基于Revit的古建筑構(gòu)件信息模型研究

王 茹， 朱 旭， 黃 鑫

(西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

基于Revit的古建筑構(gòu)件信息模型研究

王 茹， 朱 旭， 黃 鑫

(西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

針對(duì)古建筑信息管理散亂、信息缺失、信息無法共享、缺少信息標(biāo)準(zhǔn)等問題，建立了古建筑信息模型，實(shí)現(xiàn)信息的有效管理。首先分析古建筑全生命周期信息，然后標(biāo)準(zhǔn)化古建筑信息，最后建立古建筑構(gòu)件的信息模型。實(shí)驗(yàn)表明該方法能夠顯著提高信息管理與利用效率。

信息模型；古建筑；Revit

隨著建筑信息模型(building information modeling，BIM)的發(fā)展與應(yīng)用，在應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)古建筑進(jìn)行保護(hù)方面，學(xué)者們進(jìn)行了深入研究。目前BIM在古建筑應(yīng)用方面主要集中在參數(shù)化設(shè)計(jì)[1-6]、點(diǎn)云數(shù)據(jù)[7-8]等研究，尤其在古建筑參數(shù)化方面，無論是可行性理論還是參數(shù)化實(shí)現(xiàn)都已成熟。但針對(duì)目前古建筑信息容易缺失、工藝工法斷層[9]、信息無法共享等問題缺乏深入的研究。

針對(duì)上述古建筑保護(hù)過程中的問題，為了更好滿足古建筑保護(hù)工作的需要即古建筑信息管理和信息共享，實(shí)現(xiàn)模型可視化與信息儲(chǔ)存的統(tǒng)一，本文基于Revit平臺(tái)，建立了古建筑信息模型(圖1)。信息模型的創(chuàng)建包含構(gòu)件全生命周期信息、信息等級(jí)深度與標(biāo)準(zhǔn)化、模型的建立3部分，即：

(1) 分析古建筑全生命周期信息；

(2) 分析古建筑信息的等級(jí)深度、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)置信息修改權(quán)限；

(3) 建立古建筑構(gòu)件的信息模型。

1 古建筑信息

1.1 古建筑全生命周期信息

古建筑保護(hù)工作中所涉及的內(nèi)容、專業(yè)領(lǐng)域繁多：①古建筑其自身的構(gòu)造較為復(fù)雜——構(gòu)件種類繁多、設(shè)計(jì)靈活，而且古建筑構(gòu)件的彩繪、門窗等構(gòu)件樣式的藝術(shù)性較強(qiáng)。②這些信息涉及到不同的專業(yè)領(lǐng)域，包括工程、藝術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多領(lǐng)域。③由于所涉及的專業(yè)眾多決定古建筑保護(hù)不可能由一個(gè)保護(hù)單位完成，而是需要不同的工作單位相互配合完成。上述古建筑保護(hù)的特點(diǎn)決定了古建筑信息全生命周期所含的信息繁冗復(fù)雜。分析古建筑保護(hù)過程中所涉及到的信息內(nèi)容，不但有利于記錄古建筑各個(gè)方面的價(jià)值，更能對(duì)古建筑保護(hù)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

鑒于古建筑所含信息的復(fù)雜性，對(duì)古建筑全生命周期的分析將從古建筑構(gòu)造、參與方、時(shí)間3個(gè)維度進(jìn)行(圖 2)，可較全面的涵蓋古建筑保護(hù)過程中所涉及的信息，同時(shí)也不容易產(chǎn)生信息的臃腫減少垃圾信息，確保了信息的價(jià)值。

圖1 構(gòu)件信息模型創(chuàng)建流程

圖2 古建筑全生命周期信息

(1) 古建筑構(gòu)件自身構(gòu)造維度。古建筑自身的特點(diǎn)可以分為構(gòu)件類別、參數(shù)、彩繪3個(gè)方面的信息。

①古建筑的結(jié)構(gòu)體系特征把古建筑構(gòu)件所屬類別劃分為：臺(tái)基類、古建筑主要的承載構(gòu)件柱類、古建筑特有的構(gòu)件斗栱類、裝飾類、梁枋類、屋頂和圍護(hù)類7類。

②古建筑構(gòu)件參數(shù)。古建筑參數(shù)具有模數(shù)化的特點(diǎn)，構(gòu)件的長(zhǎng)、寬高以及刻口等尺寸的大小都是基于斗口或者柱徑，為模型實(shí)現(xiàn)參數(shù)化提供了理論基礎(chǔ)。

③古建筑特有的彩繪。我國(guó)的古建筑彩繪在世界建筑中獨(dú)樹一幟，其主要樣式有和璽彩畫、旋子彩畫和蘇式彩畫，其彩繪的原材料做法也有不同的工藝。

為方便信息管理將古建筑構(gòu)造信息統(tǒng)一劃分為：幾何信息，主要是古建筑構(gòu)件的尺寸信息；非幾何信息，主要記載構(gòu)件的基本情況，如圖片、構(gòu)件類別、彩繪等。

(2) 參與方維度。主要記錄了古建筑保護(hù)過程中所涉及的參與單位，如測(cè)繪單位、檢測(cè)單位、修繕單位等，同時(shí)記錄構(gòu)件保護(hù)過程中的工期費(fèi)用等。

(3) 古建筑時(shí)間維度。主要承載構(gòu)件保護(hù)中所涉及的工作內(nèi)容，把古建筑保護(hù)過程進(jìn)行劃分4個(gè)階段：測(cè)繪階段、檢測(cè)階段、修繕階段和維護(hù)階段。其主要包含了各個(gè)階段中的基本工作內(nèi)容如構(gòu)件的物理特性、構(gòu)件的燃燒值、構(gòu)件的材質(zhì)等以及各個(gè)過程中的記錄報(bào)告。

1.2 古建筑信息等級(jí)的劃分

對(duì)于古建筑構(gòu)件信息模型來說，模型所帶的信息越詳細(xì)越好，但同時(shí)也容易使得圖形所帶的數(shù)據(jù)量過大而對(duì)硬件要求較高，增加管理人員的信息管理難度以及容易產(chǎn)生許多無用的信息。模型中信息需要詳略得當(dāng)，有些反應(yīng)古建筑基本情況的信息可以直接添加到模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，而對(duì)于測(cè)繪圖紙、檢測(cè)報(bào)告等文檔類以及構(gòu)件的制作等視頻類的詳細(xì)信息則應(yīng)當(dāng)存到相應(yīng)的文件夾中，若用戶需要查看詳細(xì)的信息只需要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕即可跳到相應(yīng)的文件，然后查看詳細(xì)的信息。管理人員只需要對(duì)文件夾進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾砑纯?，增加了管理效率。在不影響古建筑信息化保護(hù)過程中的業(yè)務(wù)的需求以及古建筑模型中的信息價(jià)值的前提下，需要對(duì)信息詳略分類。為了提高信息管理效率，本文將古建筑全生命周期信息分為基本信息以及詳細(xì)信息，如圖3所示。

圖3 古建筑信息等級(jí)分類

(1) 基本信息。主要記錄構(gòu)件基本情況，分為：構(gòu)造信息，如構(gòu)件名稱、圖片、構(gòu)件編碼、構(gòu)件模數(shù)、彩繪信息以及受損程度等信息；物理特性信息，如彈性模量、材質(zhì)、強(qiáng)度、力學(xué)性能以及抗腐蝕性能、抗蟲蟻性能；尺寸參數(shù)信息，如構(gòu)件尺寸的長(zhǎng)、寬、高等幾何數(shù)據(jù)；構(gòu)件維護(hù)信息，維護(hù)單位、維護(hù)日期、構(gòu)件維護(hù)價(jià)格等。

(2) 構(gòu)件的詳細(xì)信息。主要記錄構(gòu)件制作的工藝、工法以及構(gòu)件檢測(cè)、維修等詳細(xì)的文檔、視頻信息。

1.3 信息標(biāo)準(zhǔn)化

信息標(biāo)準(zhǔn)化主要包括編碼、分類、關(guān)鍵信息標(biāo)準(zhǔn)，可保證 BIM 構(gòu)件的檢索方便、快速定位，盡量避免誤檢、漏檢。

(1) 構(gòu)件編碼。保證每個(gè)構(gòu)件具有唯一的名稱，從而確保信息交換的快速性和準(zhǔn)確性。本文古建筑編碼標(biāo)準(zhǔn)采用三級(jí)編碼[10]對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼。此編碼規(guī)則不但考慮古建筑內(nèi)在構(gòu)造同時(shí)考慮了信息深度等級(jí)，并且按此規(guī)則編碼具有可擴(kuò)展性，方便在計(jì)算機(jī)中組織和檢索信息。

(2) 分類標(biāo)準(zhǔn)。按古建筑構(gòu)造分為臺(tái)基、柱類、斗栱、梁枋、屋頂、維護(hù)等類別。

(3) 關(guān)鍵信息標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)的規(guī)范，如物理特性記錄應(yīng)當(dāng)以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，尺寸應(yīng)當(dāng)以斗口或柱徑為基礎(chǔ)等。

2 古建筑信息模型的創(chuàng)建

Revit軟件中，族是包含通用屬性集和相關(guān)圖形的圖元組，在RevitAPI中，提供了一系列類的管理文檔，包括族類型、族參數(shù)管理、幾何圖元的管理、族文檔和工程文檔交互等。其關(guān)鍵點(diǎn)為：

(1) 文檔獲取。Revit API類結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用類和文檔類是處于最頂層的。用戶若要訪問文檔的基本內(nèi)容可以利用Autodesk.Revit.DB.Document提供的接口獲取文檔內(nèi)容。

(2) 獲取管理類。FamilyManger類代表了編輯族類型的重要工具，其與族類型(FamilyType)和族參數(shù)類(FamilyParameter)一起實(shí)現(xiàn)了“族類型”中的一整套功能，包括族類型的創(chuàng)建、參數(shù)修改、參數(shù)關(guān)聯(lián)等。

(3) 參數(shù)的設(shè)置。族參數(shù)的設(shè)置在族管理類內(nèi)，而需要輸入的參數(shù)只有族參數(shù)和參數(shù)值。主要是通過void Set( )等函數(shù)來設(shè)定參數(shù)值。

根據(jù)上述對(duì)構(gòu)件信息的分析及信息深度等級(jí)的劃分建立古建筑構(gòu)件信息模型。以坐斗為例，實(shí)現(xiàn)坐斗信息模型的關(guān)鍵代碼如下：

依據(jù)上述對(duì)古建筑構(gòu)件的全生命周期信息的分析，以坐斗為例建立信息模型，如圖4～5所示。

圖4 坐斗基本信息

圖5 查看詳細(xì)信息

在訪問信息模型中的數(shù)據(jù)時(shí)，需要明確不同的參與方對(duì)信息數(shù)據(jù)的管理權(quán)限，防止模型信息的隨意篡改引發(fā)數(shù)據(jù)的失真,保證各數(shù)據(jù)經(jīng)過更新、糾正、刪除等操作后的真實(shí)性。各參與方人員有權(quán)修改及更新各自工作中的數(shù)據(jù)，非本工作人員無權(quán)修改數(shù)據(jù)，只能查看模型信息。如圖6所示用戶若點(diǎn)擊“物理特性”按鈕則提示輸入密令。

圖6 信息更新、修改權(quán)限

3 結(jié) 束 語(yǔ)

本文針對(duì)古建筑信息管理散亂、古建筑信息容易缺失的問題，提出基于Revit的古建筑信息模型的研究。立足于古建筑全生命周期信息，然后對(duì)古建筑信息深度進(jìn)行劃分，對(duì)信息分類進(jìn)行管理，最終建立古建筑信息模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明建立古建筑信息模型不但有利于信息的管理而且為古建筑信息共享提供了新的途徑。

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[2] 唐三元. 明清古建筑參數(shù)化三維構(gòu)件庫(kù)研究[D]. 西安:西安建筑科技大學(xué), 2012.

[3] 譚 潔, 汪夢(mèng)林, 王建華. 參數(shù)化設(shè)計(jì)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用研究——以清代官式建筑為例[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2010, 36(3): 266-268.

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Research on the Information Model of Ancient Building Component Based on Revit

Wang Ru, Zhu Xu, Huang Xin
(School of Civil Engineering, Xi’an University of Arch & Tech, Xi’an Shaanxi 710055, China)

Aiming at the problems of information management, information sharing, lack of information standards, this paper propose that the information model of ancient buildings could be set up to improve the management of information. Firstly, analyze the information of whole life cycle of ancient buildings, then standardize the information, finally, establish the ancient building components information model. Experiments show that the method greatly improves the efficiency of management and utilization of information.

information model; ancient build; Revit

TU 18

10.11996/JG.j.2095-302X.2016060822

A

2095-302X(2016)06-0822-04

2016-04-13；定稿日期：2016-07-18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278400)

王 茹(1968-)，女，江蘇豐縣人，教授，博士。主要研究方向?yàn)锽IM技術(shù)、智能建筑施工與圖形圖像信息處理技術(shù)。E-mail：wangru@xauat.edu.cn