生土建筑遺產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建研究

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 四川 綿陽(yáng) 621000)

引言

生土建筑指的是:利用未經(jīng)焙燒的土壤(如粘土、砂土等)或簡(jiǎn)單加工的原狀土作為主體材料，輔以木、石等天然材料營(yíng)建主體結(jié)構(gòu)的建筑。生土建筑作為我國(guó)民間傳統(tǒng)營(yíng)造技術(shù)的結(jié)晶，它充分體現(xiàn)出我國(guó)古代建筑工程有著“土木之功”的稱(chēng)謂，也能表現(xiàn)出中國(guó)傳統(tǒng)建筑自古以來(lái)都是以土、木為主要建筑材料來(lái)進(jìn)行建造。生土建筑也是一種特殊而又古老的建筑形式，一直被人類(lèi)沿用至今，也一直是人類(lèi)最主要的傳統(tǒng)民居建筑。

一、我國(guó)生土建筑的特點(diǎn)

(一)地域差異大，風(fēng)格迥異

生土民居在我國(guó)分布相當(dāng)廣泛，按我國(guó)省級(jí)區(qū)域劃分，生土民居建筑遍及于新疆地區(qū)、黃土高坡(山西、陜西、河南等)地區(qū)、西南(四川、云南、貴州等)地區(qū)、青藏高原地區(qū)(西藏、青海川西等)、華東(浙江、安徽、福建、臺(tái)灣等)等地區(qū)中的各個(gè)省份(圖1)。各個(gè)地區(qū)生土建筑分布較為規(guī)律，生土建筑由于地域文化、地理環(huán)境、自然條件等差異，衍生出各種形式獨(dú)特的生土建筑。

圖1 我國(guó)生土民居分布范圍

(二)營(yíng)建材料生態(tài)環(huán)保

生土建筑主要是以生土土、木材為主要建筑材料，我國(guó)大部分地區(qū)會(huì)在生土建筑搭建過(guò)程中在墻體內(nèi)部加入小麥殼或者竹片，來(lái)加強(qiáng)墻體的抗彎、抗剪性能。相比對(duì)于現(xiàn)代磚混結(jié)構(gòu)建筑，生土建筑墻體進(jìn)行拆除后可以繼續(xù)用于農(nóng)業(yè)種植，或者用作農(nóng)作物肥料，也可以進(jìn)行二次夯筑，達(dá)到物盡其用，循環(huán)可回收的作用。我國(guó)黃土資源分布相當(dāng)廣泛，而其作為傳統(tǒng)生土建筑的搭建材料，取材便捷，造價(jià)低廉，因此在我國(guó)分布范圍廣，可充分展現(xiàn)我國(guó)勞動(dòng)人民早期與自然和諧共處的傳統(tǒng)理念。

(三)結(jié)構(gòu)脆弱，質(zhì)量較差

生土建筑雖然節(jié)能環(huán)保、冬暖夏涼，長(zhǎng)久以來(lái)，被我國(guó)廣大地區(qū)采用，但是其本身為生土的原因，容易受自然條件影響。比如在西南地區(qū)，降水較多，氣候濕潤(rùn)，由于雨水對(duì)生土建筑墻體的沖刷和侵蝕，導(dǎo)致土層脫落嚴(yán)重。而且天氣轉(zhuǎn)晴后，太陽(yáng)對(duì)生土的輻射，引發(fā)水分蒸發(fā)，容易引發(fā)墻體開(kāi)裂，居民的安全得不到保障。在北方地區(qū)，風(fēng)沙較為嚴(yán)重，加之降雨影響，墻體土層也會(huì)脫落。部分地區(qū)生土建筑墻體根部，容易受昆蟲(chóng)影響，導(dǎo)致墻體基礎(chǔ)不穩(wěn)，容易引發(fā)事故，對(duì)人民生命和財(cái)產(chǎn)造成威脅。

二、生土建筑遺產(chǎn)的保護(hù)與傳承

基于生土建筑在我國(guó)分布的范圍之廣泛以及其建造特點(diǎn)、營(yíng)造技藝，可以分析出生土建筑是我國(guó)民居建筑和傳統(tǒng)建筑歷史發(fā)展中不可或缺的珍貴遺產(chǎn)。生土建筑目前生存狀況不容樂(lè)觀：近年來(lái)，國(guó)家開(kāi)始重視農(nóng)村房屋安全問(wèn)題，開(kāi)始著重發(fā)展鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，人們逐漸拋棄傳統(tǒng)生土民居建筑，競(jìng)相模仿“城市化”，破壞了傳統(tǒng)生土民居聚落的整體風(fēng)貌和地域環(huán)境，減少了傳統(tǒng)生土建筑的分布面積。在我國(guó)這樣的情況愈演愈烈，如果任由鄉(xiāng)村“城市化”擴(kuò)展下去，那么我國(guó)千年來(lái)傳統(tǒng)生土建筑將消失殆盡，生土建筑建造工匠和他們特有的生土營(yíng)造技藝的保護(hù)和傳承將受到極大挑戰(zhàn)，其特有的地域特色、民族風(fēng)格、傳統(tǒng)風(fēng)貌、建筑歷史文化在逐漸下降甚至消失。

現(xiàn)階段，我們急需對(duì)傳統(tǒng)村落中生土民居建筑進(jìn)行調(diào)查研究，加緊對(duì)傳統(tǒng)生土建筑進(jìn)行修繕更新，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，更新建立一套具備信息化、科學(xué)化、系統(tǒng)化的生土建筑保護(hù)研究策略。希望最終實(shí)現(xiàn)生土建筑遺產(chǎn)的保護(hù)和傳承。

三、生土建筑遺產(chǎn)信息模型與信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建策略

近幾年來(lái)，隨著國(guó)家有關(guān)部門(mén)逐步加強(qiáng)對(duì)歷史建筑遺產(chǎn)的挖掘與剖析，圍繞以 BIM 技術(shù)為主要的現(xiàn)代信息化技術(shù)，通過(guò)建立和完善歷史建筑組群、歷史建筑單體的雙向尺度信息管理系統(tǒng)，使得歷史建筑信息的保護(hù)工作更具科學(xué)性，相較于傳統(tǒng)手段，BIM 技術(shù)對(duì)于歷史建筑保護(hù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)也得以充分體現(xiàn)。

在此環(huán)境下，本文基于在四川省綿陽(yáng)市部分地區(qū)生土民居建筑的基礎(chǔ)調(diào)研和測(cè)繪實(shí)踐，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，結(jié)合BIM軟件特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)生土建筑測(cè)繪所得的空間信息進(jìn)行參數(shù)化建模，然后將調(diào)查所得的屬性信息錄入到三維模型中，通過(guò)建立信息管理平臺(tái)，來(lái)管理生土建筑三維模型所包含的信息數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)建筑信息的檢索功能，最終建成信息數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，探討基于BIM的動(dòng)態(tài)管理方式，研究如何將生土建筑后續(xù)更新和修繕后的信息數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可持續(xù)的錄入到信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而實(shí)現(xiàn)生土建筑的全生命周期管理。

(一)生土民居建筑信息模型搭建

(1)生土建筑信息采集

生土建筑的信息采集工作是構(gòu)建生土建筑信息模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論研究依據(jù)。通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用研究可知，BIM 技術(shù)的應(yīng)用核心是信息，而構(gòu)建信息模型的基礎(chǔ)也是信息。所以，生土建筑信息的采集不僅是構(gòu)建生土建筑信息模型的基礎(chǔ)，而且包含著建筑信息模型后續(xù)搭建過(guò)程所需要的信息數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)條件，本文將綿陽(yáng)市游仙區(qū)鐵爐村生土建筑的信息采集工作分為前期準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪兩個(gè)基礎(chǔ)工作。其中前期準(zhǔn)備工作主要通過(guò)對(duì)生土建筑背景調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)狀況勘察來(lái)制定測(cè)繪計(jì)劃。而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪則分為測(cè)繪外業(yè)和測(cè)繪內(nèi)業(yè)，測(cè)繪外業(yè)主要以徒手測(cè)量記錄、數(shù)字影像記錄作為生土建筑信息采集手段，測(cè)繪內(nèi)業(yè)則是對(duì)測(cè)繪外業(yè)采集到的信息進(jìn)行下一步管理和整合，并通過(guò)BIM技術(shù)錄入到建筑信息模型當(dāng)中，使建筑信息在信息模型中得以表達(dá)。

在前期準(zhǔn)備工作具備的條件下，生土建筑測(cè)繪共分為3個(gè)小組，針對(duì)綿陽(yáng)市游仙區(qū)鐵爐村的生土民居建筑進(jìn)行測(cè)繪，測(cè)繪完成信息主要包括生土建筑的室內(nèi)外墻體、門(mén)窗、屋頂、及裝飾構(gòu)件等形制與尺寸信息。通過(guò)對(duì)測(cè)繪尺寸信息整合，測(cè)繪成果主要有生土建筑的平、立、剖和建筑屋頂?shù)亩S線畫(huà)圖，以及針對(duì)建筑實(shí)體與環(huán)境所拍攝的照片。本文研究測(cè)繪成果較多，主要選取鐵爐村王家灣23號(hào)生土建筑的測(cè)繪成果為展示。

(2)生土建筑信息模型搭建

在系統(tǒng)地完成生土民居建筑遺產(chǎn)信息采集工作之后，就要進(jìn)入到生土建筑建筑信息模型的搭建過(guò)程。由于生土民居建筑建成時(shí)間久遠(yuǎn)，建筑墻體、門(mén)窗等構(gòu)件發(fā)生或多或少的形變，造成測(cè)繪尺寸數(shù)據(jù)細(xì)微的偏差。這些細(xì)小的偏差在測(cè)繪精度允許范圍內(nèi)，可以忽略不計(jì)。構(gòu)建建筑信息模型旨在對(duì)生土建筑初始形態(tài)和其原始設(shè)計(jì)形式的表達(dá)和記錄。因此，建筑信息模型的建立是建立生土建筑的“理想模型”。

結(jié)合上述信息采集的尺寸數(shù)據(jù)和BIM軟件，首先，根據(jù) Revit 鏈入二維線畫(huà)圖尺寸數(shù)據(jù)確立建筑的軸網(wǎng)和標(biāo)高，借以軸網(wǎng)和標(biāo)高來(lái)分別表達(dá)建筑的開(kāi)間、進(jìn)深和高度等重要信息，是整個(gè)理想模型的基礎(chǔ)。然后依據(jù)尺寸數(shù)據(jù)信息，對(duì)生土建筑的墻、柱、梁、樓梯、臺(tái)階、門(mén)窗等建立，模型搭建過(guò)程中同步輸入構(gòu)件的屬性信息。以墻體為例，單獨(dú)設(shè)定其尺寸、構(gòu)造做法、材料等屬性信息，表達(dá)承重墻體和裝飾墻體的厚度、材質(zhì)等信息的不同。

(3)生土建筑測(cè)繪成果表達(dá)

結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展前景，本文主要對(duì)生土建筑的測(cè)繪成果進(jìn)行計(jì)算機(jī)表達(dá)，即使用Autodesk AutoCAD和Revit等獲得的二維圖紙和建筑信息模型。相對(duì)于傳統(tǒng)手繪圖紙和實(shí)物比例模型，計(jì)算機(jī)二維圖紙繪制修改簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)使用更為直觀，運(yùn)用BIM軟件搭建的建筑信息模型本身就是一個(gè)信息索引框架模型，可以完整涵蓋整個(gè)生土建筑中的構(gòu)件屬性信息，并實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，一處修改，整個(gè)模型同步進(jìn)行關(guān)聯(lián)性改變，此外，當(dāng)需要檢索某個(gè)建筑構(gòu)件的屬性信息時(shí)，通過(guò)點(diǎn)擊建筑信息模型構(gòu)件，即可直觀查看其屬性信息。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生土建筑進(jìn)行測(cè)繪成果表達(dá)，其所涵蓋的信息類(lèi)型和信息量并無(wú)明顯增加。但基于計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)測(cè)繪成果進(jìn)行復(fù)制和分解等方面具有較大的便利，其信息容納量大，在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上可快速實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)題研究。

(二)生土建筑遺產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)

生土建筑遺產(chǎn)信息庫(kù)的構(gòu)建主要有信息平臺(tái)和信息檢索技術(shù)兩部分。生土建筑遺產(chǎn)信息庫(kù)包含外部信息庫(kù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)。外部數(shù)據(jù)庫(kù)指的是民眾通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)瀏覽進(jìn)行訪問(wèn)和檢索自己想得到的信息，而內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)則指的是由政府相關(guān)的遺產(chǎn)保護(hù)部門(mén)、參與保護(hù)和再利用項(xiàng)目的各參與方對(duì)建筑遺產(chǎn)信息的管理、修改、調(diào)用等。內(nèi)外信息庫(kù)，其基礎(chǔ)構(gòu)建模式均是用戶與服務(wù)器模式，即信息需求者通過(guò)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)訪問(wèn)遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)其訪問(wèn)和檢索目的。

目前構(gòu)建信息共享平臺(tái)的最為成熟的體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的信息處理系統(tǒng)，它是一種復(fù)合體系，通過(guò)信息服務(wù)中心賦予各信息使用節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信息庫(kù)的信息修改和調(diào)用權(quán)限。此外，當(dāng)用戶檢索所需信息而訪問(wèn)服務(wù)器時(shí)，這里就運(yùn)用到信息檢索技術(shù)。信息檢索(Information Retrieval)是指用戶對(duì)所需信息進(jìn)行查詢(xún)和獲取的技術(shù)，是普通用戶進(jìn)行信息檢索的主要方式。信息檢索分為狹義和廣義信息檢索狹義，狹義的信息檢索就是我們常說(shuō)的信息查詢(xún)或者信息查找(Information Search)。即用戶根據(jù)需要，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)檢索工具，從信息集合中找出所需要獲得信息的檢索過(guò)程。廣義的信息檢索即信息的存儲(chǔ)和檢索，就是將信息通過(guò)一定的方式存儲(chǔ)起來(lái)，在依照用戶特定的信息需要精準(zhǔn)的把相關(guān)信息檢索出來(lái)的過(guò)程。

(三)結(jié)論

在生土建筑遺產(chǎn)領(lǐng)域運(yùn)用BIM技術(shù)使得生土建筑遺產(chǎn)信息化建設(shè)帶到了新階段。信息模型將隱含的生土建筑遺產(chǎn)信息(包括歷史文化、人文藝術(shù)信息)可視化，實(shí)現(xiàn)信息的數(shù)據(jù)化存儲(chǔ)和保護(hù)，保證了信息準(zhǔn)確性。利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)生土建筑全生命周期管理。在理論研究和實(shí)踐研究方面，利用形式多樣的成果表達(dá)，為生土建筑遺產(chǎn)保護(hù)研究帶來(lái)大量的信息基礎(chǔ)保障。BIM技術(shù)運(yùn)用在生土建筑信息管理將會(huì)推動(dòng)生土建筑遺產(chǎn)的合理保護(hù)和開(kāi)發(fā)，也推進(jìn)了生土建筑遺產(chǎn)信息管理的信息化建設(shè)。