基于BIM技術(shù)及三維激光掃描技術(shù)的古建筑修復(fù)保護(hù)研究

汪明

摘 要：BIM技術(shù)及三維激光掃描技術(shù)作為三維數(shù)字技術(shù)的重要組成部分，能夠結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況制做信息模型，完成設(shè)計(jì)、建造、管理。BIM技術(shù)具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為建筑信息集成工具，提高了建筑工程項(xiàng)目的質(zhì)量與水平。在古建筑保護(hù)的過(guò)程中運(yùn)用BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)，能夠?qū)φ麄€(gè)古建筑構(gòu)建三維立體模型，從而制訂完整、詳細(xì)、可操作性強(qiáng)的工藝流程，提高古建筑修復(fù)的整體質(zhì)量。文章通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)在古建筑修復(fù)保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，提出相應(yīng)解決策略，加大對(duì)古建筑的保護(hù)力度。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);三維激光掃描技術(shù);古建筑;修復(fù)保護(hù)

BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)都是現(xiàn)代建筑施工常用的技術(shù)手段，不僅具有全天候、快速、直接、準(zhǔn)確采集三維信息的能力，還能夠?qū)⑺袛?shù)據(jù)信息利用BIM技術(shù)集成，構(gòu)建真實(shí)的建筑項(xiàng)目模型，在建筑領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)對(duì)文物修復(fù)工作支持力度不斷加大，三維激光掃描技術(shù)在古建筑修復(fù)領(lǐng)域擁有更加廣闊的發(fā)展空間，為進(jìn)一步提高古建筑修復(fù)水平打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 中國(guó)古建筑的主要特點(diǎn)

我國(guó)古建筑歷史悠久、形態(tài)多樣，具有直線與曲線相結(jié)合的特點(diǎn)。大多數(shù)的古建筑非常的莊重、復(fù)雜、精致。不同層級(jí)建筑構(gòu)件和裝飾構(gòu)件宛如一件件工藝制品，但因?yàn)榇蠖鄶?shù)的古建筑都是以木材、石材為主要建筑材料，在長(zhǎng)時(shí)間歷史進(jìn)程中出現(xiàn)受損、變質(zhì)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響古建筑的安全性。大多數(shù)古建筑采用木質(zhì)架構(gòu)，很容易被腐蝕、風(fēng)化、蟲(chóng)蛀。在新時(shí)期，要想充分發(fā)揮古建筑的歷史價(jià)值，必須要采用先進(jìn)技術(shù)和方法對(duì)現(xiàn)有的古建筑進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，提高古建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和安全性。①

如紅二十八軍駐扎地舊址包含王二房屋（圖1）、河?xùn)|花屋兩處單體建筑（圖2）。王二房屋位于岳西縣五河鎮(zhèn)雙河村，坐西北朝東南，始建于清代，面闊八間，中廳面闊三間，五架抬梁式，有二門(mén)、石頭杠栓，后進(jìn)為堂屋，整個(gè)建筑前后三進(jìn)，方便實(shí)用，目前保存較好。河?xùn)|花屋位于岳西縣五河鎮(zhèn)雙河村，坐南朝北，三進(jìn)兩天井，一進(jìn)門(mén)廳，二進(jìn)中廳面闊三間，二進(jìn)七架梁，整個(gè)建筑中間主體部分凹進(jìn)，兩側(cè)房屋向前凸出，目前整個(gè)建筑保存完整。紅二十八軍駐扎地舊址處于妙道山景區(qū)的輻射范圍，可依托區(qū)位旅游資源優(yōu)勢(shì)，結(jié)合“文物集群”優(yōu)勢(shì)及革命歷史文化價(jià)值，在修復(fù)后可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r著手進(jìn)行紅色旅游開(kāi)發(fā)利用，作為當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)旅游開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，在增加經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)起到對(duì)古建筑的保護(hù)作用。

2 BIM技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用

2.1 信息采集

BIM技術(shù)能夠直接利用三維數(shù)字技術(shù)對(duì)建筑項(xiàng)目相關(guān)信息進(jìn)行收集，轉(zhuǎn)化為數(shù)字可視化模型。在對(duì)古建筑文物修復(fù)的過(guò)程中，可以充分運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)古建筑文物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息加工，對(duì)建筑物的空間尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)等詳細(xì)信息進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。同時(shí)借助GIS技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)快速采集古建筑物的云數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)、平滑、去噪等多項(xiàng)步驟，最終獲得精確的數(shù)字模型。這樣的方式能有效節(jié)省實(shí)地調(diào)查和人工查閱資料的時(shí)間，提高對(duì)古建筑勘察的整體效果。

2.2 模型建構(gòu)

利用BIM技術(shù)可以建立古建筑三維精度模型，還能按照古建筑構(gòu)建的內(nèi)在規(guī)律和參數(shù)變化情況進(jìn)行分析。用戶只需要輸入相應(yīng)的參數(shù)就可以自動(dòng)優(yōu)化并調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)容，滿足古建筑物構(gòu)建的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)。在用戶改變某一項(xiàng)參數(shù)時(shí)，其他的關(guān)鍵參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，確保整個(gè)模型更加的精準(zhǔn)，避免因?yàn)槿斯ぽ斎霐?shù)據(jù)信息而出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.3 信息錄入

在古建筑物模型信息中，不僅需要對(duì)建筑本身的材料、建造方法、特征進(jìn)行分析，而且還要對(duì)建筑物的長(zhǎng)、寬、高、基準(zhǔn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。不僅具有矢量圖形，還能夠?qū)v史資料、照片、圖紙、報(bào)告記錄等多種參考內(nèi)容進(jìn)行分析。通過(guò)將這些屬性信息與空間信息緊密結(jié)合，增強(qiáng)系統(tǒng)處理效果。

2.4 VR技術(shù)

VR技術(shù)也被稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建虛擬的三維空間，將抽象文字轉(zhuǎn)換為仿真立體三維空間模型，可以為用戶提供沉浸式交互體驗(yàn)，幫助設(shè)計(jì)人員通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等多種感官體驗(yàn)真實(shí)的模型，增強(qiáng)模型處理能力。

如在王二房屋修繕的過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用VR視覺(jué)技術(shù)，可以直接在遺址運(yùn)用GoPro相機(jī)進(jìn)行360度全景拍攝，讓人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行異地交互式體驗(yàn)，在整個(gè)古建筑VR制作時(shí)需要進(jìn)行前期的資料收集、設(shè)計(jì)古建筑模型工具，還應(yīng)該對(duì)VR場(chǎng)景進(jìn)行視覺(jué)設(shè)計(jì)，包括光線處理、體積處理等。岳西眾多的古民居分散在各個(gè)角落，點(diǎn)多面廣，多為磚木結(jié)構(gòu)的老房子，年久失修，破損較為嚴(yán)重，許多彌足珍貴的古建筑岌岌可危。應(yīng)用VR技術(shù)能直接連接互聯(lián)網(wǎng)，管理人員不需要長(zhǎng)途跋涉就可以全面查看建筑物的實(shí)際情況，提高管理效率。

3 三維激光掃描技術(shù)在古建筑修復(fù)中的具體措施

在運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)時(shí)，必須要選擇科學(xué)的勘察點(diǎn)并且做好站點(diǎn)位置。在測(cè)定站點(diǎn)選擇完畢后應(yīng)該立即作業(yè)或快速獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理之前利用三維激光掃描儀配套的軟件進(jìn)行預(yù)處理，去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)的噪點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)過(guò)度平滑。①還可以利用網(wǎng)格醫(yī)生、簡(jiǎn)化多邊形等軟件工具，對(duì)整個(gè)古建筑建筑模型進(jìn)行修補(bǔ)，將破損部位自動(dòng)還原獲得真實(shí)的三維模型。在最終修復(fù)后，不僅能夠恢復(fù)整個(gè)建筑物的原本樣貌，而且也可以使建筑物結(jié)構(gòu)變得更加科學(xué)、美觀，獲得良好的修復(fù)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著科技的快速發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)和BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。運(yùn)用這些技術(shù)對(duì)古建筑文物進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)，不僅能使文物修復(fù)工作開(kāi)展更加科學(xué)高效，而且也能保證文物修復(fù)的質(zhì)量得到全面提升，提高文物修復(fù)的精細(xì)度和美觀度，讓歷經(jīng)千百年風(fēng)吹雨打的古建筑文物重新煥發(fā)生機(jī)。