Д-р инж. Димитър Огнянов, инж. Атанас Каменаров, инж. Петър Тодоров, Юлия Спиридонова
1. Въведение
В границата на Българската държава попадат над 40000 обекта – паметници на културата от различни исторически епохи. Това безценно богатство, което е достояние не само на българския народ, представлява не само привилегия, а и голяма отговорност към поколенията. На лице са сериозни проблеми с дългосрочен ефект, свързани с управлението на паметниците на културата – проучване, документиране, консервация, експониране, опазване, създаване на предпоставки за културен туризъм, създаване на подходяща и достъпна среда за живеене в зони с концентрация на обекти от културното и историческо наследство (КИН) и др. Тенденцията през последните години показва не само че не се отива към подобрение, а напротив: дълго отлаганите за решаване проблеми ескалират, плахите и повлияни от лобистки интереси законови инициативи не са с необходимия ефект, слабостта на държавата да се противопостави на добре финансирания частен интерес (в т. ч. и криминален) доведоха до драстични примери – съдбата на древния град „Рациария“ и „Стария Несебър“.
Необходими са спешни мерки за въвеждане на ред в управлението на компактни територии с концентрация на КИН – въвеждане на европейски и световни практики и стандарти, нова нормативна база, издигане на мястото и ролята на държавата чрез нейните специализирани институции.
Предмет на настоящата разработка е да се анализира използването на модерни технологии за документиране на територии заети от обекти на КИН, базирани на методите на лазерното сканиране при създаване на основа за изготвяне на проект за управлението им.
С използване на натрупания опит от аналогични обекти в чужбина е направена оценка на необходимия ресурс при прилагане на новите технологии при българските условия и e предложена основа за съпоставка с използваните в момента методи и технологии в страната, която основа да послужи при вземане на управленски решения.
2. Цели на разработката
Създаване на детайлна 3D основа за изготвяне на проект за управление на територии, заети от паметници на КИН, с използване на съвременни ефективни технологии.
Освен посочената основна цел се предвижда чрез получените резултати да се създадат предпоставки за:
Извършване на изследвания и анализи за определяне на историческите, социологическите, икономическите, градоустройствените и архитектурните фактори в региона /града, и логическите отношения между тях;
Извличане на геометрични данни и устройствени параметри, физически и функционални характеристики, свързани с културни ценности от аналитични изследвания и технически чертежи;
Съхраняване, опазване и реставрация в автентичен вид на архитектурното и културно-историческо наследство;
Въвеждане на стари културни ценности, чрез исторически изследвания и реставриране на стари архитектурни пространства върху компютърни модели;
Разработване на модели за възстановяване на обекти при градоустройствено проектиране на ново строителство, съвместими с историческата среда и разработени чрез синтез на базата на анализ на съществуващите исторически културни ценности;
Оценка на необходимите ресурси за реализиране на подобни проекти;
Изготвяне на стандарти (преоценка на съществуващите градоустройствени норми) при изготвяне на проекти за управление на територии с концентрация на паметници на КИН;
Изготвяне на поетапна документация с анализ и оценка на съществуващия сграден фонд в територии с натрупване на паметници на КИН;
Допълване на техническата архивна документация за паметници на КИН и организиране на достъпна за гражданите електронна информация.
3. Предпоставки за прилагане на новите технологии
Новите технологии, базирани на лазерното сканиране, осигуряват възможности по отношение на документирането на структури като цяло и на отделни детайли – абсолютна точност и достоверност, изцяло елиминиране на субективния фактор, бързина, представителност, използваемост в проектирането.
Точността на цифровите модели, получени в резултат от прилагане на метода на лазерното сканиране, е лимитирана единствено от инструменталната точност на конкретното оборудване. За скенер от класа на ILRIS 36D това са 2 мм за разстояния от 100 м при диаметър на лазерното петно от 12 мм и средно под 2 мм за триангулирания модел, т.е. директно получения 3D модел е единствено и само в мащаб 1:1.
Посочената по-горе точност на тримерния цифров модел осигурява всички възможни изисквания за документиране на обекти: от най-дребни детайли и орнаменти с милиметрова точност – мащаб 1:1; разрези и стенописи в мащаби до 1:20 /4 мм/, до фасадни планове със сантиметрова точност в М 1:200 /4 см/, застройка и конструкции в М 1:1000 /20 см./
Широките възможности създават предпоставки за оптимизация на ползването на апаратурата и режима на работа – разстояние до обекта, брой на станциониранията, интервал между пикселите и т.н. Всички тези параметри имат пряко отношение към ефективността на ползваната технология и са от особена важност при организацията на работата. Например за изготвяне на 3D модел на сградни фасади с орнаменти, дребни детайли, фризове и скулптури се препоръчва сканирането да се извърши от повече от една станция с интервал на сканиране между пикселите от 2-4 мм, отговарящо на съответно отстояние от обекта. От полученият 3D модел се извличат всички необходими документи за обекта в подходящ вид и мащаб, в зависимост изискуемата детайлност и точност.
Възможност за допълване (подмяна) в създаденият 3D модел на обектите с данни от предишни периоди, получени с други методи и технологии.
Често при възстановка на автентичния вид на обектите се налага да се ползват данни за тях от предишни периоди, например в специализираните институции се съхраняват данни от фотограметрични модели, фотоснимки, архитектурни планове и други на паметници на КИН, които лесно могат да се допълнят в модела, с което нагледно да се пресъздаде обстановката със задна дата. За целта е необходимо след оцифряване на посочените материали, същите да се привържат по подбрани общи ситуационни точки към 3D модела на обекта.
Съчетаване на информацията, извлечена от 3Dмодела, създаден с помощта на метода на сканиране с други данни и модели – адаптивност на вида на информацията.
За нуждите на управлението на територии с концентрация на КИН се изготвят специализирани карти, които освен информация за самите паметници включват и данни за инфраструктурата, собствеността, градоустройствени предвиждания, рестрикции в ползването и т. н., които са в различен вид, формат, обем, съдържание, координатни системи и др. Това налага привеждане на моделите към единна височинна и планова основа, съвместяване на разнородната по вид и съдържание информация и създаване на предпоставки за ефективното и ползване при изготвяне на планове за управление.
Получаване на количествени данни и показатели за оценка на ефективността на различните подходи при изготвяне на планове за управление на КИН – основа за актуализация на нормативната база, въвеждане на нови стандарти и единна практика в управление на територии заети от паметници на КИН.
В управлението на територии с концентрация на КИН са налице редица пропуски в резултат на нееднозначност и липса на единна практика при прилагане на нормативната уредба, субективизъм при вземане на решенията, неравнопоставеност при третиране на инвеститорите от администрацията и др. За налагане на единни стандарти и изисквания в управление на паметниците на КИН, освен единни правила и практика, е важно да се осигури максимална прозрачност и публичност до всички решения на администрацията. Това ще ограничи възможността за заобикаляне или неизпълнение на законови разпоредби и/или наложени рестрикции от собственици, ползватели и недобросъвестни инвеститори.
Наличието на представителна, достъпна и лесна за разчитане от обществеността, включително и от всички засегнатите лица цифрова информация не би позволила да се стига до „законно“ изграждане на „незаконни“ по смисъла на ЗУТ строежи*.
4. Описание на технология за създаване на 3D модели на обекти от КИН с помощта на метода на лазерно сканиране
4.1. Лазерно сканиране
Избор на подходяща станция за разполагане на инструмента, настройка на параметрите за сканиране, заснемане (сн.1).
Снимка 1
4.2. Компютърна обработка на модела
Изготвяне на 3D-точков модел на обекта (сн.2).
Снимка 2
Геодезическо привързване – георефериране
Растеризация на модела – съвместяване с извършените от същата станция фотоснимки (сн.3).
Снимка 3
Извличане на повърхнини – при необходимост
3D векторизиране на модела – частично или изцяло
4.3. Използване на векторизирания модел
– извличане на данни за нуждите на реставрацията на обекта, консервация, експониране – разрези, фасади, разпределение, цветово оформяне (сн.4).
Снимка 4
– изготвяне на силуетни планове, допълване с кадастрални данни, данни от предишни различни видове заснемания, допълване с бъдещи проекти – извличане на силуетни планове, оценка на градоустройствени норми и параметри и т.н.
– изготвяне на специализирана документация за обекта.
5. Техническо осигуряване
Минимална конфигурация за прилагане на технологията, базирана на метода на лазерното сканиране, включва: подходящ скенер; безрефлекторна тотална станция с подходящи обхват и точност; едно работно място за компютърна обработка и специализиран за целта софтуер.
Изборът на оборудването е финансов въпрос, но във всички случаи трудно може да се обоснове ефективност на вложения капитал и разумен прост срок за откупуване на инвестицията за оборудване в условията на липса на обективни пазарни критерии за оценка на финансовите потоци в областта на дейностите за управление на територии с концентрация на КИН. Очевидно решение може да се търси във възможностите, които дава публично-частното партньорство, концесионирането и др. при управление на обекти – паметници и държавното участие в лицето на специализираните държавни институции.
За илюстрация прилагаме параметрите на среден клас скенер ILRIS-36D-ER, подходящ за прилагане на технологията за документиране и картиране при изготвяне на проекти за управление на територии с концентрация на КИН, базирана на метода на лазерното сканиране:
Точност и обхват при измерване на разстояния:
Лазерно безрефлекторно измерване +/-2мм /100 м
Моделна точност +/-2мм
Диаметър на лазерното петно на разстояние 100 м. – 12мм
Най-малко дисплейно показание (директна точност на отчитане) – 1.0 мм
Собствено поле на видимост при един скан: 400 по хоризонтала, 400 по вертикала;
Време за измерване: 5000 точки в секунда
Обхват от 3 м до 1800 м
Hz/Vz ъглова разделителна възможност:
4″/12сс или съпков интервал от 2 мм на 100 м, респективно 20 мм на 1000 м
Хоризонтален обхват на сканиране: 0.00-3600
Вертикален обхват: -800 + 900
Апаратурата е снабдена с електронни либела за компенсация на наклоните.
6. Съпоставяне на технологията с използваните досега методи и средства
Обща база за сравнение на технологията с използване на метода на лазерното сканиране може да се търси само с възможностите на земната фотограметрия, тъй като за ползване на класическите методи дори и с най-върховите им постижения -моторизирани безрефлекторни тотални станции, няма база за сравнение.
Количествените показатели за сравнение между фотограметричния метод и метода на лазерното сканиране са на база броя стереодвойки необходими за покриване на фасадите (площите) на отделните обекти (сгради) – от една страна, и площта (обема) на директно получения в резултат на сканирането 3D-точков модел. Основните разлики се състоят в канцеларската обработката на резултатите от двата метода, тъй като обемът на полската работа е съпоставим по двата метода. Двата метода са несъпоставими в точността. Има вече реални резултати за приложимостта на метода на лазерното сканиране за оценка на ерозионните процеси на паметник на културата „Мадарски конник“, които показват, че точността на технологията удовлетворява изискванията дори при кратък интервал между измерванията от няколко години.
7. Нормативна база, която третира управлението на територии с концентрация на КИН
Правилата и нормите за управление на територии с концентрация на паметници на КИН е събрана в малко на брой нормативни документи, което по-скоро е предимство, отколкото слабост. Това са: Законът за устройство на територията и подзаконовата нормативна база към него; специалните правила и норми за застрояване в територии заети от паметници на КИН, изготвени в изпълнение на чл.13, ал.6 от ЗУТ и одобрени от Националният експертен съвет към министъра на регионалното развитие и благоустройството; Законът за културното наследство и подзаконовата нормативна база към него.
Проблемите в управлението на територии, заети от паметници на КИН са продиктувани по-скоро от липсата на единна и устойчива практика, валидна за всички обекти, която да гарантира сигурност и устойчиво развитие при балансирана защита на интересите на всички засегнати. Въпросът за налагането на подобен модел освен финансов е свързан с политическа воля и трупане на негативи от прилагане на непопулярни мерки и рестрикции.
8. Количествени показатели за прилагане на технологията на лазерното сканиране и създаване на 3D модел на примерен обект – „Старинен Несебър“
8.1.Обем и обхват на задачата:
площ на територията – 150 дка
дължина на уличната мрежа – 6 км
брой на сградите 274 със застроена площ 50 дка
дължина на контурите на сградите 15 км
площ на фасадите 90 000 м2
един скенер
едно компютърно работно място,
8.2. Единични критерии за оценка на обема на работата /1/.
Скорост на сканиране при гъстота на растера 10х10 мм – 1 дка за 33 мин.
Съотношение на полска към канцеларска работа 1:5, т.е. за един час сканиране – 5 часа компютърна обработка.
Норма за компютърна обработка – 140 м2 за работно място на ден.
8.3. Количествени показатели, отнесени към територията на стария Несебър:
120 часа сканиране съпоставими с около 240 позиционирания на апаратурата
600 часа за обработка на получената информация
40 часа за геодезическо осигуряване и привързване, или без застъпване на дейностите – 760 часа или общо 95 работни дни
С оформяне на документацията се получава ориентировъчна норма за количествено-стойностна оценка на обема и съдържанието на дейностите по прилагане на технологията за територии заети от паметници на КИН: около 5-6 часа полска и канцеларска работа за декар при съотношение 20% към 80% полска към канцеларска.
8.4. Екипите за работа включват: сканиращ екип – оператор на скенер и помощник; геодезически екип – оператор на тотална станция и помощник; екип за канцеларска обработка – двама оператори.
* В публичното пространство доби гражданственост терминът „презастрояване“, който не фигурира в нито един нормативен документ. Смятам неговото въвеждане като признание за безсилието и/или нежеланието на администрацията да се справи с проблема за въвеждане на единна практика в управлението на урбанизираните територии с голям интерес от инвеститорите към тях, включително и заети от паметници на КИН. Другото име на „презастрояване“ е „законно изграждане на незаконен по смисъла на ЗУТ строеж“. Няма как иначе да се квалифицира издаване на разрешение за строеж на обект с нарушение на строителна или градоустройствена норма или в противоречие с наложена на територията рестрикция. Оказва се, че ако главен архитект на община разреши, може да се „презастрои“ над и в нарушение на наложена за територията рестрикции, като например над допустима „кота корниз“ и „етажност“ и то законно при спазване на всички изсквания. Така под стрехата на хотел, като интериор в двора му, между масите с туристи се оказва паметник на културата от 11 век от световно значение – законно.
Санкцията за длъжностното лице, което в нарушение на своите правомощия е издало разрешението, е 1000 лв., което при очевидната несъвпоставимост с нанесената щета по-скоро може да се тълкува като долна граница на сумата, коята трябва да се плати от инвеститора за получаване на разрешението, отколкото за административно наказание на виновното длъжностно лице.
Литература:
1. Optech’s 4th International Terrestrial Laser Scanning User Meeting, June 5 th 2008
„3d Cad reconstruction from point cloud: Istanbul Case History“ – Francesca Ceccaroni, Menci software – Arezzo;
Gurcan Büyüksalih, Bimtas – Istanbul
IOES Ltd. – Sofia
