En este artículo se presenta un avance más en el proceso de aplicación de las últimas técnicas de adquisición de datos para la documentación del archivo de planos del IETcc, en el año en el que se celebra el 80 aniversario de su construcción.
En este trabajo se expone la realización del levantamiento del comedor de personal, elemento singular del edificio, que ha sufrido modificaciones a través del tiempo. En una etapa posterior se editarán los datos, para realizar los planos que permitan la comparación con los que se conservan en el archivo del IETcc.
Se ha utilizado el escáner láser, que ha pasado de ser una tecnología emergente a ser una técnica presente, útil y una alternativa real a la fotogrametría terrestre en las labores de reconocimiento y análisis del patrimonio arquitectónico.
This paper presents an advance in the process of implementation of the latest techniques of data acquisition for the documentation of the IETcc´s file archives, in the year of it’s the 80 anniversary of its construction.
This work presents the survey of the staff-dining room, which is a singular element of the building, that has suffered several modifications through the years. In a further step the data will be edited, to make plans that allow comparison with those kept on the IETcc archives.
A laser scanner equipment has been used in this work, due to the fact that this technology has been transformed from an emerging technology to a current, useful and a real alternative to the terrestrial photogrametry in the survey and analysis of the architectural heritage.
En 1951 Eduardo Torroja presenta el anteproyecto de un edificio donde instalar la nueva sede del IETcc en Chamartín.
El programa comprende un edificio central con cuatro cuerpos donde se alojan los talleres, laboratorios, salas de estudio, biblioteca, administración y servicios generales. Se proyectó otro edificio donde se instalaría una planta piloto de fabricación de cementos y otras instalaciones para ensayos a escala.
Los planos se realizaron con las técnicas propias de la época existiendo una modulación general de la obra según un módulo único de 1,60 m.
En el diseño del edificio se prestó particular atención al comedor de empleados. De forma circular, unido al exterior, está constituido por una estructura metálica en forma de rotonda y en voladizo, cerrada por puertas correderas de cristal parecidas a las de un hangar de aviación que se pueden desplazar lateralmente. Tiene un jardín de invierno central, cubierto con una celosía que permite la iluminación cenital, rodeado de soportes que sostienen el voladizo de cubierta. Este edificio ha sufrido diversas modificaciones a lo largo del tiempo, dando lugar a que los planos originales ya no representan fielmente la realidad.
En 2007, a la vista de la situación de conservación en que se encontraban los planos originales, Virtudes Azorín, Pepa Casinello y Juan Monjo decidieron aplicar técnicas informáticas disponibles en ese momento. Digitalizaron los planos originales conservados e iniciaron la organización de los fondos del archivo, en el marco del proyecto de investigación «El fondo documental generado por Eduardo Torroja en el IETcc como memoria histórica en el proceso de transferencia tecnológica en ciencias de la Construcción» (HUM2007-65543/HIST). El objetivo era su conservación en las mejores condiciones posibles.
Continuando con la progresiva aplicación de las últimas técnicas de representación arquitectónica, y con el fin de obtener una información arquitectónica actualizada del comedor, en 2014 se llevó a cabo la realización del levantamiento del comedor de personal utilizando escáner láser para interiores y exteriores.
El láser escáner es un sensor activo que emite un pulso electromagnético que al rebotar en un objeto, es capaz de calcular la posición del mismo usando la técnica de radiación
Está basado en el principio de medida electrónica de distancias
El escaneado láser 3D permite la captura automatizada de manera sistemática de grandes nubes de puntos, a altas frecuencias (inicialmente cientos o miles de puntos por segundo), en tiempo casi real y junto con valores de intensidad o color asociados
Esta es la solución adoptada en este trabajo con la cual se obtienen modelos fotorrealísticos de calidad mediante un ajuste en bloque lanzando procesos de texturización multi-imagen
El objetivo fundamental de este trabajo es la realización del levantamiento del edificio del comedor del ITEcc. La consecución de este objetivo pasa por el desarrollo de los siguientes puntos:
Acceder directamente a las coordenadas XYZ proporcionadas por el escáner en lugar de a los datos crudos.
Disponer de datos métricos para utilizar en tareas de planificación, diagnóstico, tratamiento y monitorización
Realizar la medida en 3D en cortos períodos de tiempo.
En una etapa posterior al trabajo que aquí ser presenta se acometerán los siguientes objetivos:
Disponer de los planos actuales de un elemento arquitectónico que ha sufrido modificaciones con respecto a los originales.
Realizar una comparación entre los planos 2D originales del proyecto original y la información 2D resultantes del levantamiento.
Usar modelos 3D para realizar el análisis de formas, dimensiones, y la reconstrucción y monitorización de escenarios u objetos complejos a través del tiempo.
La documentación patrimonial a partir de imágenes fotográficas se remonta a mediados del siglo XVIII, época de origen de la fotografía.
En 1839, Louis Degarre inventó el revelado fotográfico
En 1858, C. Laussedat realizó el primer mapa a partir de fotos aéreas y terrestres y A. Meydenbauer en 1893, introduce por primera vez la palabra fotogrametría
A lo largo del siglo XX la técnica se desarrolló rápidamente pasando por las etapas de la fotogrametría analógica, analítica y digital en sus múltiples versiones: fotogrametría de objeto cercano, fotogrametría terrestre, fotogrametría aérea y fotogrametría satélite.
A principios de la última década del siglo XX se empieza a utilizar la fotogrametría digital en las labores de documentación arquitectónica, a partir de escaneado de película fotográfica y posteriormente a partir de imagen digital.
El desarrollo de otras técnicas a finales del siglo XX, la electrónica, la fotónica, el reconocimiento de patrones, la visión por ordenador, la automatización en los procesos de producción fotogramétrica, llevan a que la fotogrametría sea una técnica de medición precisa, detallada, que proporciona gran cantidad de información. Debido a su independencia de la escala, a su resolución variable y configurable, permite la extracción de información métrica muy precisa, datos en 2D o en 3D, de textura, capacidad de visualización estereoscópica, etc.
La realización de los primeros modelos fotorrealísticos 3D requería el uso de diversas técnicas (topografía, fotogrametría, realidad virtual e Internet) a fin de visualizar escenarios arquitectónicos con máximo grado de similitud. Se obtenían resoluciones poco altas de las imágenes proyectadas sobre los modelos. A principios del siglo XXI la obtención de modelos se realizaba en base al uso de estación total o GPS.
En la actualidad, existen dos alternativas de obtención de modelos fotorrealísticos 3D: utilizando procedimientos basados en imágenes
La técnica del escáner láser presenta las ventajas de su rapidez en la captura de puntos y en la creación del modelo 3D y el poder prescindir de la necesidad de tomar puntos de control si existe o minimizar el número de estos sin perder la capacidad de aportar las imágenes fotográficas del objeto representado.
El anteproyecto que se presenta en el año 1951 responde al plan de necesidades redactado por Eduardo Torroja, un programa complejo y diverso, «que contemplaba tres usos claramente diferenciados; los relacionados con el trabajo de oficina y laboratorio, los lugares de reunión, debate internacional y difusión de conocimientos, y los ligados a la realización de grandes ensayos experimentales y talleres»
La ubicación en el solar y la volumetría arquitectónica del proyecto propuesto responde a la ordenación de los usos requeridos y a la adecuación al terreno y su arboleda (
En el plano general del edificio las piezas de uso singular se ubican en los extremos del conjunto, adoptando formas orgánicas que propicien la relación de la arquitectura con el paisaje.
El comedor se sitúa en el extremo oriental, y su fachada circular acristalada y móvil le permite una gran capacidad de interrelación entre interior y exterior que le hace entrar a formar parte del paisaje en el que se sitúa.
La gran calidez y calidad del espacio creado potenció y potencia la relación de los trabajadores y visitantes del Instituto.
Está definido por una planta circular de 22,44 m de diámetro, con un jardín central delimitado por pilares. La altura libre máxima es de 3,50 m (
La estructura de la cubierta está formada por cerchas metálicas de canto variable con el extremo en voladizo y apoyando el extremo interior en las columnas que rodean el jardín central del elemento. El vuelo de 5,87 m permite la apertura del gran ventanal corredero, y otorga a la cubierta la función de «gran sombrilla» del espacio abierto (
En la construcción original la cubierta se remata con un falso techo de escayola, que en el lucernario central se conforma por lamas curvas entre las tabicas radiales de escayola que se corresponden con las cerchas metálicas.
El proceso operativo seguido para el trabajo de levantamiento realizado en el Instituto Eduardo Torroja, consistió en la toma de datos en campo, el posterior procesamiento de datos y la presentación final de resultados (
El equipo utilizado para la toma de datos en campo fue un ScanStation C10 que tiene como principales características:
Equipo de 238 mm × 358 mm × 395 mm, con un compensador de doble eje, plomada láser (precisión de centrado ±1,5 mm con una huella de 2,5 mm a 1 m) y cámara digital integrada de 4 megapíxeles (formato 1920 × 1920 píxeles) con autoajuste.
Para el almacenamiento de los datos dispone de un disco en estado sólido pero también se puede conectar a un ordenador portátil externo o una memoria USB externa.
La precisión mínima obtenida para medida aislada (una desviación estadística) es de ±6 mm en posición y ±4 mm en distancia siempre que el objeto se sitúe en una distancia inferior a 50 m.
La precisión angular mínima obtenida (una desviación estadística) es de 12″ tanto en ángulos horizontales como verticales.
La longitud de onda del láser (clase 3R conforme a CEI 608265-1) es de 532 nm (en la zona del verde) siendo el alcance máximo 300 m. La huella del láser sobre el objeto a 50 m es de 4,5 mm de diámetro y se pueden obtener puntos cada 1 mm a esa misma distancia (50 m).
El campo de visión horizontal máximo es de 360° mientras que el campo de visión vertical máximo es de 270°. La cámara digital es capaz de obtener 260 imágenes para un escaneado completo del campo de visión.
La frecuencia de muestreo es de 50.000 puntos por segundo siempre que el objeto se sitúe a menos de 50 m.
Dispone de baterías internas de Ion Litio que aseguran un trabajo continuo de más de 7 horas. También dispone de conectores para baterías externas.
En este tipo de levantamientos también se pueden usar y se usan otras técnicas, como la fotogrametría.
La fotogrametría permite obtener una resolución homogénea, siempre que se trate con un software adecuado. La precisión varía en función de la distancia a la que se encuentra el objeto, del objetivo de la cámara y de la zona del fotograma. La calidad de las imágenes RGB obtenidas es alta, el tiempo en campo necesario para la captura de datos es menor de 5 minutos y el tiempo de postproceso necesario para la obtención de la nube de puntos es de unas 3 horas. La precisión mínima obtenida para la posición de los puntos es de 7 mm, el tiempo de preparación de los puntos de apoyo necesarios para las medidas en campo es alto (superior a 30 minutos).
La técnica de láser escáner permite obtener una nube de puntos muy homogénea, con gran densidad de puntos, con una precisión que depende de la distancia a la que se encuentra el objeto y del ángulo de incidencia. La cámara que lleva incorporado el aparato, permite obtener un color RGB de mediana calidad. El tiempo en campo para la captura de datos es de 35 minutos, con un tiempo de postproceso para obtener la nube de puntos de escasos segundos y con una precisión mínima obtenida en la posición de los puntos de 4 mm. Se requiere un tiempo previo de preparación de los puntos de apoyo de unos 10 minutos.
De todo lo anterior se deduce que el uso del láser escáner está justificado, por la inversión inicial necesaria, siempre que el volumen de los trabajos a realizar sea alto. Para trabajos pequeños o de poca envergadura, el uso de la fotogrametría sigue siendo una opción válida por su reducido coste.
El primer paso consistió en referir a un único sistema de referencia global XYZ el conjunto de datos láser capturados en diferentes sistemas de referencia locales e instrumentales.
Este modelo de escáner permite la posibilidad de geoposicionar los escaneos tanto con el uso de una estación total como con el uso de un GPS (colocando un prisma o una antena sobre el equipo respectivamente), de manera que es posible georreferenciar dichos escaneos usando puntos de control materializados con dianas. Con el posicionamiento de las dianas fue posible realizar un ajuste en bloque de todos los barridos realizados (
En proyectos de escaneado láser, las posiciones del escáner deben planificarse cuidadosamente con el fin de garantizar la plena cobertura del monumento arquitectónico dentro de las resoluciones y nivel de precisión requerido junto con los solapamientos adecuados.
El proceso operativo en campo consistió en 5 estacionamientos (4 interiores y 1 exterior), 4 de ellos con un campo de vista de bóveda completa, acompañada de una toma de fotografías de la escena de 260 imágenes de 4 Mpx.
En el interior del comedor se hicieron 4 escaneos para evitar que en el modelo final hubiera zonas de sombra. Sin embargo, el hecho de tener un cerramiento acristalado produjo mucho ruido en las nubes de puntos debido a los reflejos que se producen en los cristales.
La duración aproximada de cada escaneo fue inferior a 7 minutos (a la vez se produjo la toma de fotografías) y se generó una nube de más de 32 millones de puntos.
Para el procesamiento de los datos se han utilizado varias aplicaciones software.
Para el registro de las nubes de puntos y el correspondiente filtrado de puntos no deseados, se ha utilizado Cyclone REGISTER. Los resultados del escaneo con diferentes grados de filtrado pueden verse en la
Una vez filtrada la nube de puntos 3D, es posible exportar la nube de puntos a los formatos que se deseen, de manera que puedan ser tratados con otros programas específicos de tratamiento de nubes de puntos o incluso con programas CAD, según convenga. En este caso se exportó a formato .PTS, que da las coordenadas XYZ de cada punto más la intensidad reflejada y los valores RGB de la superficie, y se trabajó con el programa 3DReshaper. En la
A partir del modelo 3D generado con las nubes de puntos es posible generar la documentación 2D a fin de comparar el estado actual del edificio con los planos del proyecto y
Para realizar las perspectivas se pueden utilizar dos técnicas diferentes:
superponiendo a la nube de puntos 3D la fotografía digital realizada con el equipo escáner láser desde la misma estación y parámetros con los que se realizó el escaneo (ver apartado 3.3.3. Publicación en internet).
representando directamente la nube de puntos con el valor RGB obtenido de la fotografía para cada uno de los puntos de la nube (
Los alzados y las plantas son ortoimágenes del modelo 3D. Las técnicas de coloración han sido distintas. En los alzados se ha vuelto a utilizar el valor RGB de cada punto, mientras que en las plantas se ha utilizado una escala de grises para el techo y otra escala de grises para el suelo, con los valores de la intensidad de la señal reflejada del rayo láser en cada punto (imagen sintética por nivel de intensidad).
Respecto a los alzados, dos son del exterior (
Se puede observar que al ser ortoimágenes y al haber realizado solamente un escaneo exterior, se ven en los alzados de las fachadas las zonas de sombra debido a la presencia de árboles u otros elementos arquitectónicos.
Para realizar los alzados del interior del comedor se seccionó el modelo 3D por un plano vertical diametral y se obtuvieron las ortoimágenes de las dos mitades resultantes. De esta forma se puede observar la pendiente existente hacia el centro del techo del comedor (
Para obtener las plantas interiores de techo y suelo se realizaron cortes al modelo 3D por planos horizontales a distinta altura (
La planta del comedor fue de difícil obtención debido a que la calidad de los puntos del suelo no era buena y debido también a la existencia de los correspondientes círculos de sombra en las zonas de estación del equipo y a la gran cantidad de mobiliario. Como consecuencia la planta se obtuvo como una vista superior de una sección a poca altura del suelo (
En el caso del techo (
Se publican las nubes de puntos en formato html para ser visualizadas por los diferentes navegadores.
Se pueden generar tres tipos de productos:
Imágenes sintéticas de intensidad
Fotografía del escáner láser.
Imagen en color verdadero (RGB).
Dicho modelo puede ser visualizado mediante el software gratuito de Leica TruView (
Al ser los alzados y las plantas ortoimágenes de las nubes de puntos se pueden usar para una amplia variedad de aplicaciones, como la generación de secciones a la altura deseada para delinear directamente sobre ellas (
Se pueden realizar cálculos geométricos directamente y medir elementos arquitectónicos (
Con la información obtenida del levantamiento es posible realizar una comparación con los planos originales y así poder generar una documentación actualizada, uno de los objetivos del trabajo realizado.
A modo de ejemplo, en la
En la
Se ha realizado un levantamiento mediante escáner láser para la obtención de datos 3D del comedor del IETcc, que permita la posterior actualización de los planos contenidos en el archivo del Instituto Torroja.
El láser es una técnica rápida y precisa en las labores de reconocimiento y análisis del patrimonio. En concreto, en el trabajo que se presenta, la toma de datos completa se realizó en tres horas.
Al ser el producto final un modelo 3D, permite la medida directa de elementos y el acceso directo a las coordenadas
Esta técnica de toma de datos supone un avance en la disminución de plazos y costes frente a las técnicas tradicionales de medida.
Los productos finales obtenidos del escaneo, al estar todos sus puntos georreferenciados, es posible introducirlos directamente en programas como Sistemas de Información Geográfica, cuya capacidad de análisis puede proporcionar una amplia gama de salidas cartográficas y arquitectónicas 2D y 3D.
Con este trabajo se ha obtenido documentación actualizada y precisa del estado actual del comedor, que ha sufrido modificaciones con respecto a los planos originales.
Al Instituto Eduardo Torroja, a su director y a Rafael Piñeiro y Jesús González de Asistencia Técnica, por toda la ayuda prestada.
A los profesores de la ETSI de Caminos (UPM): Rubén Martínez y Miguel Marchamalo, por su colaboración en la edición de los datos.
A la empresa Leica Geosystems, en la persona de Ángel Herranz por la ayuda prestada para la adquisición de los datos.