Na początku tej historii wydawało się, że zinwentaryzowanie przyziemia XIV-wiecznego kościoła za pomocą zwykłego dalmierza, poziomicy i kątomierza to pikuś, przysłowiowa bułka z masłem, zadanie na kilka godzin pomiarów w terenie. Rzeczywistość jednak brutalnie rozprawiła się z przewidywaniami i do akcji musiały wkroczyć bardziej zaawansowane rozwiązania. Przeczytajcie, jak instrumentem Leica 3D Disto stworzona została dokładna dokumentacja budowlana tego obiektu.

Miliony na wyciągnięcie ręki

W ciągu 5 lat – od 2009 do 2014 roku – w naszym kraju zostaną wydane blisko 82 miliony euro na rewitalizację dziedzictwa kulturowego, czyli na odbudowę zabytków. Jak się zapewne domyślacie, większa część tej sumy pochodzi „z zewnątrz” – głównie ze środków Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego i częściowo z Norweskiego Mechanizmu Finansowego. Strona polska zapewnia z całej sumy ok. 11 milionów euro. Operatorem programu „Konserwacja i rewitalizacja dziedzictwa kulturowego” jest Ministerstwo Kultury i Dziedzictwa Narodowego i to właśnie ono rozdziela dofinansowania na podstawie konkursów, w ramach których oceniane są wnioski o dotacje.

W jednym z ostatnich naborów wniosków o dofinansowanie swój projekt złożyła Parafia Rzymskokatolicka pw. Niepokalanego Poczęcia NMP w Koszalinie. W ramach „Rewitalizacji Europejskiego Szlaku Kulturowego Drogi Św. Jakuba – odcinek środkowopomorski” wnioskowano o dotację ponad 30 milionów zł, która miała być przeznaczona na remonty konserwatorskie 11 obiektów sakralnych w województwie zachodniopomorskim. Wśród nich znalazł się kościół mariacki pw. Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny w Sławnie – jeden z głównych bohaterów tej historii.

↓ Kościół w Sławnie w woj. zachodniopomorskim, który miał zostać wyremontowany za fundusze unijne

Kościół parafialny w Sławnie został wybudowany w XIV-XV w. W 1945 r. w wyniku działań wojennych kościół został znacznie uszkodzony. Całkowitemu zniszczeniu uległo m.in. sklepienie i dach nad prezbiterium, wnętrze naw bocznych oraz dach wieży. Odbudowę kościoła z wojennych zniszczeń, zapoczątkowaną w 1947 roku, zakończono około 1957 roku.

↓ Pod koniec II Wojny Światowej świątynia w Sławnie została bardzo mocno zniszczona

Żeby kościół w Sławnie mógł „wziąć udział” w projekcie rewitalizacyjnym, społeczna fundacja Renovatio Ecclesiae (powołana przy parafii kościoła) musiała posiadać prawomocne pozwolenie na budowę na wykonanie remontu. A do tego celu był niezbędny projekt budowlany, którego – jak łatwo się domyślić – nie było.

Podstawą każdej dokumentacji projektowej remontu , nie tylko obiektu zabytkowego, jest inwentaryzacja. W związku z projektowanym zakresem prac w pierwszym etapie skupiono się na wykonaniu rzutu przyziemia i ortofotomap elewacji kościoła, które byłyby również podstawą do określenie kosztów całego remontu.

Houston, mamy problem!

Kościół w Sławnie to trzynawowa bazylika filarowa z wyodrębnionym dwuprzęsłowym, zamkniętym trójbocznie prezbiterium, czteroprzęsłowym korpusem nawowym oraz czterokondygnacyjną masywną wieżą, włączoną w korpus nawowy po przedłużeniu naw bocznych o dwa przęsła w drugiej połowie XIV wieku. Od strony południowej do prezbiterium przylega dwuprzęsłowa zakrystia. Od strony północnej do dwóch przęseł nawy bocznej i zachodniego przęsła prezbiterium dobudowano czteroprzęsłową kaplicę. Wnętrze przekryte jest sklepieniami gwiaździstymi pięcio-, sześcio- i ośmioramiennymi.

↓ Orientacyjny plan kościoła – autor założył równoległość i prostopadłość ścian

↓ Skomplikowana architektura budowli sakralnej to spore wyzwanie dla każdego, kto miałby ją zinwentaryzować

fot. Krzysztof Urban

Nieregularność kształtu budowli (m.in. obrót poszczególnych części względem siebie) i rozbudowy, których efektem były różne grubości ścian na długościach, ich nierównoległość i brak kątów prostych w miejscach, gdzie by się można spodziewać wykonania zgodnie ze sztuką budowlaną – czy widać już problem?

↓ Na geodezyjnej mapie zasadniczej widać dokładnie, że mury kościoła w Sławnie są „pokrzywione” w każdą stronę

Jak sądzicie – jakich nakładów finansowych i czasowych potrzeba na pomiar przyziemia (wewnątrz i na zewnątrz) kościoła, by stworzyć na jego podstawie wiarygodną dokumentację?

Trudne początki…

Osobą odpowiedzialną za przygotowanie części dokumentacji projektowej kościoła w Sławnie był Zbigniew Kocur, właściciel firmy AGRO-HATECH w Koszalinie – to drugi bohater tej opowieści. Choć pan Zbigniew to doświadczony projektant, który w swojej karierze zawodowej zinwentaryzował niejeden podobny obiekt, to jednak nie przewidział kłopotów i do pracy zabrał się z „tradycyjnym” zestawem pomiarowym – dalmierzem laserowym i szkicownikiem.

Czy już, czytelniku, przewidujesz, że to przedsięwzięcie nie mogło zakończyć się sukcesem?

Masz rację. Po 6 wizytach w terenie, 540 kilometrach dojazdów z biura w Koszalinie do Sławna, kilkudziesięciu godzinach pomiarów i kilkunastu godzinach przenoszenia wyników z kartki do komputera wyszło… coś, co przypominało rzut przyziemia kościoła. Na ekranie komputera pojawił się szkic, na którym nie udało się „domknąć” obrysu budowli, co udowodniły pomiary kontrolne (np. przekątnych).

↓Tak wyglądały wstępne wyniki inwentaryzacji kościoła za pomocą dalmierza

Gra jednak toczyła się o dotację liczoną w grubych milionach i nie można było sobie pozwolić na żadne niedociągnięcia już na etapie składania wniosku.

…i efektowne zakończenie

Podsumowanie pierwszych kosztów inwentaryzacji nie nastroiły optymistycznie pana Zbigniewa. Najgorsze jednak było to, że efekt mizerny. I w tym momencie na scenę wkracza Leica 3D Disto – przyjmijmy, że to bohater drugoplanowy, który jednak w tej opowieści non-fiction dość istotną rolę.

↓ Instrument Leica 3D Disto efektownie zastąpił ręczny dalmierz laserowy

Pamiętacie zapewne z wcześniejszych wpisów o tym instrumencie , że Leica 3D Disto to bardzo nowoczesny instrument, który łączy cechy kilku różnych narzędzi i służy do wykonywania pomiarów współrzędnościowych. Na podstawie wyznaczonej odległości za pomocą dalmierza bezlustrowego i zmierzonych kątów poziomego i pionowego oblicza w przestrzeni pozycję mierzonych punktów. W ten właśnie prosty sposób został zinwentaryzowany kościół w Sławnie. Instrument mierzył i obliczał współrzędne punktów charakterystycznych budowli (załamań ścian, narożników), które wskazał operator instrumentu. Rola pana Zbigniewa sprowadzała się jedynie do celowania za pomocą plamki laserowej. Wynik pomiarów to gotowy plik CAD, który należało poddać drobnej obróbce.

↓ Jednoosobowa obsługa i wyniki pomiarów w postaci współrzędnych punktów charakterystycznych ścian kościoła

↓ Celowanie odbywa się za pomocą widocznej plamki laserowej i może się odbywać z dala od instrumentu

↓ Na ekranie kontrolera widać nie tylko obraz celu z kamery, ale także widoczny jest na bieżąco szkic mierzonego obiektu

↓ Leica 3D Disto szybko i dokładnie wyznacza współrzędne punktów charakterystycznych (załamań) przyziemia kościoła

Okazało się, że dokumentację budowlaną tak skomplikowanej budowli, jaką jest przebudowywany wielokrotnie gotycki kościół, można przygotować za ułamek kosztów, które już zostały poniesione przy nieudanych próbach ze zwykłym dalmierzem laserowym. Finalny DXF z planem przyziemia budowli powstał po zaledwie 1 wizycie w Sławnie (90 km), 6 godzinach pomiarów i 4 kolejnych spędzonych przy edycji wyników (np. wymiarowaniu rysunku) w oprogramowaniu AutoCAD.

↓ Tak wyglądał wstępnie „obrobiony” plik pomiarowy w formacie DXF wyeksportowany z kontrolera bezpośrednio po zakończeniu prac

↓ To już finalny efekt pomiarów Leica 3D Disto w postaci zwymiarowanego i opracowanego pliku CAD i jego wersji gotowej do druku

Zbigniew Kocur: Wyniki pomiarów otrzymuje się w plikach o różnych formatach, m.in. TXT, CSV i DXF (dwa pliki, pierwszy plik 2D, a drugi plik 3D). Najcenniejszy jest ten ostatni w formacie DXF, ponieważ w prosty sposób można go wczytać do AutoCADa. Plik 2D.DXF jest rzutem wszystkich pomierzonych punktów na płaszczyznę poziomą, z kolei 3D.dxf to obraz przestrzenny pomierzonych punktów. Jest to bardzo przydatna opcja przy pomiarze elementów znajdujących się blisko siebie lub nad sobą (np. drzwi i okna nad nimi). Umożliwia to rysowanie rzutu na wczytanym do AutoCADa pliku 2D z jednoczesnym podglądem pliku 3D.

Pobierz przykładowy zestaw „surowych” danych z Leica 3D Disto z pomiaru kościoła w Sławnie.

Brutalna prawda o dokładności pomiarów metodami „klasycznymi” wyszła, gdy na ekranie komputera zostały wyświetlone dwa pliki wynikowe – z dalmierza i 3D Disto. Okazało się, że położenia punktów z pomiaru „ręcznego” i współrzędnościowego różnią się w niektórych miejscach nawet o 40 cm!

↓ Nałożone na siebie wyniki pomiarów dalmierzem i 3D Disto – bardzo duże rozbieżności

Rozmiar nie ma znaczenia

Nie będę tutaj się skupiał na opisywaniu zasady działania dalmierza skanującego Leica 3D Disto i przedstawianiu wszystkich jego funkcji, ale chciałbym pokazać jedną, która była znacząca przy inwentaryzowaniu kościoła w Sławnie. Chodzi o narzędzie do łączenia stanowisk pomiarowych. Służy ono do tego, by wyniki pomiarów wykonywanych z różnych stanowisk były ze sobą połączone i żeby tworzyły jeden model przestrzenny obmierzanego obiektu.

Jest to bardzo ważna funkcja w przypadku pomiarów tak dużych i skomplikowanych budowli jakimi są chociażby zabytkowe kościoły. W sławieńskiej świątyni pomiary wewnątrz i zewnątrz zapisane były w jednym pliku DXF i złączone z wyników z kilkunastu stanowisk.

↓ Wyniki pomiarów kaplicy w kościele w Sławnie i widoczne z lewej strony punkty wiążące pomiar wielostanowiskowy

↓ Wszystkie punkty nawiązania umieszczone są na oddzielnej warstwie w pliku DXF

Cała procedura łączenia stanowisk jest zautomatyzowana. Operator po zakończeniu pomiarów na pierwszym stanowisku, a przed przeniesieniem instrumentu na kolejne, wyznacza współrzędne co najmniej trzech punktów łącznych. Każdemu z nich Leica 3D Disto wykonuje także zdjęcie.

↓ Procedura łączenia pomiarów wielostanowiskowych jest bardzo łatwa i wymaga od operatora jedynie wykonywania poleceń systemu

↓ Każdy zmierzony punkt nawiązania jest dodatkowo dokumentowany w postaci zdjęcia i zapisywany w katalogu projektu

Następnie urządzenie przenosi się na kolejny punkt i przed rozpoczęciem właściwych pomiarów budowli ponownie wyznacza współrzędne punktów wspólnych. Instrument automatycznie dokonuje transformacji współrzędnych i każdy element budynku zmierzony z kolejnego stanowiska jest „wpasowywany” w model 3D obiektu.

↓ Im dokładniej pomierzymy punkty nawiązania przed opuszczeniem stanowiska i „nawiążemy” się do nich na kolejnym, tym dokładniejszy będzie całościowy model 3D

↓ Po zmianie stanowiska system przy nawiązaniu ponownie prowadzi operatora za rękę

↓ Zapisane na pierwszym stanowisku fotografie punktów kontrolnych ułatwiają w drugim kroku wybór właściwych punktów nawiązania

Co ciekawe, jeśli w terenie (na budynku lub wokół niego) na trwałe zaznaczymy punkty łączne, tworząc w ten sposób swego rodzaju osnowę pomiarową, to pomiary można przerwać w dowolnym momencie i kontynuować je np. następnego dnia także z dowolnego stanowiska wokół budowli. A przy tym wyniki wciąż będą tworzyły jednolity model 3D mierzonego obiektu.

Zbigniew Kocur: Przed rozpoczęciem inwentaryzacji dużych budowli bardzo pomocnym jest wcześniejsze zapoznanie się z obiektem i przeanalizowanie kolejności pomiarów. Warto mniej więcej rozplanować rozmieszczenie stanowisk pomiarowych i nanieść na ściany punkty łączne (np. w postaci naklejanych tarczek celowniczych, znaków ołówkiem, a nawet pinezek). Punkty te mogą również służyć do „nakładania” na siebie w programie CAD wyników pochodzących z różnych sesji i z różnych plików oraz sprawdzania w ten sposób dokładności i poprawności zarejestrowanych współrzędnych.

↓ Punkty łączne (osnowę) można znakować na dowolnych elementach stałych wokół mierzonej budowli

↓ Ważne, by punkty kontrolne były rozmieszczone w różnych miejscach – zarówno wokół obiektu, jak i na nim

↓ Doskonałym punktem stałym są naklejane tarcze celownicze…

↓ …a nawet pinezki wbite w drzewo

W swoich pomiarach wyznaję zasadę „od ogółu do szczegółu” i przeważnie prace dzielę na dwa etapy. W pierwszym przygotowuję rzut ogólny – mierzę najważniejsze punkty we wnętrzu, następnie „wychodzę” na zewnątrz z zastosowaniem funkcji łączenia stanowisk, a po „obejściu” obiektu dookoła wracam do wnętrza i tam ponownie mierzę kilka tych samych oznaczonych punktów. W drugim etapie wykonuję rzut szczegółowy, mierząc wewnątrz i na zewnątrz wszystkie najważniejsze elementy budowli z wykorzystaniem wcześniej oznaczonych punktów łącznych, które są niezbędne do stworzenia jego planu. W przypadku skomplikowanych fragmentów rzutu (np. wieloskokowe wnęki, otwory) pomocny jest szkic tego miejsca z naniesionymi numerami punktów pomiarowych.

Sposób pracy i podział na etapy zależy od stopnia skomplikowania obiektu. Przy prostych obiektach pomiar wykonuję w jednym etapie. Przy bardziej złożonej budowli pomiar dzielę na sesje pomiarowe, których liczba jest zależna chociażby od warunków pogodowych czy czasu pracy instrumentu Leica 3D Disto na akumulatorach. W normalnych warunkach temperaturowych zestaw kontroler z jednostką pomiarową pracuje ciągle przez ok. 5-6 godz.

Historia bez happy endu

Nie zawsze piękne historie kończą się szczęśliwie. Tak właśnie było w przypadku renowacji kościoła w Sławnie. Ministerstwo, niestety, wniosek zakwalifikowało do dotacji na odbudowę 11 zabytków sakralnych w województwie zachodniopomorskim, lecz nie przyznało środków. Jednak fundacja Renovatio Ecclesiae nie poddaje się i wciąż walczy o środki z innych źródeł, które są niezbędne na uratowanie XIV-wiecznej świątyni. Trzymam kciuki. Szkoda, żeby pomiary inwentaryzacyjne z 3D Disto poszły na marne.

Pomiary klasyczne kontra nowoczesne

*część zdjęć z pomiarów ma charakter poglądowy i pochodzi z prac inwentaryzacyjnych w kościele Matki Bożej Gromnicznej w Malechowie (woj. zachodniopomorskie)