基于BIM 技術(shù)的傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居數(shù)字化維護(hù)探究

鄧顯石

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421005）

我國(guó)散布著眾多的傳統(tǒng)村鎮(zhèn)，作為傳統(tǒng)文化的綜合載體，是承載“鄉(xiāng)愁”的最后一座文化堡壘，也是可以造福社會(huì)的綜合資源，然而由于氣候環(huán)境以及鄉(xiāng)村建設(shè)等各種現(xiàn)實(shí)原因?qū)е挛覈?guó)各地傳統(tǒng)民居遭受了不同程度的破壞。為了更好地傳承傳統(tǒng)文化，彰顯地方文化基因，推行國(guó)家“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)重大戰(zhàn)略，如何科學(xué)有效地建設(shè)好、維護(hù)好傳統(tǒng)村鎮(zhèn)的民居尤為迫切。

之前學(xué)界對(duì)于傳統(tǒng)民居建筑的記錄一般是采用文字、手繪圖本、影像、CAD 等方式進(jìn)行信息記錄與存儲(chǔ)。然而，文字記錄不能形象地展現(xiàn)傳統(tǒng)民居的真實(shí)形貌及細(xì)部詳細(xì)構(gòu)造。手繪圖本和影像記錄雖能對(duì)傳統(tǒng)民居建筑有直觀真實(shí)的展現(xiàn)，卻不能提供精確尺寸數(shù)據(jù)，讓日后修繕維護(hù)變得困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件，如將測(cè)繪數(shù)據(jù)運(yùn)用CAD 軟件繪制圖形應(yīng)用于傳統(tǒng)民居保護(hù)，在此前基礎(chǔ)上極大提升了傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居維護(hù)效率[1]。但CAD 軟件長(zhǎng)于將實(shí)際物體抽象的繪制成二維圖形來(lái)收集儲(chǔ)存信息，難以直觀呈現(xiàn)出傳統(tǒng)民居三維特性，并且圖紙只是由普通圖線組成，若沒(méi)有規(guī)范標(biāo)注或解析，只是把紙質(zhì)圖紙電子化，沒(méi)有做到信息化。2015 年，來(lái)自地理學(xué)、建筑學(xué)、旅游學(xué)、信息技術(shù)等諸多領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者代表在《中國(guó)傳統(tǒng)村鎮(zhèn)協(xié)同保護(hù)與發(fā)展的南岳共識(shí)》一文中就明確提出：要充分利用現(xiàn)代科技手段，廣泛開(kāi)展傳統(tǒng)村鎮(zhèn)景觀的數(shù)字化保護(hù)和三維虛擬展示。

1 傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居維護(hù)研究

傳統(tǒng)民居建筑作為我國(guó)地方傳統(tǒng)文化傳承的物質(zhì)載體，劉敦楨教授通過(guò)引證大量文獻(xiàn)和記錄資料，結(jié)合實(shí)地考察研究編寫(xiě)的《中國(guó)住宅概說(shuō)》，詳細(xì)地介紹了我國(guó)傳統(tǒng)民居建筑，讓傳統(tǒng)民居建筑走進(jìn)了大眾視野[2]。我國(guó)傳統(tǒng)民居建筑基本格局均是一堂二內(nèi)，即一明兩暗，經(jīng)過(guò)基本單位組合形成建筑群，但在不同的地方，受不同的地理氣候、文化等因素綜合影響而形成各自特色的建筑格局。由同樣的基本單元組合而成的合院式民居建筑，在南方和北方依據(jù)其尺度分別稱(chēng)為“天井式”和“院落式”[3]?，F(xiàn)存的傳統(tǒng)民居建筑都是由先輩們營(yíng)建的為數(shù)不多的空間布局形式經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展和變化得來(lái)的，這些空間布局形式已被絕大多數(shù)人接納和認(rèn)可，具有低能耗等宜居特點(diǎn)，借鑒傳統(tǒng)民居的“原型”概念應(yīng)用于新農(nóng)村建設(shè)，既能保持歷史風(fēng)貌，又能優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)。隨著建筑業(yè)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，很多地方千篇一律地建造同一種外形的建筑、隨意改建傳統(tǒng)村鎮(zhèn)的民居建筑，失去了原有的傳統(tǒng)風(fēng)貌。為了保護(hù)和傳承傳統(tǒng)文化、弘揚(yáng)地方特色建筑文化，學(xué)者們開(kāi)始研究如何對(duì)傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居建筑區(qū)域進(jìn)行整體規(guī)劃、控制新建、拆除及已建房屋改造[4]。怎樣科學(xué)有效地做好傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居的維護(hù)非常重要。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

BIM（building information model）即“建筑信息模型”， 20 世紀(jì)在美國(guó)興起，BIM 技術(shù)是將一個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目在全壽命周期內(nèi)的所有幾何尺寸數(shù)據(jù)、三維圖像信息、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、構(gòu)件材料屬性等信息集成在一個(gè)模型中。

在BIM 技術(shù)發(fā)展之初，美國(guó)斯坦福大學(xué)基于建筑工程施工管理可視化模型開(kāi)發(fā)了CIFE 4D-CAD 系統(tǒng)，借助三維立體模型可視化技術(shù)，能比較直觀地發(fā)現(xiàn)工程施工管理過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，便于及時(shí)修正處理[5]。我國(guó)BIM 技術(shù)起步較晚，中文譯作“建筑信息模型”，目前還未有一致認(rèn)可的定義。一般將BIM 定義為在工程項(xiàng)目全壽命期的過(guò)程管理中信息交流與數(shù)字化共享[6]。在“十三五”規(guī)劃中，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部已制定相關(guān)政策將BIM技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)推廣，要求做技術(shù)突破，讓我國(guó)建筑信息技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。目前國(guó)內(nèi)一方面是將BIM 技術(shù)用于項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中三維可視化、信息共享、數(shù)據(jù)分析，采用信息模型進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬、信息傳遞的方式指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，解決問(wèn)題等[7]；另一方面是從橫向擴(kuò)展BIM 技術(shù)的應(yīng)用范圍，縱向深化BIM 技術(shù)應(yīng)用深度。

3 BIM 技術(shù)在建筑維護(hù)管理中的應(yīng)用

每個(gè)建筑物都有自身的“服役”過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中外部環(huán)境的變化、建筑材料的老化、外部荷載的變化等因素，嚴(yán)重影響了建筑物的使用壽命。針對(duì)建筑物的維護(hù)研究逐步興起，很多建筑物由于缺失施工圖等相關(guān)信息數(shù)據(jù)，只能通過(guò)文字材料、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等方式進(jìn)行維護(hù)管理，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力。BIM技術(shù)建立信息數(shù)字化模型能夠集成建筑物各項(xiàng)信息建立平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑維護(hù)管理能夠有效地提高既有建筑維護(hù)效率。

關(guān)于BIM 技術(shù)建筑維護(hù)管理應(yīng)用在國(guó)外相對(duì)較多，主要用作建筑設(shè)備維護(hù)管理、建筑信息數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)維護(hù)管理系統(tǒng)及能耗監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。為了提高建筑數(shù)據(jù)等信息使用效率，美國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)基于BIM 建筑信息模型研制建設(shè)項(xiàng)目各階段信息交換標(biāo)準(zhǔn)[8]。英國(guó)研究機(jī)構(gòu)在項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段都建立了BIM數(shù)據(jù)信息模型，能夠更精細(xì)化地進(jìn)行項(xiàng)目運(yùn)維管理[9]。

國(guó)內(nèi)BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑物維護(hù)方面，主要是研究既有建筑維護(hù)、健康監(jiān)測(cè)、能耗優(yōu)化等方面[10]。古建筑作為我國(guó)特有的建筑形式，是中華文化傳承的物質(zhì)載體，許多學(xué)者們?cè)诠沤ㄖ木S護(hù)方面做了不少研究，他們主要基于BIM 技術(shù)通過(guò)內(nèi)建古建筑構(gòu)件“族”的形式建立古建筑局部或者整體數(shù)據(jù)信息模型，建立管理平臺(tái)進(jìn)行古建筑信息模型保護(hù)及開(kāi)發(fā)古建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[11]。

4 傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居數(shù)字化維護(hù)探究

（1）綜上，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家主要是將BIM 技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)與施工及運(yùn)維管理，在傳統(tǒng)建筑保護(hù)方面只在古代宮殿、寺廟等少數(shù)特定建筑物有一些研究，而在傳統(tǒng)民居建筑維護(hù)方面研究較少。

圖1 傳統(tǒng)民居BIM 模型信息平臺(tái)管理示意

圖2 基于BIM 的傳統(tǒng)民居數(shù)據(jù)信息管理體系

（2）應(yīng)用BIM 技術(shù)參數(shù)化建模方法，建立各構(gòu)件族庫(kù)，建立傳統(tǒng)民居整體三維信息模型，通過(guò)模型信息數(shù)據(jù)編輯建立傳統(tǒng)民居信息管理平臺(tái)如圖1，綜合管理其各項(xiàng)信息，并在日后修繕加固等情況時(shí)，能快速提取結(jié)構(gòu)現(xiàn)有信息數(shù)據(jù)，分析其建筑功能、結(jié)構(gòu)形式、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件的構(gòu)造情況、力學(xué)性能等，預(yù)判可能出現(xiàn)的加固情況，是否會(huì)對(duì)既有建筑的建筑功能或者施工產(chǎn)生影響，建立傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居維護(hù)信息管理系統(tǒng)，為傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居的日后維護(hù)提供信息化技術(shù)支撐。

（3）將BIM 技術(shù)的三維可視化、參數(shù)化建模、數(shù)據(jù)信息集成管理應(yīng)用于傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居維護(hù)中，研究?jī)?nèi)容主要包括傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居構(gòu)造特征分析、傳統(tǒng)民居參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)創(chuàng)建、構(gòu)建傳統(tǒng)民居協(xié)同信息數(shù)據(jù)平臺(tái)以及建立傳統(tǒng)村鎮(zhèn)民居維護(hù)信息管理系統(tǒng)四個(gè)方面（圖2）。