Лазерное сканирование и 3D-моделирование Шуховской башни на Шаболовке

Леонов Андрей Владимирович, к.ф.-м.н. Руководитель Центра виртуальной истории науки и техники ИИЕТ РАН
Аникушкин Михаил Николаевич, Генеральный директор ООО «Триметари»

Радиобашня на Шаболовке — символ советского радио- и телевещания, всемирно известный памятник архитектуры русского авангарда [1]. Сегодня её чаще называют Шуховской башней, по имени её создателя — выдающегося русского инженера, члена-корреспондента и почётного члена Академии наук СССР Владимира Григорьевича Шухова (1853-1939). Башня была построена в 1919-1922 годах, трансляция радиопередач началась 19 марта 1922 года. В 1937-1967 годах башня использовалась также для телевещания.

Шуховская башня на Шаболовке, Москва

Лазерное сканирование Шуховской башни, отметка 0 м.

В связи с масштабными реставрационными работами, запланированными на 2012 год, а также в связи с 90-летним юбилеем башни в 2012 году и 160-летним юбилеем В. Г. Шухова в 2013 году, в ИИЕТ РАН в конце 2011 года было принято решение о создании точной цифровой 3D-модели башни. Цель проекта — сохранить точную и детальную информацию о «шуховской» конструкции до её демонтажа и реставрации, обеспечить доступ к этим данным широкой публике. Проект выполняется Центром виртуальной истории науки и техники ИИЕТ РАН при поддержке компании «Триметари», г. Санкт-Петербург.

Лазерное сканирование Шуховской башни, отметка +100 м.

3D сканирование Шуховской башни, отметка +125 м.

В 1971 году было выполнено определение несущей способности металлоконструкций башни и составлено заключение о возможности её дальнейшей эксплуатации [7]. В пояснительной записке отмечено: «Основные геометрические размеры башни, отметки и диаметры опорных колец приняты в соответствии с выпуском № 281 Проектстальконструкции 1947 г. Сечения элементов башни приняты на основании выпуска № 281 Проектстальконструкции 1947 года и материалов обследования ОРПС Министерства связи СССР 1971 г.» [7, 569-5].

Подъем 3D сканера на самую верхнюю секцию башни

Таким образом, общие сведения о геометрии башни, приведённые в доступной документации, основаны на обмере 1947 года и не отражают современного состояния объекта. Поэтому основным источником данных для создания 3D-модели стали результаты трехмерного лазерного сканирования башни, которое было выполнено нами в конце 2011 года. Документация 1947 года используется как вспомогательный материал.

Установка трехмерного сканера на отметке +142 м.

Стереовидеосъемка элементов конструкции башни

Для точного вписывания трёхмерных моделей в облако точек применяется следующий метод. Из облака точек выделяется часть, соответствующая отдельному элементу (например, швеллеру). Определяются края элемента, и проводится средняя линия. Перпендикулярно ей через каждые 2-3 м строятся секущие слои толщиной 1 см. По точкам, попавшим в секущий слой, вручную выставляется заранее известное сечение элемента (например, сечение швеллера N 14). Таким образом, получается набор из 10-12 сечений, по которым затем «выдавливается» профиль. Подобный метод позволяет моделировать кручение, изгиб металлоконструкций. Средняя точность «вписывания» трёхмерной модели элемента в облако точек, достигаемая таким методом, составляет 4-8 мм.

Облако точек — первичный результат лазерного сканирования

Твердотельная модель Шуховской башни, построенная по данным 3D сканирования

Цифровая модель, созданная в результате проекта по 3D лазерному сканированию, существенно упрощает доступ к данным о конструкции башни, и позволяет привлечь широкий круг исследователей, в том числе зарубежных, к историческому и техническому анализу. В частности, она позволяет выделить все элементы башни, не отражённые в доступной архивной документации, и таким образом поставить ряд вопросов для дальнейшего исторического исследования.

Твердотельная модель Шуховской башни, фрагмент

3D модель Шуховской башни, вид снизу

Авторы: Аникушкин М. Н., Леонов А. В. О первых результатах лазерного сканирования и 3D-моделирования Шуховской башни на Шаболовке (сокращённая версия) // Труды XVIII годичной научной конференции, посвящённой 80-летию ИИЕТ РАН, 17-19 апреля 2012 г., Москва. — 2012. — принята в печать.

Литература

[2]. Петропавловская И.А. Шаболовская башня в Москве (1919–2013). (Проекты реконструкции) // Годичная научная конференция, посвященная 120-летию со дня рождения С.И. Вавилова ИИЕТ им. С.И. Вавилова РАН (2011). М.: Изд-во «Янус‒К», 2011, с. 560‒563.

[3]. Шабловская радио-башня системы инж. Шухова. Высота 150 мт. Проект 1919 г. // Архив РАН. Ф. 1508. Оп. 1. Д. 85. Л. 1.

[4]. Сетчатая башня системы Инженера В. Г. Шухова. Высота башни = 150 metr. для безпроволочного телеграфа. Фундамент. 1921 г. // РГАНТД. Ф. 166. Оп. 1. Д. 36. Л. 1.

[5]. Верхнее кольцо 2й секции радио-башни. 1921 г. // РГАНТД. Ф. 166. Оп. 1. Д. 36. Л. 2.

[6]. Обследование металлоконструкций башни системы Шухова Московского телевизионного центра. 1947 г. // Архив ЦНИИПСК им. Мельникова. Шифр 281.

[7]. Определение несущей способности металлоконструкций телебашни системы Шухова и составление заключения о возможности её дальнейшей эксплуатации. 1971 г. // Архив ЦНИИПСК им. Мельникова. Шифр ОРИС-569.

[8]. Металлоконструкции надстройки башни Шухова для крепления антенн УКВ-ЧМ. 1991 г. // Архив ЦНИИПСК им. Мельникова. Шифр 20-Ф 5720-1-КМ.