“BIM+VR”技術(shù)在園林建筑保護(hù)中的應(yīng)用

薛文峰 林瑤 蔡佳文

摘 要：隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)等要求的提高，裝配式建筑成為建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，而BIM技術(shù)和VR技術(shù)的普及和應(yīng)用又使得現(xiàn)代園林建筑和傳統(tǒng)園林建筑保護(hù)出現(xiàn)了新的可能。文章介紹了BIM技術(shù)和VR技術(shù)，從裝配式園林建筑保護(hù)、傳統(tǒng)園林建筑保護(hù)、建筑施工難題的解決、園林現(xiàn)代化空間拓展以及運(yùn)維管理方式變革等角度對(duì)“BIM+VR”模式在園林建筑保護(hù)中的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型;虛擬現(xiàn)實(shí);園林;建筑保護(hù)

基金項(xiàng)目：本文系江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201911462012Y）研究成果。

2015年《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》指出，到2020年我國(guó)裝配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年裝配式建筑占新建筑的比例50%以上。這其中也包括了園林建筑，裝配式建筑至此迎來了黃金發(fā)展期?！?016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出要鼓勵(lì)建筑行業(yè)使用BIM技術(shù)等，增強(qiáng)建筑業(yè)信息化發(fā)展能力，促進(jìn)建筑業(yè)與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的加速融合。在技術(shù)的不斷迭代和革新下，我國(guó)在建筑領(lǐng)域結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，結(jié)合VR技術(shù)邀請(qǐng)用戶遠(yuǎn)程參觀成為一種新趨勢(shì)。同時(shí)，這兩種技術(shù)也給更有效地保護(hù)園林建筑創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)，如果園林建筑是裝配式建筑，那么園林建筑不僅可以根據(jù)圖紙?jiān)谄渌貐^(qū)復(fù)現(xiàn)，對(duì)于園林建筑也可以采取拆卸的方式轉(zhuǎn)移，建筑如果單個(gè)構(gòu)件損壞，也可以根據(jù)圖紙重新定制構(gòu)件從而進(jìn)行復(fù)原。未來的園林建筑，只要是裝配式建筑，基本都可以用這種方式復(fù)原，但現(xiàn)代園林建筑大多數(shù)都不是裝配式建筑，那么又該如何進(jìn)行保護(hù)呢？

一、BIM與VR技術(shù)的概念釋義

BIM（Building Information Modeling）的本意就是建筑信息模型，BIM技術(shù)區(qū)別于過去的平面式設(shè)計(jì)，以信息技術(shù)為手段結(jié)合3D數(shù)字信息仿真模擬技術(shù)，直接對(duì)建筑的三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成的建筑模型可以在BIM平臺(tái)上進(jìn)行包括受力分析、材料用量計(jì)算、抗震分析等一系列操作，以保證建筑設(shè)計(jì)方案的可行性和安全性。同時(shí)，BIM技術(shù)也可以用于分解建筑構(gòu)造部位，這使得建筑修復(fù)可以通過BIM技術(shù)進(jìn)行模擬和設(shè)計(jì)，極大地提高建筑修復(fù)和保護(hù)的成功率。

VR（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）指的是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，VR技術(shù)同樣是通過計(jì)算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)虛擬的目標(biāo)物，該目標(biāo)物模型構(gòu)成可以通過三維掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)，也可以結(jié)合虛擬仿真設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。通過VR技術(shù)可以讓人足不出戶就能夠游覽各種景觀，這使得很多園林景觀都可以以VR的方式展現(xiàn)給世人。如“V故宮”項(xiàng)目下“紫禁城·天子的宮殿”已經(jīng)有七部作品，《御花園》VR項(xiàng)目就對(duì)故宮御花園進(jìn)行了還原，其中不僅有史料中記載的御花園的植物還有各種動(dòng)物、假山和建筑，該項(xiàng)目還對(duì)已經(jīng)消失的御花園景觀“海棠絳雪”進(jìn)行了還原，可以說雖然現(xiàn)在的御花園不復(fù)當(dāng)年盛景，但在VR世界得到了完美的保護(hù)和復(fù)原。

二、BIM與VR技術(shù)的關(guān)系

BIM技術(shù)構(gòu)建的建筑模型雖然有較為豐富的信息數(shù)據(jù)，但BIM技術(shù)下的模型建筑與實(shí)際建筑還是有區(qū)別的，最大差別就是BIM無法為用戶提供一個(gè)沉浸式的環(huán)境，這對(duì)于建筑設(shè)計(jì)當(dāng)然并不重要，但對(duì)于消費(fèi)者虛擬游覽體驗(yàn)卻十分重要。而VR技術(shù)則相反，其雖然能夠提供較為真實(shí)的全景環(huán)境，但背后的模型數(shù)據(jù)并不包括建筑生命周期的信息數(shù)據(jù)，也就無法真正為建筑保護(hù)和還原提供更多幫助。另外，VR技術(shù)還可以通過人為設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的3D場(chǎng)景，這種場(chǎng)景是否可以在現(xiàn)實(shí)中復(fù)現(xiàn)是存在疑問的。因此，將BIM技術(shù)和VR技術(shù)結(jié)合，使VR場(chǎng)景更加合理，甚至能夠通過“BIM+VR”技術(shù)復(fù)現(xiàn)建筑的構(gòu)造，是園林建筑中亟需的一種技術(shù)。

三、“BIM+VR”技術(shù)對(duì)接模式探究

“BIM+VR”技術(shù)對(duì)接模式無非兩種，一種是先設(shè)計(jì)好建筑模型，通過受力分析、結(jié)構(gòu)分析等論證建筑在現(xiàn)實(shí)中的可行性，然后通過將其3D模型導(dǎo)入到VR場(chǎng)景中進(jìn)行還原和渲染修飾，通過這種方式還原建筑和景觀。這種方式適用于裝配式園林建筑，工程完工后的效果和VR技術(shù)下還原的效果可以達(dá)到非常高的相似度。但由于裝配式建筑成本較高，在我國(guó)還處于探索發(fā)展階段，裝配式園林暫時(shí)還屬于小眾，雖然這種技術(shù)下園林建筑保護(hù)的實(shí)現(xiàn)更加容易，但并不適用于現(xiàn)在已有的園林建筑。

另外一種對(duì)接模式就是先通過三維掃描等技術(shù)盡可能收集園林建筑的數(shù)據(jù)，在通過VR技術(shù)復(fù)原原場(chǎng)景的同時(shí)，部署測(cè)量團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)地進(jìn)行測(cè)繪工作，然后結(jié)合BIM技術(shù)繪制3D技術(shù)模型圖，再將3D技術(shù)模型與VR復(fù)原的場(chǎng)景結(jié)合，最終將其還原成有具體尺寸信息和圖像信息的BIM模型。我國(guó)已有多地利用這種方式展開工作，如揚(yáng)州市規(guī)劃局、園林局與揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院合作，成功繪制出揚(yáng)州市區(qū)文公祠、史公祠、耶穌圣心堂三處百年古建筑的3D數(shù)字模型圖。這樣還原出的3D數(shù)字模型將使得這些建筑可以在其他場(chǎng)合同比例復(fù)現(xiàn)，或者使游客可以通過VR技術(shù)游覽這些場(chǎng)所。

四、“BIM+VR”模式在園林建筑保護(hù)中的創(chuàng)新應(yīng)用

（一）裝配式園林建筑保護(hù)

現(xiàn)代裝配式建筑大都結(jié)合BIM技術(shù)完成建筑的模型設(shè)計(jì)和論證，其建筑效果也完全可以通過VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)還原。現(xiàn)代園林建筑如果使用裝配式建筑工藝，其建筑將在很大程度上可以在其他地方復(fù)現(xiàn)，即使出現(xiàn)部分損壞，只要不是建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題也可以通過對(duì)構(gòu)件的替換實(shí)現(xiàn)建筑修復(fù)。可以說，裝配式園林建筑在設(shè)計(jì)完成后只要圖紙信息保留完好，就可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的保護(hù)。另外，裝配式建筑的建筑垃圾少，墻體可反復(fù)拆卸，建造速度快，這使得裝配式園林建筑可以通過短時(shí)間內(nèi)快速拆卸實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料的保護(hù)。在復(fù)原過程中，可以結(jié)合VR技術(shù)對(duì)建筑內(nèi)部裝修裝飾進(jìn)行重新復(fù)原，以盡可能還原建筑的原景。

（二）傳統(tǒng)園林建筑保護(hù)

傳統(tǒng)園林建筑的圖紙大多已經(jīng)丟失，對(duì)于這些園林的保護(hù)除了日常性的維護(hù)修繕工作外，還應(yīng)結(jié)合VR技術(shù)和BIM技術(shù)通過三維掃描和測(cè)繪獲得建筑的數(shù)據(jù)信息。然后通過VR技術(shù)和BIM技術(shù)還原建筑的建造圖紙，將圖紙通過VR技術(shù)在虛擬場(chǎng)景中復(fù)現(xiàn)。如果現(xiàn)實(shí)中傳統(tǒng)園林建筑出現(xiàn)損毀則可以結(jié)合VR場(chǎng)景和BIM模型對(duì)建筑進(jìn)行復(fù)原。需要注意的是，傳統(tǒng)園林建筑保護(hù)中有很多是難以復(fù)原的，如建筑使用的特殊漆料、木材、石料等，這些東西中有很多即使復(fù)原也難以保有原有的年代感。

傳統(tǒng)園林建筑保護(hù)還有一種方式就是盡可能降低人與園林建筑接觸的可能，如何保證園林開放的同時(shí)又減少游客與園林的互動(dòng)呢？VR技術(shù)提供了很好的技術(shù)依托?？梢詫⒔K所有的園林景觀都以VR的形式整理在一起，建立數(shù)字VR園林館，讓有意愿游覽江蘇園林的游客戴上VR眼鏡通過VR園林館游覽江蘇各個(gè)園林景觀。這種方式不僅可以提供游客游覽效率，也可以為各個(gè)園林景區(qū)提供足夠的保護(hù)，甚至如果某個(gè)園林因?yàn)樽匀粸?zāi)害而損毀時(shí)也可以通過VR園林館留存的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。重建園林建筑是園林建筑保護(hù)中常用的手段，如歷史上多次毀壞的滕王閣就經(jīng)歷過多次重建，而這樣的重建案例在中國(guó)園林景觀中比比皆是。

（三）解決建筑施工難題

在保護(hù)性修復(fù)過程中，很多時(shí)候只有一次施工機(jī)會(huì)，不僅施工時(shí)間有限，施工質(zhì)量和安全等都需要得到保證。如某園林建筑墻壁出現(xiàn)較大面積損壞，需要對(duì)其進(jìn)行加固和修復(fù)，這時(shí)就可以使用“BIM+VR”技術(shù)對(duì)各種可能的修復(fù)施工方案進(jìn)行試驗(yàn)，通過虛擬試驗(yàn)減少修復(fù)施工出現(xiàn)意外的概率。同時(shí)，結(jié)合BIM技術(shù)也可以對(duì)建筑的承重結(jié)構(gòu)等進(jìn)行受力分析，以找出對(duì)房屋進(jìn)行合理加固的方案。由于施工只有一次機(jī)會(huì)，施工也可以結(jié)合VR技術(shù)開展試驗(yàn)，將模擬的施工進(jìn)度、工程量、建筑信息變化等記錄下來，作為實(shí)際施工對(duì)比的依據(jù)。當(dāng)實(shí)際施工進(jìn)度與模擬施工進(jìn)度出現(xiàn)較大差異時(shí)應(yīng)總結(jié)差異的原因，避免激進(jìn)施工對(duì)建筑造成無可挽回的損害。對(duì)于建筑細(xì)節(jié)的還原，VR技術(shù)也有很大的應(yīng)用空間。VR技術(shù)往往會(huì)與三維掃描技術(shù)結(jié)合在一起，建筑的各種圖像細(xì)節(jié)在VR中都會(huì)得到十分清晰的展現(xiàn)和還原，在這一背景下，VR技術(shù)能夠給建筑細(xì)節(jié)復(fù)原提供很大的參考，使建筑的神韻盡可能地還原。

（四）拓展園林的現(xiàn)代化空間

傳統(tǒng)園林建筑需要增加防水、防火、防盜等設(shè)計(jì)，還需要進(jìn)行一定程度的電氣化改造，這些在過去都比較難以實(shí)現(xiàn)。但在“BIM+VR”技術(shù)的幫助下，可以通過多次試驗(yàn)找出不影響園林景觀的布線路線，在合適的地方設(shè)置攝像頭、報(bào)警器等設(shè)施，設(shè)置可以在不影響建筑主體的情況下給建筑加裝現(xiàn)代化設(shè)施，拓展園林的現(xiàn)代化空間。園林建筑的建筑形象和光影效果都可以在“BIM+VR”技術(shù)的幫助下得到測(cè)試，從而合理地進(jìn)行燈光布局等。檢修維修人員可以結(jié)合“BIM+VR”技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比，以發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、內(nèi)部管道、水電等設(shè)施可能存在的問題。拓展園林的現(xiàn)代化空間不僅可以吸引更多的游客，還可以給建筑增加更多的預(yù)警監(jiān)控設(shè)施，使建筑受到人為破壞的概率極大地降低。

（五）運(yùn)維管理模式的變革

“BIM+VR”模式下，園林建筑運(yùn)用管理模式也會(huì)發(fā)生變革，人員信息可以在“BIM+VR”環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)注，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)園林人流走向的監(jiān)控。同時(shí)將“BIM+VR”環(huán)境下的監(jiān)控措施與園林各個(gè)游客引導(dǎo)點(diǎn)連接起來，使得園林監(jiān)控管理信息可以在第一時(shí)間下達(dá)到對(duì)應(yīng)的管理點(diǎn)。如果園林出現(xiàn)火災(zāi)等災(zāi)情，消防人員也可以通過“BIM+VR”環(huán)境盡快選擇合理的搶險(xiǎn)救災(zāi)方案。在園林運(yùn)維方面，也可以在門票上印刷有時(shí)間限制的園林VR景區(qū)二維碼，讓游客在一定時(shí)間內(nèi)可以通過手機(jī)、電腦等方式遠(yuǎn)程訪問虛擬園林景區(qū)，以突出景區(qū)特色。運(yùn)維方式的改變使得園林也將得到更多拓展的可能，如邀請(qǐng)游客設(shè)計(jì)自己心中的園林等，讓游客可以通過虛擬平臺(tái)提交園林改造方案，使得園林變得更加開放，也更加多元。

五、結(jié)語

BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，VR技術(shù)也給建筑保護(hù)和還原提供了極大的便利，以裝配式建筑為方向的建筑設(shè)計(jì)更是使得未來的建筑只要保留BIM信息就可以在其他地方進(jìn)行還原。與此同時(shí)，結(jié)合BIM技術(shù)和VR技術(shù)的傳統(tǒng)建筑保護(hù)方案也越來越豐富，保護(hù)方案通過VR技術(shù)可以得到多次驗(yàn)證機(jī)會(huì)，極大地提高了建筑保護(hù)性施工成功的概率。同時(shí)BIM技術(shù)與VR技術(shù)也提高了園林景區(qū)的現(xiàn)代化空間，促使園林景區(qū)的運(yùn)維方式發(fā)生變革。但需要注意的是，“BIM+VR”技術(shù)還不成熟，BIM與VR技術(shù)的融合無論是在硬件上還是在內(nèi)容上與交互功能體驗(yàn)上都尚需完善，基于“BIM+VR”技術(shù)的園林建筑保護(hù)在未來是否有更多的變化還有待觀察。

作者簡(jiǎn)介：

薛文峰，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)副教授。研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)。

林瑤，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)學(xué)生。研究方向：環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)。

蔡佳文，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)學(xué)生。研究方向：環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)。