BIM技術(shù)在古建筑工程保護(hù)中的應(yīng)用研究

郭寧

摘要：古建筑是一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族歷史文化的載體，是勞動(dòng)人民勤勞與智慧的結(jié)晶。然而，在歷史文化長(zhǎng)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(duì)古建筑重建、修繕及保護(hù)的過(guò)程中，又由于圖紙的缺實(shí)以及傳統(tǒng)測(cè)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(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，利用REVIT軟件創(chuàng)建古建筑BIM系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)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(hù)、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(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);古建筑保護(hù);信息化

中圖分類(lèi)號(hào)：TU-87?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

我國(guó)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(shí)際受損情況需要進(jìn)行不同程度的修繕，每次修繕都會(huì)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(chǔ)存分散、調(diào)取信息困難，如何利用現(xiàn)代新興技術(shù)進(jìn)行古建筑的保護(hù)，并且保證古建筑歷史信息以及維護(hù)信息的真實(shí)性和完整性，是古建筑保護(hù)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(guò)數(shù)字化手段，建立一個(gè)完整的涵蓋項(xiàng)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(hù)工作由傳統(tǒng)形式改為數(shù)字化保護(hù)，這是古建筑保護(hù)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

1古建筑數(shù)字化保護(hù)所具有的意義

我國(guó)是有著五千年歷史積淀的文化大國(guó)，悠久的歷史留下了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的歷史文物古跡，這些古建筑見(jiàn)證了人類(lèi)一代又一代歷史的變遷，承載著幾千年來(lái)的歷史文化，對(duì)于它們的研究具有重要的歷史意義。近年來(lái)，隨著人們對(duì)于自然資源的嚴(yán)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(shuō)酸雨以及冰雹等等，除此之外加上人為的破壞，對(duì)于這些古建筑的破壞非常大，可以說(shuō)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(yán)重，已經(jīng)不能復(fù)原為原來(lái)的模樣。就目前的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，如何科學(xué)有效的保護(hù)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(chǔ)存方面主要是通過(guò)以下幾種方式，包括文字、影像或者圖表等等，但是這些所儲(chǔ)存的建筑圖紙并不能夠完全反映古建筑的真實(shí)面貌，由于歷史之久遠(yuǎn)，所存儲(chǔ)的資料也并不是十分周全。如果采用影像的方式來(lái)記錄歷史古建筑，雖然看起來(lái)給人一種直觀的感受，但是并不能真實(shí)反映它的實(shí)際尺寸，無(wú)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(shí)際中對(duì)于它的文案記載少之又少，這樣一來(lái)就無(wú)法復(fù)原它的真實(shí)面貌，因?yàn)閺?fù)原工作難度極其大，信息數(shù)據(jù)殘缺不全。面對(duì)這些種種的難點(diǎn)，如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)保護(hù)以及傳承這些對(duì)我們有著非常重要?dú)v史價(jià)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(hù)中的應(yīng)用要點(diǎn)

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(cè)量工具對(duì)建筑物尺寸進(jìn)行測(cè)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(wèn)題。現(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(cè)量等多種測(cè)量傳感器技術(shù)，獲取完整而精細(xì)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(jì)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(guò)實(shí)地考察或者查閱相關(guān)歷史文獻(xiàn)，再進(jìn)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(cè)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(guó)古建筑造型錯(cuò)綜復(fù)雜，但是根據(jù)現(xiàn)代建筑類(lèi)型學(xué)對(duì)古建筑構(gòu)件的分類(lèi)，古建筑構(gòu)件的建造過(guò)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(shí)期，建筑風(fēng)格會(huì)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(guò)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(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)造型迥異的各類(lèi)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(gè)族圖元都可以定義多種類(lèi)型，每種類(lèi)型都可以進(jìn)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(jìn)行分類(lèi)分解，利用Revit建模軟件首先建立不同類(lèi)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(lèi)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(lèi)，建立不同種類(lèi)的構(gòu)件族庫(kù)，方便古建筑研究的族庫(kù)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(chǔ)，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(xiàn)、現(xiàn)存狀況、修繕及復(fù)建記錄、周?chē)h(huán)境信息、管理部門(mén)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(shí)，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(shuō)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(shí)現(xiàn)同步，從而全面實(shí)現(xiàn)信息的共享與傳遞。古建筑保護(hù)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(chǎng)布置

古建筑的維護(hù)受古建筑已有場(chǎng)地和建筑物的限制，施工現(xiàn)場(chǎng)的布置需要考慮眾多因素，如材料的運(yùn)輸及堆放、設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域平面布置等?；贐IM技術(shù)的施工現(xiàn)場(chǎng)布置可以根據(jù)古建筑維護(hù)的施工組合設(shè)計(jì)或施工方案，將建筑信息模型導(dǎo)入施工現(xiàn)場(chǎng)布置軟件中，通過(guò)軟件內(nèi)置的大量構(gòu)件庫(kù)，對(duì)場(chǎng)地各項(xiàng)布置進(jìn)行模擬，將平面布置中需要考慮的問(wèn)題形象地展示出來(lái)，解決以往二維圖紙中考慮不周的問(wèn)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(chǎng)的腳手架搭設(shè)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，可以利用BIM技術(shù)模擬古建筑修繕施工現(xiàn)場(chǎng)，分析施工過(guò)程中需要防護(hù)的部位，制定腳手架最佳搭設(shè)方案，合理安排腳手架進(jìn)場(chǎng)以及搭拆時(shí)間，降低腳手架租賃以及人工費(fèi)用，合理縮短工期。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)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(dá)的今天，BIM所建立的古建筑模型可以進(jìn)行充分的數(shù)字化展示，可以促進(jìn)公眾對(duì)古建筑的了解，使公眾自覺(jué)的參與到古建筑保護(hù)中。本文在研究過(guò)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(wú)法采集到建筑物頂部點(diǎn)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(jìn)行實(shí)體模型打印。日后的研究也將會(huì)結(jié)合三維激光掃描技術(shù)與無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，利用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)獲取建筑物高處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。

參考文獻(xiàn)：

[1]?王寧.三維激光掃描儀在BIM中的應(yīng)用[J].四川水泥，2017（06）：206.

[2]?馬宏毓，趙新.三維激光掃描技術(shù)及BIM技術(shù)在古建筑保護(hù)測(cè)繪中的應(yīng)用[J].巖土工程技術(shù)，2019，33（04）：222-225.

[3]?陸澤榮，劉占省.BIM技術(shù)概論[M].第二版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018.

（作者身份證號(hào)碼：130123199210261867）