基于BIM 的古建筑內(nèi)部構(gòu)件透明模型研究

苗 壯 劉亞紅

（1、西安科技大學(xué)，陜西 西安710054 2、北京中勘邁普科技有限公司，北京100000）

作為世界四大文明古國之一, 祖輩們以勤勞和智慧的雙手為我們這些后輩子孫留下大量珍貴寶貴的古建筑, 這些包含重要的歷史信息的古建筑不僅僅是我們遮風(fēng)擋雨的場所，還傳承著所有民族、不同區(qū)域、不同宗教信仰的精神和智慧，蘊含著醇厚的歷史價值、人文價值和科研價值。

古建筑自建成之后就開始承受著不同程度的破壞和侵蝕，為了盡量減少古建筑以及古建筑技術(shù)的泯滅。新中國成立之后，隨著國人對古建筑保護思想萌芽，一大批古建筑學(xué)者開始對古建筑進行測繪，手工繪制紙質(zhì)圖紙，用于保護修繕古建筑和對古人建筑技術(shù)思想進行保存。但由于社會科技的快速發(fā)展，手工繪制圖的不利于保存性并不能云平臺共享，以及可視化程度低問題暴露出來，故之前紙質(zhì)手工素描圖紙已經(jīng)接近淘汰。BIM相對于紙質(zhì)手工素描圖紙正好彌補其所有缺點，BIM不僅對于建筑可視化程度高，并具有信息整合的能力。

目前對于古建筑建立三維模型基本都是表面三維模型，表面三維模型是帶有表面渲染的模型。當(dāng)前古建筑表面三維模型數(shù)據(jù)來源基本來自于三位激光掃描點云，三維激光掃描由于掃描盲區(qū)，并不能清楚表達古建筑構(gòu)件以及構(gòu)件連結(jié)性的細節(jié)。透明三維模型能很好表現(xiàn)古建筑構(gòu)件及構(gòu)件連接的關(guān)系，對于古建筑研究構(gòu)件具有很大意義。

1 相關(guān)理論基礎(chǔ)

古建筑是指具有歷史意義的建國之前的民用建筑和公共建筑，其包括民國時期的建筑。古建筑最顯著的特征木頭框架結(jié)構(gòu)，除了古建筑的基座，其余全是木頭組成的框架式架構(gòu)。因古代無金屬構(gòu)件技術(shù)進行構(gòu)件的連接，致使古建筑中構(gòu)件的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜。

建筑信息模型，簡稱為BIM。BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于建筑的數(shù)據(jù)化工具，能對建筑數(shù)據(jù)和信息化模型整合。BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化型四大特點。

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)逐漸被應(yīng)用到古建筑模型信息中，很好解決了古建筑修復(fù)、保護與擴建的問題，從而使得建筑中的構(gòu)件信息得以永久保存。目前，我國古建筑保護應(yīng)用BIM技術(shù)主要體現(xiàn)在:記錄古建筑生命周期的信息、古建筑三維整體模型與局部模型的建立等方面。由于我國古建筑的數(shù)量巨大性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，必須加強數(shù)字信息化研究，利用BIM技術(shù)來保護和傳承珍貴的古建筑信息。

透明三維建筑模型按建筑物視覺表現(xiàn)來可分為外透明三維建筑物模型和內(nèi)透明三維建筑物模型，外透明是建筑的外表特征的一種表現(xiàn)，通過外透明可以清楚的看到建筑物的外形特征和建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，建筑物外透明是人們視覺上一種直觀性的表現(xiàn)；內(nèi)透明是將三維建筑物模型與其他信息系統(tǒng)結(jié)合起來，可以實現(xiàn)對三維建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)查詢，實現(xiàn)建筑物室內(nèi)外可視化瀏覽。

2 透明模型建立及透明模型優(yōu)勢

古建筑測繪的意義主要是保護古建筑以及用于修復(fù)古建筑，故必須保持古建筑的原型精確性。因保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，故對古建筑都應(yīng)精確測量，雖然三維激光能大規(guī)模能測量整體古建筑，但不能精確表達橫梁立柱構(gòu)件之間的連接性，以及構(gòu)件的內(nèi)部構(gòu)造，并會存在一定的掃描盲區(qū)，所以采用最傳統(tǒng)的測量方法，例如全站儀、人工尺量等方法，以保證數(shù)據(jù)的最準(zhǔn)確化，達到古建筑建立電子檔案的初衷。

（1）01、根據(jù)全站儀以及手工測量的數(shù)據(jù)在導(dǎo)入AutoCad 數(shù)據(jù)以及人工按照草圖勾繪古建筑構(gòu)件特征線繼而生成平面設(shè)計圖以及立面圖。02，使用BIM系列中revit 軟件根據(jù)二維平面設(shè)計圖特征曲線以及立面圖實現(xiàn)三維模型的建立。03，對三維模型無渲染進行透明處理。

（2）創(chuàng)建一個構(gòu)件“族”的概念。中國古建筑構(gòu)件大部分都是年輕人從老輩人身上傳承下來，故一般構(gòu)件大部分幾何模型一致，在BIM系統(tǒng)中設(shè)置構(gòu)件的“族”就顯得特別有重要性。之后創(chuàng)建三維古建筑模型時需要此構(gòu)件可直接從BIM“族”中提取。在revit 軟件中新建公制結(jié)構(gòu)框架，導(dǎo)入構(gòu)件CAD 平面設(shè)計圖、立面圖，利用移動，拉升，連接、旋轉(zhuǎn)等命令，制作構(gòu)件“族”，之后賦予三維模型屬性信息，最后保存至“族”。

（3）透明建筑物三維模型具有可視性、層次性、真實性、查詢分析的特性。透明模型對于古建筑保護，還原，監(jiān)測的重要性顯而易見?，F(xiàn)階段基本都是古建筑仿真三維模型建立，進行渲染，專注于整體真實模型。本文專注于古建筑復(fù)雜構(gòu)件之間的連接專題三維模型，之所以用透明三維模型表達，是由于古建筑沒有現(xiàn)代金屬構(gòu)件來固定其穩(wěn)定性，構(gòu)件連接內(nèi)部有相應(yīng)的部位能使構(gòu)件完美的結(jié)合。下表為傳統(tǒng)三維建筑物模型與透明三維建筑物模型的比較。

表面三維建筑物模型與透明三維建筑物模型的對比

圖1 構(gòu)件分離圖

圖2 古建筑透明模型圖

圖3 表面模型圖

圖4 族透明模型

圖5 族表面模型

3 結(jié)論

在數(shù)字化今天，古建筑的紙質(zhì)圖紙以不能完全滿足古建筑的保護、還原、檢測的功能，只有建立古建筑的電子檔案才能實現(xiàn)古建筑的保護、還原、檢測。并BIM相對于二維CAD 具有信息分析的優(yōu)點，可視化增強。本文最大缺點是方法對于整體建筑工程量大，但基于BIM的古建筑內(nèi)部構(gòu)件透明模型表達能很好表達古建筑局部構(gòu)件內(nèi)部的具體信息，相信對古建筑研究行業(yè)有很大意義。