BIM技術(shù)在古建筑信息模型構(gòu)建中的運(yùn)用

陳 煒，陳俊松，趙水濤，韓燕虎

（無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫214000）

0 引言

古建筑往往是指具有歷史意義、時(shí)代特征且建造時(shí)間較為久遠(yuǎn)的民用建筑和公共建筑。在中國，很多城市和鄉(xiāng)村還保留著許多歷史久遠(yuǎn)的古建筑，這些古建筑展現(xiàn)著一個(gè)地方的文化和歷史底蘊(yùn)。在許多城市的建設(shè)中還專門吸收傳統(tǒng)古建筑的養(yǎng)分，建造一些仿古建筑或加入一些古建營造元素，讓傳統(tǒng)的古建筑文化產(chǎn)生新的現(xiàn)代價(jià)值。BIM技術(shù)的應(yīng)用，為古代建筑的研究、保護(hù)和修復(fù)提供重要的現(xiàn)代技術(shù)支撐，也為傳統(tǒng)建筑文化的呈現(xiàn)和傳承提供重要的信息化手段。

1 BIM建模軟件的應(yīng)用概況

目前工程設(shè)計(jì)與建模可使用的軟件比較多，各自有著不同的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的繪圖和建模軟件通常使用CAD、Sketchup和3dmax等軟件。CAD繪圖目前還是二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的主要方式，但二維圖紙缺乏三維的直觀性；SketchUp建模比較方便，構(gòu)圖也較直觀，修改創(chuàng)作比較方便，但缺點(diǎn)是不夠精細(xì)、渲染麻煩；3dmax建模比較精準(zhǔn)，渲染能力較強(qiáng)，但它的功能還是有限的，尤其是對特殊造型的處理能力不足。近年來一些新興的BIM建模軟件在工程中得到推廣應(yīng)用，其中Revit軟件是廣泛用于房屋與建筑工程的建筑信息模型建模軟件，通過應(yīng)用該軟件建模，可實(shí)現(xiàn)對建筑工程數(shù)據(jù)的收集、整合和處理，除了可以生成3D可視化的數(shù)據(jù)模型外，還可以得到二維施工圖紙和制作構(gòu)件明細(xì)表，并且可以結(jié)合相關(guān)的軟件進(jìn)行日照、能耗、溫度等綠色建筑分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算等附加分析，配合Navisworks軟件還可以進(jìn)行模型碰撞檢查等，以提高整體工作效率，減少工程施工返工概率，較大程度節(jié)約工程建設(shè)成本，它的很多功能是傳統(tǒng)的繪圖和建模軟件不具備的。此外，還有專門適用于基礎(chǔ)設(shè)施工程建模的Bentley和用于鋼結(jié)構(gòu)工程的Tekla等許多專業(yè)BIM建模軟件。

2 基于Revit的古建筑信息模型創(chuàng)建

2.1 古建筑建筑信息模型創(chuàng)建特點(diǎn)

近年來，建筑信息模型（BIM）成為建筑設(shè)計(jì)、建筑信息采集和存儲的重要選擇，也為古建筑的研究提供新的途徑。但目前大家對基于BIM應(yīng)用技術(shù)的古建筑信息模型創(chuàng)建的研究不是很多，加上古建筑建造中許多的組成構(gòu)件與目前常規(guī)的建筑構(gòu)件有較大不同，其細(xì)部構(gòu)造大多較為復(fù)雜，且不同年代、不同地區(qū)、不同風(fēng)格的古建筑還各有特點(diǎn)，古建筑建模時(shí)缺乏可直接載入的各種構(gòu)件族，且許多構(gòu)件族的通用性不強(qiáng)，使用受到限制，這給古建筑建模帶來較大的麻煩，使古建筑的建模變得較為煩瑣，一個(gè)看似不大的古建筑，需要花費(fèi)建模員較多的建模時(shí)間，還需要建模員對古建筑構(gòu)造較為熟悉，同時(shí)對建模技術(shù)人員的建模技能和信息化應(yīng)用能力也提出更高的要求。

2.2 古建筑建模中族的運(yùn)用

Revit軟件中的族是一個(gè)非常重要的概念，也是軟件中非常關(guān)鍵的構(gòu)成要素。組建建筑模型的各種構(gòu)件都是利用族工具創(chuàng)建的。由于古建筑構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造較復(fù)雜，且不同的古建筑做法往往不一樣，利用族工具創(chuàng)建構(gòu)件是非常重要，也是花費(fèi)建模人員時(shí)間較多的工作。古建筑BIM建模前，需對所用到的族進(jìn)行相應(yīng)分析規(guī)劃，選擇合適的族樣板文件。Revit軟件主要包含系統(tǒng)族、可載入族和內(nèi)建族三種族。一般常規(guī)構(gòu)件盡量使用軟件自帶系統(tǒng)族，以方便信息模型創(chuàng)建。其次盡可能創(chuàng)建參數(shù)化族，以便建立古建筑信息模型的構(gòu)件族庫，方便其他古建工程的BIM建模。以下的某小型古建BIM建模中，基礎(chǔ)、柱、墻、地面等基本構(gòu)件均直接采用系統(tǒng)族，門、窗等構(gòu)件采用可載入族，而其他一些非標(biāo)準(zhǔn)化的異形構(gòu)件可創(chuàng)建內(nèi)建族。

2.3 古建筑建模技巧舉例（見圖1）

圖1 古建筑三維圖

現(xiàn)以一小型古建筑為例說明其建模方法。首先選擇一個(gè)合適的樣板文件，可以保證后期建模的順利開展。接下來的建模順序推薦為“標(biāo)高—軸網(wǎng)—中式柱—墻體—門窗—地面—屋架—屋面—室外臺階等”，一般建議先標(biāo)高后軸網(wǎng)，其他建模順序可根據(jù)實(shí)際情況做相應(yīng)的調(diào)整。

柱墩可單獨(dú)按結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)建模，圓形斷面的中式柱可直接用系統(tǒng)族單獨(dú)建模，在此情況下圓形中式柱底部標(biāo)高應(yīng)根據(jù)柱墩高度做出相應(yīng)提高，否則下面的柱墩會(huì)降低至柱子下方；中式柱也可根據(jù)需要與下面的柱墩作為一個(gè)可載入族來創(chuàng)建。古建墻體可根據(jù)情況用系統(tǒng)族中的基本墻和疊層墻來創(chuàng)建；古建筑門窗往往因?yàn)闃邮礁鞑煌?，沒有現(xiàn)成的可載入族直接使用，所以需要根據(jù)門窗的實(shí)際做法，利用適當(dāng)?shù)拈T窗樣板文件創(chuàng)建自己需要的、可載入的門窗族，見圖2。

圖2 創(chuàng)建的古建筑窗族

古建筑屋蓋部分建模一般較為復(fù)雜，主要有屋架系統(tǒng)和屋面兩部分組成，其中非標(biāo)準(zhǔn)化的異形構(gòu)件比較多。建模需要花較多的精力和時(shí)間，因此建模人員需要有耐心。首先要把古建筑的屋蓋構(gòu)造做法分析清楚，各構(gòu)件之間是如何連接的，各構(gòu)件的平面位置和標(biāo)高是多少。重復(fù)構(gòu)件，可先建一個(gè)，然后用復(fù)制或陣列的方式布置到相應(yīng)位置，見圖3。

古建筑的屋面不同于現(xiàn)代常規(guī)建筑的屋面，常規(guī)建筑屋面大多是平面或斜面，而古建筑的屋面往往是曲面，而且屋面還鋪設(shè)各類瓦材，給建模帶來困難。本工程的做法是利用幕墻工具來創(chuàng)建瓦屋面的。首先是選擇“公制輪廓—豎挺”族樣板，來新建一個(gè)族，在該樣板中繪制一個(gè)瓦輪廓，并保存為“瓦”族，同時(shí)載入古建筑工程項(xiàng)目中。

圖3 古建筑屋蓋結(jié)構(gòu)部分模型

在建筑選項(xiàng)卡的構(gòu)建面板中中選擇“豎挺”，編輯類型中復(fù)制族類型并命名族類型為“瓦屋面”，將類型屬性對話框中輪廓改為之前載入的公制輪廓族“瓦”，完成后點(diǎn)擊確定退出。由于該屋頂為曲面，本工程在建筑選項(xiàng)卡中選擇“屋頂—拉伸屋頂”來繪制瓦屋面，將其屬性改為玻璃斜窗。編輯玻璃斜窗的類型屬性，在類型參數(shù)對話框中將網(wǎng)絡(luò)1豎挺內(nèi)部類型改為“瓦屋面”，調(diào)整相關(guān)間距數(shù)據(jù)，之后可得所需瓦屋面模型，不同的屋面，其繪制的方式會(huì)不同，需要根據(jù)屋面的實(shí)際情況選擇合適的建模方法。

3 古建筑信息模型創(chuàng)建中的技術(shù)協(xié)同應(yīng)用

古建筑保護(hù)性建模，對已有古建筑進(jìn)行精準(zhǔn)測繪是難點(diǎn)之一，古建筑建造時(shí)間越早，其完好度越差，建筑物的沉降變形也可能較大，測繪誤差導(dǎo)致的建模誤差也較大。目前無人機(jī)和激光三維掃描儀在建筑測繪中的運(yùn)用，提高了古建筑測繪建模的效率和精準(zhǔn)度。Revit軟件廣泛適用于房屋建筑建模，但對古建筑信息模型創(chuàng)建來說由于相應(yīng)族庫較少，建模比一般房屋建筑難度大許多，由此開發(fā)相應(yīng)的古建筑建模插件，建立古建筑構(gòu)件族庫并實(shí)現(xiàn)共享將對古建筑建模提供幫助。

4 結(jié)語

用Revit進(jìn)行的古建筑建模是以“族”為基礎(chǔ)的建模，創(chuàng)新族的構(gòu)建方式，正確運(yùn)用族工具，建立族庫，開發(fā)相應(yīng)插件，同時(shí)加強(qiáng)不同技術(shù)的協(xié)同工作，可提高建模的效率和質(zhì)量。為了提高建模效率，不斷探索、總結(jié)和分享BIM建模技巧是非常必要的。