BIM技術(shù)在古建筑工程保護中的應(yīng)用研究

張學(xué)林

摘要：古建筑是一個國家、一個民族歷史文化的載體，是勞動人民勤勞與智慧的結(jié)晶。然而，在歷史文化長河中，一些古建筑由于人為因素（戰(zhàn)亂、政治、有意破壞等）和自然因素（侵蝕、風(fēng)化等），造成了古建筑不可逆轉(zhuǎn)的破壞。在對古建筑重建、修繕及保護的過程中，又由于圖紙的缺實以及傳統(tǒng)測繪方式所繪制的二維圖紙的局限性，很難滿足施工方的要求。本文利用三維激光掃描技術(shù)獲取古建筑的外部點云數(shù)據(jù)，對點云數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，利用REVIT軟件創(chuàng)建古建筑BIM系統(tǒng)，通過對模型和信息的數(shù)字化存檔，可以永久的保存古建筑的基本信息，為以后古建筑的保護、修繕及古建筑遭到破壞后重建提供數(shù)據(jù)支持，也為今后類似項目提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);古建筑保護;信息化

中圖分類號：TU-87?文獻標(biāo)識碼：A

引言

我國古代建筑多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，易受自然環(huán)境侵蝕，根據(jù)實際受損情況需要進行不同程度的修繕，每次修繕都會產(chǎn)生許多工程信息，傳統(tǒng)的以圖紙、文字、圖片或者影像記載的方式工作量大、信息儲存分散、調(diào)取信息困難，如何利用現(xiàn)代新興技術(shù)進行古建筑的保護，并且保證古建筑歷史信息以及維護信息的真實性和完整性，是古建筑保護中亟需解決的難題。BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)的新興技術(shù)，可以通過數(shù)字化手段，建立一個完整的涵蓋項目全壽命周期全部信息的建筑信息模型，可以使古建筑的保護工作由傳統(tǒng)形式改為數(shù)字化保護，這是古建筑保護的必然發(fā)展趨勢。

1古建筑數(shù)字化保護所具有的意義

我國是有著五千年歷史積淀的文化大國，悠久的歷史留下了數(shù)以萬計的歷史文物古跡，這些古建筑見證了人類一代又一代歷史的變遷，承載著幾千年來的歷史文化，對于它們的研究具有重要的歷史意義。近年來，隨著人們對于自然資源的嚴重利用，導(dǎo)致環(huán)境氣候惡劣變化，發(fā)生一系列自然災(zāi)害，比如說酸雨以及冰雹等等，除此之外加上人為的破壞，對于這些古建筑的破壞非常大，可以說這些文物建筑遺產(chǎn)已經(jīng)面目全非，部分甚至大部分的古建筑受損程度嚴重，已經(jīng)不能復(fù)原為原來的模樣。就目前的問題來說，如何科學(xué)有效的保護這些古建筑使它們重新恢復(fù)原有的歷史模樣是當(dāng)前的重中之重。傳統(tǒng)的古建筑信息在儲存方面主要是通過以下幾種方式，包括文字、影像或者圖表等等，但是這些所儲存的建筑圖紙并不能夠完全反映古建筑的真實面貌，由于歷史之久遠，所存儲的資料也并不是十分周全。如果采用影像的方式來記錄歷史古建筑，雖然看起來給人一種直觀的感受，但是并不能真實反映它的實際尺寸，無法直接獲取。如果遇到某些古建筑，雖然有圖像影音資料，但是實際中對于它的文案記載少之又少，這樣一來就無法復(fù)原它的真實面貌，因為復(fù)原工作難度極其大，信息數(shù)據(jù)殘缺不全。面對這些種種的難點，如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)保護以及傳承這些對我們有著非常重要歷史價值的古建筑就具有十分重大的意義。

2BIM技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用要點

2.1信息采集

古建筑的信息采集主要分為兩種：第一，空間信息的采集，主要包括古建筑形狀、建筑物比例、尺寸、方位等空間形態(tài)的信息;第二，屬性信息的采集，主要包括古建筑的建造材料、工藝、風(fēng)格、施工方法、年代和地域信息。傳統(tǒng)空間信息的采集主要是采用尺子、垂球等傳統(tǒng)測量工具對建筑物尺寸進行測量，然后形成二維圖紙，并配有一些文字記錄，存在著數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、使用不方便、效率低等問題?，F(xiàn)代空間信息采集是采用現(xiàn)代電子技術(shù)手段，借助三維激光掃描、高清攝影測量等多種測量傳感器技術(shù)，獲取完整而精細的古建筑三維數(shù)字模型、紋理影像，經(jīng)融合處理生成精準(zhǔn)的古建筑設(shè)計圖紙、現(xiàn)狀圖紙及結(jié)構(gòu)模型等。屬性信息的采集一般是通過實地考察或者查閱相關(guān)歷史文獻，再進行整體分析而獲取較為完整的相關(guān)信息。

2.2BIM建筑信息模型的建立

BIM基本建筑信息模型主要是在空間信息采集的基礎(chǔ)上，基于二維圖紙、測繪數(shù)據(jù)以及圖片等相關(guān)資料，借助目前常用的BIM建模軟件Revit建立三維模型。我國古建筑造型錯綜復(fù)雜，但是根據(jù)現(xiàn)代建筑類型學(xué)對古建筑構(gòu)件的分類，古建筑構(gòu)件的建造過程是存在一定內(nèi)在規(guī)律的。古建筑的建筑形式主要以大木結(jié)構(gòu)為主，配有磚、瓦、石等元素，不同朝代或者同一朝代的不同時期，建筑風(fēng)格會有相同或者相似之處，建筑構(gòu)件的尺寸、比例一般也具有統(tǒng)一性，建造過程中一般只是調(diào)整構(gòu)件的大小和位置。根據(jù)古建筑物的這一特性，在利用Revit建立建筑信息三維模型中，通過對古建筑構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)置及族的構(gòu)建，完全可以實現(xiàn)造型迥異的各類型古建筑物建筑信息模型的構(gòu)建。

BIM建筑信息模型的基礎(chǔ)單元為“族”，所有圖元都是基于族的，每個族圖元都可以定義多種類型，每種類型都可以進行尺寸、形狀、材質(zhì)或者其他參數(shù)設(shè)置。根據(jù)古建筑的朝代、風(fēng)格、工藝、形狀進行分類分解，利用Revit建模軟件首先建立不同類型的參數(shù)可變的族，然后根據(jù)擬建立建筑信息模型的古建筑的圖紙及相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)入各類族，從而建立古建筑完整模型，這樣既可以提高構(gòu)件模型建立的復(fù)用性，還可以提升建模效率。另外，可以根據(jù)古建筑的不同分類，建立不同種類的構(gòu)件族庫，方便古建筑研究的族庫共享。

建筑信息模型應(yīng)用的一大特性為建筑信息的傳遞性，不僅包含空間信息的存儲，還應(yīng)該包含屬性信息。古建筑的屬性信息眾多，除了建造方法、建筑材料及紋理、建造工藝、地域特征外，還有照片、歷史文獻、現(xiàn)存狀況、修繕及復(fù)建記錄、周圍環(huán)境信息、管理部門信息等多種文字資料以及影像資料。在利用Revit軟件建立建筑信息模型時，模型中各構(gòu)件的屬性信息一般分為構(gòu)造、材質(zhì)、物理、油漆彩繪以及說明備注等幾種形式，空間信息、屬性信息與模型相關(guān)聯(lián)，修改或查閱信息全部可以實現(xiàn)同步，從而全面實現(xiàn)信息的共享與傳遞。古建筑保護的重要內(nèi)容是古建筑的修繕，建筑信息模型可以為古建筑修繕提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)和資料，便于提取和使用。

2.3基于BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場布置

古建筑的維護受古建筑已有場地和建筑物的限制，施工現(xiàn)場的布置需要考慮眾多因素，如材料的運輸及堆放、設(shè)備的進場、現(xiàn)場區(qū)域平面布置等。基于BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場布置可以根據(jù)古建筑維護的施工組合設(shè)計或施工方案，將建筑信息模型導(dǎo)入施工現(xiàn)場布置軟件中，通過軟件內(nèi)置的大量構(gòu)件庫，對場地各項布置進行模擬，將平面布置中需要考慮的問題形象地展示出來，解決以往二維圖紙中考慮不周的問題。例如：以古建筑修繕常用腳手架搭設(shè)方案為例，施工現(xiàn)場的腳手架搭設(shè)需要根據(jù)現(xiàn)場需求隨時進行調(diào)整，可以利用BIM技術(shù)模擬古建筑修繕施工現(xiàn)場，分析施工過程中需要防護的部位，制定腳手架最佳搭設(shè)方案，合理安排腳手架進場以及搭拆時間，降低腳手架租賃以及人工費用，合理縮短工期。

結(jié)束語

通過BIM技術(shù)可以賦予古建筑屬性信息，建立帶有古建筑屬性信息的三維模型，為古建筑修繕、重建提供數(shù)據(jù)支持。在信息技術(shù)高度發(fā)達的今天，BIM所建立的古建筑模型可以進行充分的數(shù)字化展示，可以促進公眾對古建筑的了解，使公眾自覺的參與到古建筑保護中。本文在研究過程中由于作者理論和技術(shù)水平的限制，還存在著很多不足，例如地面三維激光無法采集到建筑物頂部點云數(shù)據(jù)，BIM所建立的數(shù)字模型與3D打印技術(shù)結(jié)合進行實體模型打印。日后的研究也將會結(jié)合三維激光掃描技術(shù)與無人機測繪技術(shù)，利用無人機的優(yōu)勢獲取建筑物高處的點云數(shù)據(jù)進行建模。

參考文獻：

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（作者身份證號碼：130229198605266637）