BIM 技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用研究

劉飛，詹秦川

（陜西科技大學(xué)）

1 引言

自我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)引入BIM 技術(shù)之后，在各個(gè)大型公建等比較復(fù)雜的項(xiàng)目中的應(yīng)用取得了一致好評(píng)。但在歷史古建筑的保護(hù)領(lǐng)域，BIM 技術(shù)的應(yīng)用仍處在初級(jí)階段，存在大量的研究空白。利用BIM 技術(shù)在對(duì)歷史建筑修繕上展開(kāi)對(duì)歷史建筑測(cè)繪，對(duì)歷史古建筑的現(xiàn)狀予以記錄。通過(guò)詳細(xì)的定量研究，利用虛擬復(fù)原技術(shù)對(duì)歷史建筑的保護(hù)不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。

2 古建筑的歷史意義與保護(hù)現(xiàn)狀

2.1 古建筑的歷史意義

中華是具有五千年的歷史沉淀的文明大國(guó)，在五千年的時(shí)間里建造了無(wú)數(shù)的建筑物，如今已經(jīng)成為具有歷史意義的文化古跡，這些歷史建筑物承載了幾千年的歷史文化和人類(lèi)一代又一代的變遷，留下了許多城市發(fā)展的痕跡，是每座城市的真實(shí)載體。文獻(xiàn)中的記錄無(wú)論有多么生動(dòng)形象，也不如歷史上真正遺留下的具體信息更具有直觀性的感受。所以對(duì)每一處的歷史建筑物都要進(jìn)行各個(gè)方面的了解，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立古建筑的信息模型數(shù)據(jù)庫(kù)，在BIM 技術(shù)應(yīng)用的平臺(tái)上，才能對(duì)其原本擁有的獨(dú)特樣貌進(jìn)行傳承與修復(fù)，經(jīng)過(guò)對(duì)古建筑物的保護(hù)和保證其安全的融合。進(jìn)而達(dá)到實(shí)現(xiàn)歷史古建筑物對(duì)城市記憶的保留和承載。

2.2 目前古建筑的保護(hù)現(xiàn)狀

歷史建筑的保護(hù)由之前對(duì)建筑物的簡(jiǎn)單保護(hù)上升為對(duì)建筑物的文化和歷史故事的保護(hù)，從單純的保護(hù)建筑物本身發(fā)展到對(duì)非物質(zhì)歷史文化的保護(hù)。然而過(guò)去學(xué)術(shù)界對(duì)歷史建筑的概念定義比較模糊，沒(méi)辦法使用科學(xué)技術(shù)達(dá)到有效果的維護(hù)和對(duì)歷史建筑物樣貌的復(fù)原?，F(xiàn)存的一些存儲(chǔ)資料也不能將這些歷史建筑物的真實(shí)樣子展現(xiàn)出來(lái)，能用上的資料過(guò)于少，而用影像的方法記載又無(wú)法獲取準(zhǔn)確的尺寸，而且在實(shí)際中關(guān)于古建筑的文案記載較少，使其恢復(fù)原本的面貌變得越發(fā)困難起來(lái)。

3 BIM 技術(shù)在文物古建筑保護(hù)方面發(fā)揮的可行性

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)是一個(gè)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到管理各階段統(tǒng)一協(xié)調(diào)的過(guò)程，是把使用標(biāo)準(zhǔn)的理念轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)的操作軟件，使用可以將任何連續(xù)變化的輸入如圖畫(huà)的線條或者將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為一串分離的單元，來(lái)建設(shè)物體的功能特點(diǎn)，是一種共享的資源，可以為整個(gè)項(xiàng)目不同的決定提供靠譜的依據(jù)。由于古建筑信息采集方法的局限性，更能體現(xiàn)BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。掌握古建筑的信息之后，就可以使用BIM 技術(shù)按照歷史建筑物的真實(shí)尺寸，來(lái)制作出一個(gè)按照原本建筑物1 比1 的模型，這樣可以將歷史建筑物的真實(shí)樣貌和其故事傳承的歷史信息顯示出來(lái)，將現(xiàn)代化的電子信息技術(shù)手段與BIM 技術(shù)相融合，開(kāi)展古建筑數(shù)字化保護(hù)和傳承研究的數(shù)據(jù)平臺(tái)，各種歷史文物古跡的外貌、形狀、地域和它具有的歷史文化價(jià)值，都可以在數(shù)據(jù)平臺(tái)上展現(xiàn)。方便科研工作者對(duì)于歷史古建筑的維護(hù)和管理，使用計(jì)算機(jī)利用軟件模擬三維形狀而且可以記錄古建筑的真實(shí)尺寸。

4 通過(guò)BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)古建筑的途徑

4.1 歷史建筑物的信息收集

古建筑物的資料采集，可以分為兩個(gè)部分，一部分是對(duì)實(shí)體建筑的信息資料收集，還有對(duì)其所承受的歷史文化故事進(jìn)行收集。實(shí)體建筑的信息是指建筑物的實(shí)際樣貌、尺寸和方位朝向等?？梢允褂萌S激光技術(shù)進(jìn)行全面的掃描，來(lái)建立歷史文物建筑的表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲取需要的表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，對(duì)收集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，然后得到一個(gè)準(zhǔn)確的建筑物模型。歷史故事資料信息又可以叫做屬性類(lèi)信息，其中包括了建造建筑物的時(shí)候使用的材料和工藝，歷史建筑物能夠很好地呈現(xiàn)以前的地方特征和人文社會(huì)擁有的價(jià)值[1]。歷史文化故事信息獲得的途徑相對(duì)麻煩，需要到實(shí)地去觀察記錄或者是去找相關(guān)的文字記載，最后通過(guò)整合分析，整理出建筑物的屬性信息。

4.2 BIM 建構(gòu)模型的含義

屬于模型概念的BIM，不僅僅是以往的3D 形態(tài)，它是在2D 原本的圖形上增添了更高的幾何形信息，但還是幾何的性質(zhì)。當(dāng)BIM 是模型時(shí)它的概念有五大特點(diǎn)，分別是可以看見(jiàn)的、可以模仿現(xiàn)成的、可以搭配得適當(dāng)?shù)?、可以改變的更加?yōu)異的。它不僅有3D 幾何形狀的資料，也包含了項(xiàng)目設(shè)計(jì)從開(kāi)始到結(jié)束整個(gè)過(guò)程的有關(guān)信息，如4D、5D 到n D 的有利作用。因?yàn)槭┕さ娜掌谛枰侠戆才?，所以?D 原本的基礎(chǔ)上加上4D 的時(shí)間當(dāng)做考慮條件，這樣還可以掌控項(xiàng)目實(shí)施工作起來(lái)的進(jìn)度。對(duì)于工程造價(jià)想要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的掌控則需要3D之上的5D。對(duì)于建筑物的舒服程度和功能性進(jìn)行模仿和分析需要將BIM 的應(yīng)用開(kāi)拓到n D 上，以達(dá)到社會(huì)大眾和用戶方對(duì)建筑物可持續(xù)發(fā)展的要求。n D 是把建筑物的進(jìn)展程度、成本價(jià)格、節(jié)能和性能分析等比較全面的信息放在一起。BIM 模型的功能性和幾何性較強(qiáng)，還可以把施工方、設(shè)計(jì)方還有管理方三者的信息來(lái)源一起共享。

4.3 實(shí)際屬性信息錄入

BIM 技術(shù)的歷史文物建筑數(shù)字化保護(hù)是通過(guò)三維激光技術(shù)掃描建筑物表面，并將掃描數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)導(dǎo)入BIM 的軟件就能建立出所采集到的三維模型。也可以根據(jù)我國(guó)對(duì)歷史建筑物的保護(hù)要求，對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行設(shè)置。歷史建筑物的年代和材料，還有其損壞的程度，現(xiàn)在保存的情況和表面具有的劃痕、復(fù)建記錄等都可以收集在數(shù)據(jù)庫(kù)中。模型建好之后還能在建立的虛擬模型中錄入實(shí)際建筑的測(cè)繪圖、照片、周?chē)h(huán)境信息特征、相關(guān)的歷史文獻(xiàn)、修繕記錄和管理部門(mén)信息等，還可將現(xiàn)存的歷史影像資料導(dǎo)入，這樣可以再現(xiàn)出相對(duì)完整、虛擬的建筑物景象[2]。BIM 建構(gòu)出的可視化、交互式的資料共享平臺(tái)，對(duì)歷史建筑物的維護(hù)和傳承歷史價(jià)值有著極其重要的意義。也方便了從事古建筑物維護(hù)的工作人員可以及時(shí)的掌握建筑物的動(dòng)態(tài)和維護(hù)的工作。

4.4 三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)在古建筑保護(hù)中的意義

古代文明的載體是古代建筑，為現(xiàn)代人們研究封建社會(huì)的政治、文化以及當(dāng)時(shí)的軍事、民風(fēng)等方面提供了資料。由于現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展迅速，所以更加要注意對(duì)古建筑的保護(hù)，現(xiàn)如今信息時(shí)代高速發(fā)展，人們應(yīng)用高科技的測(cè)量技術(shù)制作了三維模型，雖然能夠給人們一個(gè)直觀的印象，但是模型類(lèi)大多數(shù)也只能做效果圖或是動(dòng)畫(huà)，模型中無(wú)法體現(xiàn)工程的信息[3]。如果在建立三維模型時(shí)添加參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，就能夠?qū)⒐沤ㄖ乃行畔浫脒M(jìn)去，例如模數(shù)、規(guī)則等信息。不論模型怎樣變化，古建筑的內(nèi)在規(guī)律是不會(huì)變的，這樣模型不僅可以滿足直觀的視覺(jué)需求，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)也會(huì)一目了然，如果后期需要修改模型時(shí)，古建筑中各類(lèi)構(gòu)件的空間位置與構(gòu)件尺寸會(huì)隨著改動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化是符合古建筑的模數(shù)與空間關(guān)系的，這種約束關(guān)系能夠起到驅(qū)動(dòng)模型的作用，是通過(guò)計(jì)算機(jī)提取自動(dòng)完成的。所以建立三維參數(shù)化模型，不論是在施工還是設(shè)計(jì)，都相當(dāng)?shù)谋憬荨?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

自從改革開(kāi)放以來(lái)，對(duì)歷史建筑的保護(hù)是我國(guó)一直在做的，隨著歷史建筑保護(hù)發(fā)展越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的歷史建筑保護(hù)方法己經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)階段的時(shí)代步伐。在技術(shù)方面遇到層層阻礙，古建筑保護(hù)工作人員之間互相協(xié)助能力比較差，對(duì)數(shù)字技術(shù)手段和信息管理方法也比較缺乏。BIM 技術(shù)經(jīng)過(guò)各種不一樣的建筑模型類(lèi)軟件和分析類(lèi)的軟件來(lái)完成對(duì)建筑物的功能模仿、設(shè)計(jì)綠色環(huán)保建筑的指標(biāo)、可持續(xù)發(fā)展建筑、施工優(yōu)化等更好的開(kāi)展保護(hù)古建筑[4]。通過(guò)將現(xiàn)代化信息技術(shù)手段相融合，來(lái)方便快速的建立一個(gè)歷史文物建筑的三維動(dòng)態(tài)模型，建立了歷史文物建筑的科技技術(shù)信息資料庫(kù)，支持了對(duì)歷史古建筑物的恢復(fù)建成和歷史意義的傳承，更好的保護(hù)了歷史古建筑物。