Prof. dr hab. inż. Konrad Eckes – Zachować dla przyszłych pokoleń

Aby materialne dziedzictwo zabytków architektury zostało zachowane dla przyszłych pokoleń wymaga ono nie tylko starannej konserwacji, lecz także szczegółowej dokumentacji. Studenci Państwowej Wyższej Szkoły Techniczno-Ekonomicznej – wykonują takie dokumentacje dla wybranych zabytków Jarosławia

 Istnieje w naturze człowieka dążenie do pozostawienia po sobie jakiegoś śladu. Nawet w dawnych cywilizacjach, walczących z przeciwnościami przyrody, zawsze, obok podtrzymywania egzystencji, znajdowano jakiś zasób energii, aby pozostawić po sobie trwałe ślady. Takie dążenia można obserwować w pozostałościach dawnych cywilizacji tak bardzo różnych pod względem geograficznym – jak zapisy z okresu kultury babilońskiej, czy obrazy na kamieniach runicznych kultury nordyckiej. Z biegiem lat dawne cywilizacje pozostawiały obiekty inżynierskie, które w różnym stanie technicznym dotrwały do naszych czasów.

Także w czasach obecnych istnieje w naturze człowieka dążenie do pozostawieniu po sobie jakichś śladów. Jest to widoczne także w życiu codziennym – pisane są kroniki, pamiętniki, powstają rodzinne albumy fotograficzne. Współczesna technika pozwala na szeroki zakres form dokumentowania życia codziennego, do przekazania dalszym pokoleniom obrazu życia rodziny.

Podobnie jest z powstającymi obecnie obiektami materialnymi. Obiekty inżynierskie są budowane w sposób tak trwały, aby służyły wielu pokoleniom, a ponadto ich cała konstrukcja jest utrwalona w postaci szczegółowych rysunków i opisów. Niektóre niezwykłe budowle europejskie posiadają nawet własne muzea, pokazujące  w jaki sposób ludzka myśl twórcza i wysiłek materialny zostały przekute na jakiś szczególny obiekt służący współcześnie i przewidziany do korzystania dla dalszych pokoleń. Dla przykładu można tu wymienić lokalne muzea poświęcone tylko jednemu konkretnemu obiektowi: muzeum budowy zapory wodnej Grande Dixence (285 m wysokości) we francuskojęzycznej części Szwajcarii, muzeum budowy mostu o długości 17 km nad Wielkim Bełtem w Danii (przęsło pomiędzy pylonami – 1624 m), muzeum budowy wiaduktu Millau nad rzeką Tarn we Francji, którego najwyższy filar wznosi się na wysokość 341 metrów.

Do czasów współczesnych zachowało się wiele obiektów budowlanych stanowiących światowe dziedzictwo dawnych cywilizacji. Jest też wiele zabytków o wartości kulturowej w skali kraju, regionu lub w skali lokalnej, Te obiekty zachowały się do czasów współczesnych,  istnieją faktyczne w różnych stanie technicznym, lecz w zdecydowanej większości przypadków nie posiadają pierwotnych szczegółowych rysunków konstrukcji budowli, To wszystko zaginęło na przestrzeni dziejów. Może zachowały się jedynie skąpe notatki historyczne obiektu. Dla takich budowli możemy wykonać rysunki według stanu faktycznego, niejako odtwarzając te zaginione pierwotne plany.

Czytelnika może zaskoczyć to, że wykonywaniem takich planów zajmują się geodeci. Ten szczegółowy zapis geometrii budowli można powiązać z dawną nazwą tego zawodu,  powszechnie używaną w okresie renesansu. Geodeta zwany był wtedy geometrą. Dokumentacja budowli historycznej wykonywana współcześnie posiada alternatywną nazwę „inwentaryzacja architektoniczna”, chociaż w potocznym rozumieniu terminowi „inwentaryzacja” raczej bliżej jest do pewnego spisu przedmiotów, niż do rejestracji geometrii przestrzeni.

W czasach współczesnych prawie każdy zabytek najwyższej klasy powinien posiadać dokumentację architektoniczną, w tym szczegółowe plany. Taka dokumentacja służy do studiów oceny konieczności dokonania zabiegów konserwacyjnych oraz jest szczegółowym zapisem na wypadek uszkodzenia lub destrukcji budowli wywołanej siłami przyrody, klęskami żywiołowymi lub także wypadkami wojennymi.

Przypadki destrukcji zabytków nawet najwyższej klasy światowej zdarzają się niestety także w czasach obecnych. Typowym przykładem może tu być pożar katedry Notre-Dame w Paryżu w roku 2019. Przykładem z terenu naszego kraju może być kościół w Trzęsaczu, zlokalizowany na wysokim klifie morskim ulegającym erozji, co jest to powodem destrukcji kolejnych fragmentów murów. Przypadek zniszczenia części zabytku miał także miejsce w Jarosławiu. W roku 2015 spłonęło pokrycie gontem i konstrukcja dachu baszty w murach obronnych opactwa Benedyktynek.

Dokumentacje architektoniczne mają jeszcze inny cel – pozwalają odkrywać wielką sztukę dawnych mistrzów pod względem osiągniętej precyzji obliczeń statycznych, dokładności wymiarów, a nawet sztukę opanowania zasad rozchodzenia się głosu lub zastosowania korekt, które eliminują ludzkie błędy postrzegania (usuwają złudzenia optyczne).

Standardowe materiały dokumentacji budowli to rysunki w rzutach prostokątnych i przekroje. Rolę pomocniczą mogą pełnić fotografie. Takie dokumenty są bardzo wartościowe, ale z punktu widzenia geometrii posiadają podstawową wadę: fotografia jest rzutem perspektywicznym (rzutem środkowym) i nie można z niej pozyskiwać wymiarów. Dlatego podstawową zasadą dokumentacji inwentaryzacyjnej jest doprowadzenie do uzyskania rzutów prostokątnych – rysunków elewacji oraz przekrojów poziomych i pionowych.

Z punktu widzenia zarejestrowania kształtu budowli ważny jest zapis linii charakterystycznych obiektu (rys. 1). Linie proste można wyznaczyć przez pomiar pojedynczych punktów. W technice pomiarów geodezyjnych jest to łatwe zadanie.

Rys. 1. Dokumentacja architektoniczna kamienicy o adresie Rynek 24 w Jarosławiu (narożnik  ulicy Spytka i północno-zachodniej pierzei Rynku), zawierająca zapis linii charakterystycznych; rysunek przedstawia model budynku w rzucie perspektywicznym

Źródło: praca dyplomowa inżynierska – autorka Klaudia Radoń

Rozwinięciem tej metody jest nałożenie na obraz kreskowy tekstury lub treści pobranej z wykonanej fotografii. Tekstura nanoszona jest jako proces grafiki komputerowej zwany renderowaniem. Jest to wypełnianie powierzchni barwą lub stylem, w celu nadania realnego wyglądu (rys. 2).

Rys. 2. Dokumentacja architektoniczna kamienicy o adresie ulica Grodzka 5 w Jarosławiu, zawierająca nałożenie tekstury na pola zawarte pomiędzy charakterystycznymi liniami; rysunek przedstawia elewację utworzonego modelu budynku od strony ulicy Grodzkiej

Źródło: praca dyplomowa inżynierska – autorka Aneta Świątkowska

Budowanie modelu obiektu z pomiaru jego linii charakterystycznych i wypełnianiem powierzchni  barwą lub stylem daje nam obraz przejrzysty, ale nie w pełni wierny z punktu widzenia rzeczywistego stanu budowli. Potrzebny jest obraz realny, ciągły – do studiów konieczności wykonania zabiegów konserwacyjnych.

W zakres sztuki geodezyjnej wchodzi metoda fotogrametryczna. Polega ona na wykonywaniu zdjęć stereoskopowych, z dwóch miejsc specjalnymi kamerami. Taką sprzężoną parę zdjęć terenowych odtwarza się w laboratorium w specjalnych przyrządach jako model obiektów realnych, wykorzystując własność stereoskopowego widzenia człowieka. Na tym modelu wykonuje się wszelkie pomiary, tak, jakby były wykonywane na realnym obiekcie. Metody fotogrametryczne pozwalają na wyznaczenie linii charakterystycznych obiektu, a także pozwalają na zachowanie treści fotograficznej, z której można oceniać potrzeby konserwacji różnych szczegółów budowli. Podsumowując, można powiedzieć, że metody fotogrametryczne kosztem znacznej rozbudowy procedury dają nam obrazy w postaci ciągłej i szczegółowej.

Od kilkunastu lat stosowana jest inna, znakomita technika pomiarów geometrii budowli – metoda naziemnego skaningu laserowego. Jest to, podobnie jak i technika fotogrametryczna, metoda przeniesienia realnej przestrzeni do laboratorium. Ta technika, nawiązuje do typowych, punktowych pomiarów geodezyjnych, ale zamiast pozyskiwania punktów linii charakterystycznych pozyskuje automatyczne miliony punktów. Promień lasera przebiega przestrzeń obiektu w niewielkich interwałach kątowych i dla każdego punktu wyznacza współrzędne na zasadzie odbicia wiązki promienia lasera, rejestrując jednocześnie energię powracającą, z której można wyznaczyć różne dalsze parametry. Pozyskane w ten sposób zbiory milionów punktów, zlokalizowanych na obiekcie,  tworzą prawie ciągły model rzeczywistości geograficznej (rys. 3).  Taki zbiór punktów zwany jest chmurą i po pewnych zabiegach tę cyfrową reprezentację realnego świata można poddawać dowolnym studiom i pomiarom w laboratorium.

Rys. 3. Obraz elewacji budynku Instytutu Inżynierii Technicznej Państwowej Wyższej Szkoły Techniczno-Ekonomicznej w Jarosławiu jako chmura punktów pozyskana z pomiaru  metodą skaningu laserowego

Źródło: archiwum Państwowej Wyższej Szkoły Techniczno-Ekonomicznej

Wyjaśniając dodatkowo możemy stwierdzić, że zwykłe zdjęcie jest rzutem perspektywicznym (środkowym) obiektów. Z takiego rzutu nie możemy pozyskiwać wymiarów, ponieważ obiekty dalsze są mniejsze niż bliższe. Pomiary fotogrametryczne dostarczają także rzutów środkowych na płaszczyznach zdjęć, ale ich układ stereoskopowy pozwala na przestrzenną obserwację i dokonywanie pomiaru współrzędnych punktów modelu. Natomiast skaning laserowy  dostarcza nam niemal gotowe współrzędne milionów punktów obiektu, tworzących prawie ciągły obiekt.

Sprzęt skaningu laserowego jest bardzo drogi, ale dzięki jego wysokiej wydajności może być stosowany powszechnie tam, gdzie chcemy zarejestrować wybrany stan przestrzeni geograficznej: obraz rozległych obszarów mierzony z satelity, ze statku powietrznego, a w przypadku lokalnej przestrzeni sprzęt jest ustawiany na statywie, jak wiele innych przyrządów geodezyjnych.

Państwowa Wyższa Szkoła Techniczno-Ekonomiczna kształci studentów na kierunku Geodezja i Kartografia i na tym kierunku dysponuje zarówno sprzętem jak i oprogramowaniem komputerowym stanowiącym aktualnie najnowsze światowe osiągnięcia. Edukacja zawiera szczegółowe zapoznawanie się z różnymi przyrządami w tym także ze skanerem laserowym i ujęta jest w szczegółowy harmonogram. Natomiast jest pewien dział edukacji dający możliwość szerszego kontaktu z wybranym przyrządem i oprogramowaniem. Zakończenie kursu studiów inżynierskich (3,5-letnich) zamyka praca dyplomowa. Podobnie, po zakończeniu studiów magisterskich (po dodatkowym okresie 1,5 roku) obowiązuje  praca magisterska. Takie indywidualne prace osobiste powinny wykazać dojrzałość absolwenta jako inżyniera lub inżyniera z dyplomem magistra. Ponieważ studia mają miejsce w Jarosławiu, w mieście zabytków, jest możliwość, żeby obiektami pomiarów były właśnie obiekty historyczne.

Trudy codziennego życia obniżają wrażliwość obcowania mieszkańców miasta z pięknem historycznej zabudowy. Ale jest to dostrzegane przez ludzi z zewnątrz. W Jarosławiu wielokrotnie był organizowany plener dla studentów Akademii Sztuk Pięknych w Krakowie, były realizowane sceny do filmów „Katyń” oraz „Wojna i miłość”.

Turyści z nizinnych obszarów Polski, udający się na wakacje do górzystego południowo-wschodniego regionu kraju, jeżeli starannie przygotują trasę dojazdu pod względem krajoznawczym, to na pewno włączą do programu zwiedzanie Jarosławia. Mogą tu zobaczyć między innymi zabudowę rynku z renesansową kamienicą Orsettich, dwa wspaniałe klasztory otoczone murami lub pełne wschodniej egzotyki wnętrze cerkwi greckokatolickiej.

O randze zabytków Jarosławia może świadczyć fakt, że Jarosław znalazł się wśród grupy 32-ch miast, które zostały zaliczone do  miast o istotnym znaczeniu w dziejach naszego kraju. Tym miastom została poświęcona seria monet okolicznościowych „Historyczne Miasta w Polsce”. Moneta o nominale 2-ch złotych, zawierająca po stronie rewersu kamienicę Orsettich (rys. 4), została wyemitowana w roku 2006 w liczbie 1 100 000 egzemplarzy. Przed wielu laty był bardzo popularny znaczek pocztowy o nominale 10-ciu groszy, zatytułowany „Mapa turystyczna Polski”, przedstawiający kontury granic z oznaczonymi, wybranymi zabytkami (rys. 5). W rejonie południowo wschodnim znajduje się miniaturka kamienicy Orsettich.

Rys. 4. Rewers i awers monety okolicznościowej z serii „Historyczne Miasta w Polsce” wyemitowanej w roku 2006 z obrazem kamienicy Orsettich w Jarosławiu

Źródło: katalog monet okolicznościowych wyemitowanych przez Narodowy Bank Polski

Rys. 5. Znaczek pocztowy przedstawiający mapę turystyczną Polski – wśród wybranych zabytków i atrakcji turystycznych znalazła się kamienica Orsettich w Jarosławiu; znaczek ukazał się w nakładzie 70 milionów egzemplarzy

Źródło: katalog znaczków Poczty Polskiej

Z tych przykładów widać, że kamienica Orsettich jest reprezentacyjnym zabytkiem Jarosławia. Dlatego pomiary studentów, wykonane w ramach prac dyplomowych, zostały w pierwszym rzędzie powiązane z tym obiektem.

Chmura punktów uzyskanych z pomiaru  kamienicy Orsettich metodą skaningu laserowego została przedstawiona na rysunku 6. Należy zwrócić uwagę na znaczną gęstość punktów chmury. Takie zagęszczenie punktów daje obraz prawie ciągły i przez to ułatwia dalsze opracowanie, prowadzące do wyznaczenia linii charakterystycznych bryły budynku.

Rys. 6. Obraz elewacji frontowej kamienicy Orsettich  jako chmura punktów pozyskana z pomiaru  metodą skaningu laserowego

Źródło: praca dyplomowa magisterska – autor Dominik Słomka

Jeżeli chcemy jakiś obiekt dokładnie obejrzeć wtedy oglądamy go ze wszystkich stron. Podobnie musimy postąpić z pomiarem w celu zbudowania kompletnego modelu obiektu. Wykonujemy wtedy pomiary promieniem lasera z różnych stanowisk i z każdego otrzymujemy chmurę punktów. Takie chmury łączy się w jedną całość za pomocą identycznych znaków geodezyjnych pomierzonych w sąsiednich chmurach. Stosowane jest także inne rozwiązanie: jeżeli w czasie pomiarów strefy sąsiednich chmur częściowo się  nakładają to można je łączyć metodą chmura do chmury. W tym przypadku jest wymagana wyjątkowo wysoka moc obliczeniowa komputera. Wynikiem takiego postępowania jest zgranie wszystkich pojedynczych chmur w jeden projekt. Takie czynności są realizowane przez skomplikowane programy komputerowe. Oczywiście użytkownicy tej metody korzystają z zaawansowanych komercyjnych programów, skomplikowanych wewnętrznie, ale przystępnych w obsłudze. Zawsze stawiane są wysokie wymagania sprzętowe, ponieważ operacje są wykonywane na współrzędnych milionów punktów.

Pomiarowi metodą skaningu laserowego mogą podlegać również obiekty inżynierskie o charakterze wydłużonym. Wtedy należy zwrócić szczególną uwagę na dokładne  powiązanie sekwencji chmur punktów.

Wielkie miasta, posiadające stare tunele metra, zlecają wykonanie szczegółowych inwentaryzacji tych podziemnych korytarzy metodami skaningu laserowego – w celu dokonania oceny stanu technicznego, planowania konserwacji, a także studiów zapobiegania aktom terroryzmu. Taka inwentaryzacja była wykonywana ostatnio między innymi w metrze londyńskim.

Podziemna trasa turystyczna, znajdująca się pod kamienicą Orsettich (Rynek 4) oraz pod dwoma sąsiednimi kamienicami numer 5 i 6,  ma także charakter obiektu wydłużonego Ten zabytkowy zespół podziemnych korytarzy i komór był też obiektem pomiarów metodą skaningu laserowego. Na podstawie połączonych chmur zostały wykonane rysunki w rzucie prostokątnym na płaszczyznę poziomą (rys. 7). Z tego rysunku widać jak złożony kształt ma zespół podziemnych obiektów.

Rys. 7. Rzut poziomy podziemnej trasy turystycznej  znajdującej się pod budynkami numer 4, 5 i 6 w jarosławskim Rynku wykonany na podstawie pomiarów metodą skaningu laserowego

Źródło: praca dyplomowa magisterska – autorzy Joanna Cyburt, Daniel Grzywna

Oprócz standardowych rzutów prostokątnych w dokumentacjach inwentaryzacyjnych stosuje się również środkowy. Jest to bardzo poglądowy rzut, nawiązujący do naszego naturalnego postrzegania przestrzeni realnej. Jest bliski codziennemu doświadczeniu. Obrazy komputerowe obiektów trójwymiarowych zwane są w grafice komputerowej obrazami 3D. Rysunki 8 i 9 przedstawiają obrazy 3D chmur punktów z dwóch tras podziemnych zbudowanych na podstawie pomiarów wykonanych metodą skaningu laserowego.

Rys. 8. Rzut środkowy  korytarzy i komór podziemnej trasy turystycznej w Jarosławiu zlokalizowanej po kamienicami Rynku numer 4, 5 i 6 – obraz grafiki komputerowej 3D

Źródło: praca dyplomowa magisterska – autorzy Joanna Cyburt i Daniel Grzywna

Rys.9. Rzut środkowy  korytarzy i komór podziemnej trasy turystycznej w Jarosławiu imienia Feliksa Zalewskiego zlokalizowanej po kamienicą Rynku numer 14 –  obraz grafiki komputerowej 3D

Źródło: praca dyplomowa magisterska – autor Arkadiusz Borcz

Zawód geodety kojarzy się społeczeństwu raczej z pomiarami terenowymi, z podziałem i zabezpieczeniem własności nieruchomości i tworzeniem szczegółowych map rzeczywistości geograficznej. Ale geodezja to także rejestracja lub nadawanie kształtu obiektom inżynierskim, budynkom, autostradom i mostom. W tym typowo inżynierskim zakresie prac mieści się właśnie wykonywanie dokumentacji architektonicznych zabytków. Pod tym względem jest wiele do zrobienia, obiekty historyczne czekają na taką dokumentację. Jarosławska uczelnia wychodzi naprzeciw tym wyzwaniom, szkoli studentów którzy w ramach prac dyplomowych wykazują się swoimi umiejętnościami dla dokumentowania zabytków miasta.

Budowle mają wartość nie tylko techniczną i użytkową, ale także emocjonalną. Taką wartość mają właśnie zabytki. Ratuje się je i konserwuje niezależnie od ich stanu technicznego. Zabytki są świadectwem kultury materialnej społeczeństwa i powinny być zachowane dla przyszłych pokoleń. Dokumentacja architektoniczna wspomaga konserwację  zabytku i zabezpiecza jego realną postać przed nieprzewidzianymi wydarzeniami historii.