古城復原前期策劃階段BIM 應用分析
——以江都宮為例

揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127

0 前言

隋大業(yè)元年（605 年），隋煬帝廢除揚州總管府，改設江都郡，大興土木修建江都宮［1］。在隋煬帝第二次巡幸揚州時，江都宮建成，江都宮是一座規(guī)模巨大的宮殿群，內(nèi)有歸雁宮、回流宮、九里官、松林宮、大雷宮、小雷宮、春草宮、九華宮、光汾宮、楓林宮等宮室［2］。近年來，隨著曹家莊隋煬帝墓，揚州城蜀岡古城址的相繼發(fā)現(xiàn)，人們的目光再次聚集在這個短暫的隋王朝?？v觀揚州這座古城，發(fā)現(xiàn)其往往伴隨著國家的興盛而繁榮，曾三次到達鼎盛，第二次鼎盛時期便是隋唐時期。復原江都宮也就是重新喚起人們對這個繁榮時期的記憶，再次激活隋文化。

建筑本體所保留的信息是復原保護設計的重要依據(jù)［3］，江都宮建筑保存信息少、史料記載不多，給江都宮的設計復原工作帶來了阻礙。古建筑復原的不可逆性的特點使得其前期策劃顯得尤為重要而BIM 技術的協(xié)調管理、可視化、信息集成等特點，可有效解決傳統(tǒng)前期策劃中的問題。在綜合管廊項目的前期策劃中，BIM 技術以信息共享的特點，連接各項目參與方，構建項目信息共享平臺，打破了之前的信息孤島狀態(tài)，成功的將綜合管廊項目與BIM 技術相結合，建立適合于政府投資項目中BIM 技術應用的組織管理形式［4］。因此本團隊以BIM 技術為核心，研究其在進度計劃管理、數(shù)字化建模、格局復原等階段的應用。

1 研究方法

從物質形態(tài)角度出發(fā)，古城復原可分為實體復原和數(shù)字復原兩種形式。數(shù)字復原是當今科技時代的熱點，通過計算機技術對古城項目進行復原。例如運用VR 技術復原的羅馬古城，通過其廣角結合、永久的數(shù)字化信息存儲、三維圖形、行為跟蹤等功能，使得人們足不出戶，就能享受到視覺和聽覺上的饕餮盛宴，并且彌補了歷史的殘缺，古羅馬斗獸場完整重現(xiàn)。張璐于2019 年所探究的菏澤古城復原研究中發(fā)現(xiàn)，VR 技術創(chuàng)造的場景兼具感知性、交互性與沉浸性的同時，保留了對文化的追溯與融合。又如，曹靜、李峰于2011 探究的基于GIS 技術在古城地下管網(wǎng)數(shù)字化建設的應用中，在策劃階段，將虛擬項目結合實際地址建立起管網(wǎng)的屬性和空間數(shù)據(jù)，優(yōu)化整體設計、加速后期施工、便于全周期管理。再者，唐滿于2016 年鉆研計算機動畫在漢代古城數(shù)字化復原的過程中，通過運用Maya、3D Max 等技術對于古城的2D 圖紙進行數(shù)字化恢復與三維重建，使得項目的模型制作趨于精細、符合歷史原貌，場景的布置、渲染更加自然貼切、古色古香。

同時，數(shù)字復原也是實體復原的基礎，通過此技術在古城復原項目前期策劃的綜合運用，能夠有效地縮短工期、提高質量、壓縮成本。以BIM 技術為例，通過其在設計策劃階段的運用，基于其可視化、共享性的特性，便于多用戶同步修改。例如載入與江都宮的同時期建筑模型的斗拱、門窗族，使得宮殿外觀符合歷史原型，也避免浪費重復性制作時間。又如在施工前期策劃的運用，Revit 三維模型的客觀真實以及數(shù)據(jù)的精確性，將其以CAD 格式導出的平面圖可輕松快速地與紙質圖紙比對，并精準購買材料；通過虛擬漫游模式，超前預見施工過程中可能存在的問題，例如管線搭接是否合理，修正其誤處以節(jié)省開支、節(jié)約人力。

因此，本團隊研究以BIM 技術為核心的手段，將BIM 技術的精致微觀性與GIS 的空間宏觀性相結合，促使江都宮的一棟棟瓊樓玉宇與揚州江都宮遺址現(xiàn)狀的真實地理大環(huán)境合二為一，實現(xiàn)江都宮古城格局的復原；以Navaisworks 和Fuzor 兩款方案優(yōu)化軟件作為實施基礎，以廣聯(lián)達BIM5D 作為實施核心平臺［5］，實現(xiàn)項目進度控制。

2 江都宮背景研究

隋煬帝曾在揚州擔任10 年總管，登基之后又三次南下?lián)P州，其對揚州的喜愛可見一斑，此后揚州成為陪都，政治地位上升，由此可見江都宮的規(guī)格之高。

揚州城遺址（隋-宋）是中國唯一一座現(xiàn)代化城市和古代城市遺址大部分重疊、整體列為全國重點文物保護單位的古城址。歷代城池四至清晰，水系完整，反映出城市發(fā)展的歷史脈絡。今天無論是從揚州行政區(qū)劃圖還是從衛(wèi)星遙感圖上，都能清晰地看到呈倒品字形的隋江都宮城、東城、羅城［6］。漢唐時期的城圈大致相同，城門和城內(nèi)道路亦有重疊現(xiàn)象，由此確定江都宮的范圍和主要道路網(wǎng)；在此基礎上本團隊前往揚州現(xiàn)有的隋煬帝墓、大明寺等地實地勘測，并采集相關圖樣作為圖紙基礎。

3 江都宮復原前期策劃BIM 核心應用點

3.1 城市格局復原

江都宮歷經(jīng)風雨，年代久遠，目前只能通過考古探測出城墻遺址大樣，因此本團隊在實地調查的基礎上搜集相關歷史資料，與同期的隋代宮殿橫向比較，推測出地形布置，如圖1 所示。（1）將古城的地形布置的dwg文件導入arc gis軟件，利用其瀏覽、分析地理數(shù)據(jù)的特點，提取線數(shù)據(jù)，進行GIS 建模。（2）Revit軟件具有參數(shù)化設計和三維表達等優(yōu)點，利用Revit 軟件對主要宮殿建筑如歸雁宮、九里宮、大雷宮、小雷宮等進行快速參數(shù)化建模。結合歷史資料分析，歸雁宮作為主宮殿，開間為11 間，屋頂采用廡殿頂。（3）同時橫向比較隋唐時期的宮殿建筑布局，采用先總體再局部、先準確再模糊的方法，合理推測其內(nèi)部布局，進行建模，建模內(nèi)容在下文中介紹。

圖1 江都宮地形布置圖

3.2 重要建筑數(shù)字化建模

采用歷史文獻搜集與實地踩點調查相結合的方法，推測出主要建筑物的名稱、占地面積、樓層高度、層數(shù)、開間等基本信息。在建模時，參考同時期的含元殿建筑，合理推測其建筑材質、屋頂構造、門窗花紋、斗拱形狀等信息。利用Revit 軟件根據(jù)已有的古城建筑物數(shù)據(jù)開始建模，基于所搜集的信息構建大概框架，完成各個宮主殿的建模，如圖2、圖3 所示。Revit 中的標準構建族具有在項目間傳遞的特點，因此建模過程中將門、窗、斗拱之類的族保存為獨立的rfa 文件，在建立其他宮殿模型時，通過“插入-載入族”的命令，將族文件導入，節(jié)省了時間，提高了效率。屋頂?shù)慕］^為特殊，需預先在CAD 軟件中根據(jù)所建建筑的層高繪制出二維圖，之后將dwg 文件導入Revit 軟件中，采用內(nèi)建體量的方式建模。將已建好的模型導入SketchUp 進行室內(nèi)和景觀布置，根據(jù)先前推測的布局來整合。之后利用軟件的糾錯功能進行模型整改，尤其留意層高、柱子等與現(xiàn)代建筑差異較大的地方，優(yōu)化其工程設計。形成一套集建筑物、綠化、道路、河流為一體的可視化的完整古城信息模型，如圖4 所示?；诔醪皆O計完成的模型，利用lumion 軟件進行后期的渲染，以增加情景效果，如圖5 所示。將模型進行整合、貼材質等處理后，基于制定的路徑形成三維視頻動畫設計，以全方位多角度的效果展示本項目，并為整個古城模型項目數(shù)字建模畫上句號。

圖2 歸雁宮主殿

圖3 殿內(nèi)布局圖

圖4 楓林宮SU 景觀布置圖

圖5 歸雁宮lumion 渲染圖

3.3 鋼筋與土建算量造價實現(xiàn)總投資估算

江都宮復原作為大型投資建設項目，前期的投資估算尤為重要。傳統(tǒng)做法是搜集往年同類型建設項目的投資數(shù)據(jù)并對其進行分析總結然后編制投資估算指引，然而數(shù)據(jù)資料難以搜集且不能確保其準確性，此時基于BIM 的投資估算可解決此類問題。BIM 技術可調用云數(shù)據(jù)歷史積累的資料，可篩選出相應的參考數(shù)據(jù)，結合本項目的具體情況展開分析。

以鋼筋算量為例，利用相應BIM 軟件，由已建好的Revit模型生成STAT 的工程模型，手動錄入或導CAD 圖完成鋼筋錄入，可自動套取定額或清單編碼，快速完成土建工程量的計算。鋼筋算量結束后進入土建算量，可通過BIM 技術實現(xiàn)土建與安裝系統(tǒng)的融合，通過安裝算量軟件，導入模型后按照安裝設置即可實現(xiàn)水管、電路、水路等土建工程的完成，可同時生成土建工程量與安裝工程量，在此過程中，可根據(jù)BIM 技術的可視性的特點進行實時修改，保障工程量的正確計算。

目前國內(nèi)BIM 軟件如魯班算量軟件，都有自動匯總功能，能夠精確地匯總各項數(shù)據(jù)信息，再結合當時市場價格信息，即可完成項目投資估算工作，為項目決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐，也可發(fā)揮指導后期成本控制的作用。

3.4 BIM 進度計劃管理

工程項目管理的重要環(huán)節(jié)之一就是進度計劃的管理，項目造價成本的高低在很大程度上受進度計劃管理好壞的影響。施工過程中數(shù)據(jù)信息交換頻繁，參與方眾多，難免產(chǎn)生信息不對稱的問題，從而影響對實際施工的進度控制。BIM 技術的三維可視化特點使施工模擬成為可能，通過及早發(fā)現(xiàn)施工過程中的難點，及時改進施工組織設計方案，實現(xiàn)了可視化管理。（1）將Revit 三維模型導入Fuzor 軟件，在其提供的虛擬場景進行編輯修改，做出標記，最后統(tǒng)一在Revit 模型中修改，由于軟件之間存在關聯(lián)性，Revit模型的修改也會同步更新到Fuzor軟件之中。（2）將修改后的Revit 模型先導出為nwc 格式，然后與Project編制的進度計劃導入到Navaisworks軟件之中，進行施工進度計劃模擬。對比實際進度計劃和計劃進度計劃兩者差別，對施工組織設計進行優(yōu)化。（3）將3D 模型，進度信息與其他材料數(shù)據(jù)信息導入BIM5D 軟件，賦予構件以量和價的屬性，以準確估計工程量，實現(xiàn)成本管理。

3.5 項目管理平臺的建立

傳統(tǒng)建設項目的項目管理存在管理數(shù)據(jù)冗雜且可追溯性差、數(shù)據(jù)資產(chǎn)匯集難度大、管理效率低且成本高等諸多問題，而通過BIM 技術建立起項目管理平臺，可以在很大程度上改善以上問題。

在本項目中，本組成員將構建項目管理平臺來實現(xiàn)項目由前期策劃到后期施工及維護管理全方面的智慧管理。本平臺由項目規(guī)劃、任務分配、進度管理、信息發(fā)布四個模塊組成，其中項目規(guī)劃模塊儲存本項目的基本信息，包括項目名稱、項目編號、項目工期和相關文檔、圖紙等，出圖和查閱圖紙可節(jié)約大量時間；任務分配模塊是由負責人將項目進行分解，子任務分配到相應的子任務負責人，多方協(xié)調完成工作，涉及到成本管理和安全管理；進度管理模塊以進度控制為主，由負責人監(jiān)督項目進展，合理統(tǒng)籌和調度項目資源，期間成員將現(xiàn)場實際進度實時錄入平臺，與進度計劃進行比較并采取相應措施；信息發(fā)布模塊針對于管理數(shù)據(jù)繁多而生，利用網(wǎng)絡信息快速及時地反應項目中相關信息，該模塊由公告、論壇、留言等多種形式實現(xiàn)，不同級別的管理人員有不同發(fā)布權限，可實現(xiàn)層層遞進的溝通和信息傳達。

該平臺可通過手機端進行信息查閱和錄入，施工人員若發(fā)現(xiàn)安全問題可直接拍照上傳，追尋責任人，管理人員可通過查看平臺現(xiàn)場信息進行實時監(jiān)督，提高工作效率。借助該平臺可實現(xiàn)管理智慧化，達到項目進度的精細控制，有效降低現(xiàn)場質量和安全問題的發(fā)生，節(jié)約大量時間和人力、物力。

4 結論

三思而后行、謀定而后動，項目策劃是項目建設、管理、運維的不可或缺成分，起著舉足輕重的作用。隨著BIM 技術的不斷突破與完善，在古城復原的前期策劃階段，BIM 技術通過對數(shù)字化建筑模型設計、真實場景與現(xiàn)場布置、進度計劃與物料估算等在項目策劃中的具體應用，有效地起到精確模型算量、優(yōu)化結構設計、渲染加強可視化效果、經(jīng)濟地節(jié)約資本、合理地安排工期、科學地結合實際等作用，對項目策劃的調控和引導能力的增強以及項目目標的保證程度的提高起到大有可觀的作用。本團隊將BIM 技術、項目策劃以及古城項目的具體情況加以分析，合理協(xié)調三者地關系，并有機融合，使其效益最大化，推動古城復原項目的后續(xù)發(fā)展。