傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫的研究與建設(shè)★

程一琳 畢詠力 李衛(wèi)俊 趙 貞

(1.山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012；2.山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030032)

建筑是文化的載體、發(fā)展的足跡，傳統(tǒng)建筑因其具有獨(dú)特的造型、靈活、完美合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)架體系,是我們無價(jià)的歷史文化傳承瑰寶，而中國傳統(tǒng)建筑更是歷史、政治、經(jīng)濟(jì)、文化的凝聚物，不同時(shí)代的建筑見證了不同的政治、文化和審美，不同的民族建筑也有獨(dú)特的風(fēng)格。

國內(nèi)大量傳統(tǒng)建筑修復(fù)證明，在傳統(tǒng)建筑施工的傳統(tǒng)工藝方面，諸如大木作、瓦作、石作、油飾彩繪等工藝，由于傳統(tǒng)建筑造型復(fù)雜多變，研究設(shè)施的不健全和修復(fù)工具老舊落后，導(dǎo)致傳統(tǒng)工藝得不到更好地保護(hù)和發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，建筑行業(yè)也在不斷積極探索一條高效率、低能耗、低污染的可持續(xù)發(fā)展道路。對于傳統(tǒng)建筑工程施工技術(shù)來說，如何利用現(xiàn)代技術(shù)手段完成傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)信息收集，并為保護(hù)、傳承與發(fā)展傳統(tǒng)建筑提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)成為傳統(tǒng)建筑施工的重難點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設(shè)背景

對應(yīng)行業(yè)、企業(yè)現(xiàn)狀：傳統(tǒng)建筑維護(hù)修繕工程復(fù)雜且耗資大，隨著各地歷史文化名城對傳統(tǒng)建筑文化和恢復(fù)歷史文明古城名譽(yù)的不斷看重，傳統(tǒng)建筑行業(yè)的未來前景可觀。目前，能夠指導(dǎo)傳統(tǒng)建筑施工的設(shè)計(jì)、規(guī)劃大部分是通過歷史書籍、地方志等相關(guān)資料進(jìn)行復(fù)原，缺少更為真實(shí)、直觀的數(shù)據(jù)支撐。

順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢：隨著信息技術(shù)、三維掃描技術(shù)、BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，以及在建筑施工領(lǐng)域的深度應(yīng)用，傳統(tǒng)建筑無損測繪，實(shí)體還原有了有利的技術(shù)支撐與保障。

響應(yīng)政府、行業(yè)規(guī)定：《文物保護(hù)法》《文物保護(hù)法實(shí)施條例》《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護(hù)條例》《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)文化遺產(chǎn)保護(hù)的通知》《城市紫線管理辦法》《歷史文化名城保護(hù)規(guī)劃規(guī)范》等文件都明確提出了加強(qiáng)對歷史文化名城、歷史遺址遺跡重點(diǎn)保護(hù)的要求。如何對古代建筑進(jìn)行無損測繪、保護(hù)，如何研究古代傳統(tǒng)的施工工藝、材料，如何創(chuàng)造更好的現(xiàn)代仿古建筑，是擺在傳統(tǒng)建筑維保、施工企業(yè)面前的一個(gè)重大課題。

2 傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設(shè)目的

古建筑是一代又一代建筑業(yè)者集體智慧的結(jié)晶，隨著朝代更迭、戰(zhàn)爭霍亂、自然災(zāi)害的發(fā)生，很多傳統(tǒng)建筑都遭受了不同程度的損壞，甚至消亡。隨著科技的不斷發(fā)展，通過信息技術(shù)合理高效的存儲(chǔ)管理傳統(tǒng)建筑各類數(shù)據(jù)資料，實(shí)現(xiàn)信息共享，為傳統(tǒng)建筑監(jiān)測、保護(hù)及修繕提供“一手”資料，對傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)、工藝的研究、保護(hù)、傳承與發(fā)展提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設(shè)方案

3.1 建設(shè)目標(biāo)

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫通過將信息技術(shù)、三維掃描技術(shù)、BIM技術(shù)、可視化交底技術(shù)融合應(yīng)用，將原始測繪數(shù)據(jù)、構(gòu)件BIM模型、施工工藝整合至同一平臺(tái)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)資源的共享，對傳統(tǒng)建筑、歷史遺址遺跡原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化建檔留存起到了關(guān)鍵作用,使得傳統(tǒng)技術(shù)、工藝在新時(shí)代得以延續(xù)、發(fā)展。

3.2 技術(shù)方案

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設(shè)，通過三維掃描技術(shù)獲取歷史文物、遺址、遺跡精確的原始數(shù)據(jù)；利用BIM技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)建筑測繪圖標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則對測繪得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型復(fù)原工作；三維掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)建筑施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、傳統(tǒng)建筑測繪圖標(biāo)準(zhǔn)以及復(fù)原后的BIM模型均統(tǒng)一收錄在傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫中建檔留存。實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。

1)系統(tǒng)建設(shè)。系統(tǒng)部署圖見圖1。

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫采用SQL server數(shù)據(jù)庫，通過編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)資料的存儲(chǔ)。傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫按照傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)采集所在地域，以及建筑構(gòu)造形式進(jìn)行規(guī)則分類及目錄建立，分為數(shù)字模型庫及構(gòu)件庫，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑數(shù)字資料的規(guī)范、永久保存。采用TOMCAT服務(wù)器進(jìn)行部署，實(shí)現(xiàn)用戶的在線訪問、查詢與檢索，見圖2，圖3。

2)三維掃描技術(shù)。傳統(tǒng)建筑保護(hù)最基礎(chǔ)的工作即傳統(tǒng)建筑測繪。三維激光掃描技術(shù)以其精度高、無接觸、全面性等優(yōu)勢，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)測繪方式，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)建筑的精準(zhǔn)測量，測量取得實(shí)地實(shí)物的尺寸和數(shù)據(jù)，可以繪制出一套完整的傳統(tǒng)建筑三維圖，保護(hù)由歷史建筑、環(huán)境要素等構(gòu)成的物質(zhì)空間和社會(huì)生活等所傳達(dá)的各種信息的真實(shí)性，見圖4。

采用三維掃描技術(shù)對傳統(tǒng)建筑進(jìn)行測繪，其單點(diǎn)向掃描精度達(dá)毫米級，且掃描間距可達(dá)亞毫米級，因而能將復(fù)雜、不規(guī)則的傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)快速、完整地進(jìn)行采集。將得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、優(yōu)化、拼接整合形成完整的掃描數(shù)據(jù)，得到歷史建筑、遺址遺跡的原始數(shù)據(jù)、空間關(guān)系等重要資源，見圖5。

3)BIM技術(shù)。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用范圍、應(yīng)用深度的不斷擴(kuò)展，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建筑的模擬建立，已成為建筑行業(yè)設(shè)計(jì)校驗(yàn)、施工管理、工料分析的重要技術(shù)手段。

利用三維測繪得到的傳統(tǒng)建筑構(gòu)件外觀、尺寸、制式等原始數(shù)據(jù)，結(jié)合BIM技術(shù)，參考傳統(tǒng)建筑構(gòu)件特點(diǎn)和施工工藝實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑原貌模型復(fù)原。通過在BIM模型中逆向模擬檢驗(yàn)榫卯的外觀、尺寸、拼接方式和構(gòu)件的疊放次序，并將BIM構(gòu)件進(jìn)行整理建檔，建立傳統(tǒng)建筑構(gòu)件庫，使古建設(shè)計(jì)、施工中有了充足的理論、數(shù)據(jù)依據(jù)，復(fù)原后的傳統(tǒng)建筑原貌通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行展示，進(jìn)一步煥發(fā)我國傳統(tǒng)建筑的繁華氣象和歷史風(fēng)采，見圖6。

4)可視化工藝交底技術(shù)。在傳統(tǒng)建筑中的傳統(tǒng)工藝方面，由于傳統(tǒng)建筑造型復(fù)雜多變，研究設(shè)施的不健全和修復(fù)工具老舊落后，傳統(tǒng)的古建工藝的傳承依靠的是“師帶徒、言傳身教”，“言傳”未必聽得懂，“身教”未必碰得上，諸多優(yōu)秀的傳統(tǒng)工藝隨著時(shí)間的推移而消失。

隨著音視頻技術(shù)、動(dòng)畫制作、影視編輯技術(shù)的不斷發(fā)展，施工技術(shù)交底文件實(shí)現(xiàn)了通過可視化的方式進(jìn)行宣講、培訓(xùn)。通過將BIM模型與傳統(tǒng)施工工藝、施工技術(shù)相結(jié)合，采用3Dmax，Photoshop，Premiere等軟件制作專項(xiàng)技術(shù)視頻動(dòng)畫，更加形象直觀、生動(dòng)的展示傳統(tǒng)建筑施工節(jié)點(diǎn)、工藝、工序，使傳統(tǒng)工藝得到更好地保護(hù)、傳承與發(fā)展，見圖7。

3.3 建設(shè)成果

通過將信息技術(shù)、三維掃描技術(shù)、BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、視頻動(dòng)畫技術(shù)融合應(yīng)用建設(shè)了傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫，信息庫共包含兩部分：傳統(tǒng)建筑數(shù)字模型庫及建筑構(gòu)件信息庫。目前，信息庫中已收錄23個(gè)傳統(tǒng)建筑的三維掃描測繪原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；31個(gè)單體建筑的三維模型，以及12 000余件BIM構(gòu)件；傳統(tǒng)建筑施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、傳統(tǒng)建筑測繪圖標(biāo)準(zhǔn)7冊，均按照初期建設(shè)規(guī)劃統(tǒng)一建檔留存，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫的建設(shè)，對面臨失傳的施工工藝，瀕臨倒塌、亟待修復(fù)的傳統(tǒng)建筑的數(shù)據(jù)保存起到了關(guān)鍵作用。特別是三維掃描技術(shù)、BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用，在充分發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)的專業(yè)優(yōu)勢的同時(shí)，將各類數(shù)據(jù)融合至同一系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化建檔保存，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、開放式管理。對完善傳統(tǒng)建筑修繕和新建的規(guī)則體系，保證修舊如舊、建新如舊、符合制式，讓更多的傳統(tǒng)建筑原始數(shù)據(jù)、施工工藝得以更好地保留，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值不是金錢可以衡量的。

在開展研究的同時(shí),積極宣傳歷史文化建筑，喚醒行業(yè)對傳統(tǒng)建筑的保護(hù)意識，掌握正確的保護(hù)方法，使得傳統(tǒng)工藝在新時(shí)代得以繼承、延續(xù)、發(fā)展,促進(jìn)國家對傳統(tǒng)建筑的積極修繕與科學(xué)保護(hù)，推動(dòng)傳統(tǒng)建筑的健康發(fā)展，在促進(jìn)以古建遺存為特色的旅游產(chǎn)業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮作用。