。在与房屋立面平行的投影面上所作房屋的正投影图，称为建筑立面图，简称立面图。”
关键词：建筑立面；测量；数据处理
日前，测量建筑物立面图的主要技术方法是三维激光扫描技术，利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。但仪器价格高，后期数据处理需要专业培训，因此部分建筑物立面还需要通过传统方法进行测量。
1、立面测量的基本原理
假定某建筑物如图1所示，点1～8位于正立面上，1和8沿铅垂线在高程为0（即Ｈ＝0）的水平面上的投影为1′和8′，点p为建筑物上的某一点。正立面附近已布设测量控制点s和Ｔ，其在测量坐标系x－y－h中的平面坐标x，y和高程h为已知。
假定以1～2～7～8所在的铅垂面作为投影面绘制立面图，投影面与高程为0的水平面的交线为1′～8′。现建立以１′为坐标原点、以与投影面垂直的方向为Ａ轴、以1′～8′方向为B轴、以11′的铅垂线方向为C轴的３维坐标系A～B～C，本文中称为“立面坐标系”。若能确定1，8和Ｐ在立面坐标系的3维坐标，则可以在投影面上准确表示这三个点的投影位置，据此可以绘出对应的立面图，因此立面测量的关键是求特征点在立面坐标系中的3维坐标。
立面测量时若选定 S 为测站点，T 为后视点，照准 P点目标，则根据全站仪测量原理可得［3］ ：
x P ＝x S ＋S SP • ｓｉｎZ SP • ｃｏｓ（αST＋βP）
y P ＝y S ＋S SP • ｓｉｎZ SP • ｓｉｎ（αST＋βP）
H P ＝H S ＋S SP • ｃｏｓZ SP ＋i －v式中：x S ，y S 和 H S 为 S 点在测量坐标系中的平面坐标和高程，x P ， y P 和 H P 为 P 点在测量坐标系中的平面坐标和高程；S SP 是 S 和 P 点间的斜距；Z SP 是 S 和 P 点间的天顶距；βP 是视线 SP 与后视方向 sT 间的水平角；i 是仪器高；v 是觇标高。同理可得 １ 和 ８ 在测量坐标系中的平面坐标和高程，分别用（x1,y1,H1）和（x8,y 8,H8） 表示。将 2 维坐标系 AO′B 看作施工平面坐标系，点 1′即为坐标原点，若用（x0,y0）表示其平面坐标，则 x0＝x1,y0＝y1。若用 α和α18 分别表示 Ａ 轴和直线 １ ～８ 在测量坐标系中的坐标方位角，则有 α＝α18-90°，其中 α １８ 可通过 １和 ８ 的平面坐标（x1，y1），（x8，y,8）计算求得。
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图1 立面测绘示意图
根据测量学原理可得：
A P ＝（x P －x ０ ）ｃｏｓα＋（y P －y０ ）ｓｉｎα
B P ＝（y P －y ０ ）ｃｏｓ α－（x P －x ０ ）ｓｉｎα
由于测量坐标系和立面坐标系坐标原点的高程均为0， 根据二者的空间关系可得：C P＝H P按上述原理逐个处理立面特征点，就可以得到这些特征点在立面坐标系中的三维坐标。常见成图软件展绘的是点的平面坐标（x，y），而立面需要表示的是立面元素在投影面上的高度和水平位置，因此绘图时只要按点的 C 坐标和 B 坐标展点即可，但要注意此时 C 轴是纵轴，相当于地形绘图时的 x 轴。
2、测量建筑立面的实施
下面以潍坊市**园内四五栋古建筑立面图测绘为例。因公园改建，建筑物内外需要重新整式装修，并且建筑建设时期较早，多次改造，原图纸无法使用。各建筑分散独立，所以决定采用全站仪免棱镜测绘建筑物立面的方法。
2.1立面测量的作业流程
在项目生产实践中，可以按照下述作业流程开展工作。
1）准备工作：准备仪器及草图。
2）数据采集：全站仪测量坐标特征点。
3）数据传输：将坐标数据导出到计算机。
4）数据处理：将处理完成后的数据文件导入成图软
件 ，按工程要求展点、绘图。
5）展点成图：按要求打印立面图。
2.2准备工作：
古建筑立面较为复杂，在外业测量前需进行拍照或绘画好草图，测量时直接在相应位置标注点号即可。为了满足精度，在外业数据采集之前，通过误差传播率对该方法进行精度分析。本项目要求平面精度和高程精度均为±3cm，用该方法采用测角精度为±2”，测距精度2 mm+2 ppm•D的全站仪完全可以满足数据采集所需的精度要求。
2.3数据采集：
综合园内各建筑所在位置，选取合适点位。这里采用坐标法测量，测站坐标及后视点坐标假定，选定立面标志方向进行定向，完毕后进行观测记录。测量建筑外轮廓关键点，及门窗、室外平、室内平、台阶、门柱等特征，古建筑注意房檐的类别，此处重檐和多檐情况，要把特征前测全。部分位置有树遮挡一站不能测完的情况，可以支站，定向照准原测站点，支站点测站操作和正常坐标设站相同。测全关键轮廓点，无法测到的，通过量取尺寸内业截距量取即可。
测量时需要注意的问题：
1、部分特征点棱镜无法到达，因此最好选择免棱镜全站仪进行外业数据采集。
2、因为测量精度会随着观测时垂直角的增大而降低，因此在不超出全站仪最大测程的前提下，测站点应尽量远离立面。
3、建筑物门窗的大小和高低在设计时一般均有规律性，由于建筑施工偏差和立面测量误差，可能导致按实测数据绘出的门窗大小和高度不一致，需要在尊重实际测量结果的基础上进行调整。
4、测量最终数据的生成与建筑立面的左下角点和右下角点有直接的关系，在测量时，需要两角点都采集两次以上，最终以坐标的平均值为该点的最终值。
5、数据采集中要记好点号或分好各个立面数据起始及终止点，方便数据处理。
2.4数据传输及处理：
将全站仪数据传入计算机中，数据是“．dat”格式的坐标文件，打开坐标文件找到各立面图数据进行分出各立面文件，然后通过CASS软件“坐标转换”命令，将x方向值与Z方向值互换位置，这时得到的新数据即为生成立面图所需的最终数据。画一条水平线，测站改正将建筑立面左下角点和右下角点改正到水平线方向及最终立面方向（这里也可以使用旋转功能）
2.5成图：
按照草图依据展点绘制立面图。灵活运用对称，等高，等距等性质绘图。古建筑物门窗房檐等存在对称，在建筑施工和测量过程中存在误差，可能造成最终数据绘出的成果不是特别对称、等高的情况，我们要按照实际测绘成果的基础上进行适应调整。
3、结束语
本文重点说明了立面测量的原理及全站仪测绘立面的简便方法，在小面积个别建筑立面测量项目上非常简单实用且成本低。但是在数据处理会消耗比较长时间，在掌握立面测量的原理及与平面数据关系的前提，可以自己编个小程序进行数据处理及分站等。
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