基于建筑信息模型的歷史建筑保護數(shù)據(jù)庫建構(gòu)

毛建東 河北八方錦秀工程設(shè)計有限公司，遵化 064200

歷史建筑是一個城市的珍貴遺產(chǎn)，它們承載著城市的歷史記憶，具有不可再生的歷史價值、文化價值、藝術(shù)價值和科學(xué)價值。加強歷史建筑的保護和合理利用，有利于展示城市歷史風(fēng)貌，保留城市的建筑風(fēng)格和文化特色，是樹立文化自信的一項重要工作。習(xí)近平總書記指出，要保護弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，延續(xù)城市歷史文脈，保留中華文化基因。要保護好前人留下的文化遺產(chǎn)，包括文物古跡、歷史文化名城名鎮(zhèn)名村、歷史文化街區(qū)、歷史建筑、工業(yè)遺產(chǎn)以及非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，既要保護古代建筑，也要保護近代建筑，既要保護單體建筑，也要保護街巷街區(qū)、城鎮(zhèn)格局。

BIM 在建筑行業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，BIM 的核心是通過在計算機中建立虛擬的建筑三維模型，同時利用數(shù)字化技術(shù)為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑信息庫。我國很多學(xué)者做了相關(guān)BIM 的研究工作并取得了成果。例如，中國建筑科學(xué)研究院和清華大學(xué)合作進行的國家“十一五”項目“建筑設(shè)計與施工一體化信息共享技術(shù)研究”和“基于BIM 技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究”，這個項目注重于對于BIM 軟件的應(yīng)用研究，項目研發(fā)了一系列應(yīng)用軟件如基于BIM 技術(shù)的建筑設(shè)計、建筑成本預(yù)測、建筑節(jié)能設(shè)計、建筑施工優(yōu)化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性評估等。另外BIM 技術(shù)在水立方、鳥巢等這些知名的設(shè)計項目上也得到了實際運用。

同樣，BIM 應(yīng)用到歷史建筑保護過程中也是勢在必行，隨著三維激光掃描、GIS、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、信息化建模等技術(shù)的應(yīng)用，信息化技術(shù)在歷史建筑保護與管理中的運用越來越廣泛。歷史建筑綜合信息資源庫的構(gòu)建對于數(shù)字化保護至關(guān)重要。BIM數(shù)據(jù)庫不單單指幾何數(shù)字，而是包含計算機能夠識別的任何形式的信息，包含計算機能夠識別的任何形式的記錄、描述、統(tǒng)計、說明信息，包括具有尺寸參數(shù)的幾何數(shù)據(jù)、建筑構(gòu)件的物理數(shù)據(jù)、保護修繕的造價數(shù)據(jù)、施工工藝和工序的技術(shù)數(shù)據(jù)、相關(guān)工種的工人數(shù)據(jù)、建筑病害的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)可以包括幾何數(shù)據(jù)、物理數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)、工人數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等內(nèi)容（圖1）。構(gòu)建歷史建筑數(shù)據(jù)庫可以為建筑保護與修繕、信息共享交互提供數(shù)據(jù)存儲的媒介。歷史建筑的數(shù)據(jù)庫包括歷史建筑的幾何數(shù)據(jù)庫、檔案信息數(shù)據(jù)庫、修繕保護方案庫等幾個方面。

圖1 歷史建筑綜合數(shù)據(jù)信息

1 歷史建筑幾何數(shù)據(jù)庫

歷史建筑的幾何數(shù)據(jù)庫是歷史建筑的基本信息單元，它包括建筑本體的幾何尺寸信息、所有構(gòu)件信息、環(huán)境數(shù)據(jù)信息等，包括歷史建筑精細建模三維建筑物模型、BIM 三維模型，包括建筑相應(yīng)的內(nèi)外部環(huán)境、建筑物內(nèi)水、電、暖等相關(guān)圖件。這個數(shù)據(jù)庫基本上是以數(shù)據(jù)的方式呈現(xiàn)，既包括建筑的歷史圖件，又包括建筑的現(xiàn)狀圖件，它們對于判斷建筑的歷史損耗有非常重要的意義。歷史建筑的幾何數(shù)據(jù)庫主要是基于歷史圖紙，并結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查和數(shù)據(jù)分析得到的建筑模型。BIM 技術(shù)在歷史建筑保護的實際工程中也得到了一定程度的應(yīng)用，例如中國建筑設(shè)計研究院參與設(shè)計的北京故宮保護與修復(fù)、敦煌的數(shù)字化工程、上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團工程建設(shè)咨詢有限公司在上海玉佛禪寺修建與改擴建工程等項目均表明當(dāng)前BIM 技術(shù)在我國歷史建筑保護行業(yè)中前景還是非常廣闊的。在這些歷史建筑保護的實際案例中首先要輸入幾何數(shù)據(jù)，這些幾何數(shù)據(jù)主要表達歷史建筑的各個構(gòu)件的具體尺寸模數(shù)、相對關(guān)系、構(gòu)造方式以及建筑造型。這個數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建過程一般是通過獲取的歷史圖紙檔案進行分析、輸入和建模，但是如果歷史圖紙檔案丟失則需要進行現(xiàn)場測繪。

2 歷史建筑檔案信息數(shù)據(jù)庫

歷史建筑的檔案可以根據(jù)需要進行有效的分類，比如可以根據(jù)歷史建筑的價值類型分為歷史信息、藝術(shù)信息、文化信息、科學(xué)信息等。這個數(shù)據(jù)庫的格式是多種多樣的，根據(jù)相應(yīng)的歷史信息有相應(yīng)的文件格式。歷史建筑檔案信息數(shù)據(jù)庫的建立非常重要，它的建立可以避免下一輪歷史建筑修繕保護時對歷史建筑的檔案的再次重復(fù)性查找工作。對模型中無法用數(shù)據(jù)進行表達，或是無法具體歸類的信息給予輔助說明的內(nèi)容。這些檔案數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)的制圖軟件中是無法記錄的，如歷史建筑的歷史信息、文化信息以及相關(guān)的背景信息等。但在BIM 中我們可以給予這些檔案信息詳細的記錄，將建筑的圖形和信息充分結(jié)合。

3 歷史建筑修繕保護方案庫

歷史建筑修繕保護方案庫主要包括建筑物修繕方案信息、相應(yīng)構(gòu)件修繕記錄等信息。歷史建筑隨著時間的推移和人為的使用會造成一定的損耗，相隔數(shù)年再次進行維修是必然的。歷史建筑修繕保護方案遵循的原則必須根據(jù)有關(guān)歷史建筑保護的條例進行，具有一定的時代性，帶上歷史的烙印。歷史建筑修繕保護方案庫主要表達構(gòu)件材料、殘損病害情況和設(shè)計修復(fù)措施等，可以基于歷史初建模型或上一次竣工模型，通過修改構(gòu)件的階段、病害情況和材料等屬性，得到能夠表達當(dāng)前階段構(gòu)件缺失殘損、結(jié)構(gòu)異形、殘損病害以及初步修繕措施等的數(shù)據(jù)庫。歷史建筑在和人類社會共存的過程中損耗和修繕是必然的，不同的歷史建筑都有各自獨特的個性，不同階段修繕內(nèi)容也會存在不同。因此需要根據(jù)歷史建筑的現(xiàn)狀進行仔細勘察并根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計要求形成對應(yīng)的保護設(shè)計方案。

歷史建筑修繕保護方案庫的建構(gòu)對于后期的修繕保護具有指導(dǎo)性的意義，也反映了修繕?biāo)幍哪甏鷮τ跉v史建筑保護的策略性思考。例如古羅馬斗獸場在19 世紀的三次修復(fù)反映了意大利對于古建筑保護的修復(fù)觀點的轉(zhuǎn)變（圖2）。1806 年，圣盧卡學(xué)院的拉斐爾·斯特恩修復(fù)了斗獸場的東端，他的修復(fù)體現(xiàn)了極少主義的原則，即第一步就是盡量保存好每個建筑殘片，對古建筑盡量不做過多改動，認為最好的保護就是基本的維護。1823～1826 年，圣盧卡學(xué)院專家瓦拉迪埃修復(fù)了斗獸場外環(huán)西端，他修復(fù)重建了建筑的部分缺失，體現(xiàn)了注重原模原樣復(fù)原的“完形”觀點。1844～1852 年，卡尼娜負責(zé)的是斗獸場內(nèi)環(huán)的南側(cè)部分的修復(fù)工程，她的修復(fù)觀點是在完整保存殘存部分的同時，以完型的形式以及與原有建筑不一樣的材料進行修復(fù)。

圖2 古羅馬斗獸場（作者自攝）