BIM技術(shù)在古建筑修復(fù)中的應(yīng)用
——以萬(wàn)載祠堂群修繕工程為例

梁倫鵬 華東交通大學(xué)理工學(xué)院

凌燕雯 華東交通大學(xué)理工學(xué)院

張 玲 南昌交通學(xué)院講師

1 中國(guó)古建筑維護(hù)的現(xiàn)狀

我國(guó)作為四大文明古國(guó)之一，擁有悠久的歷史，遺留了大量風(fēng)格各異的古建筑。這些古建筑既是研究歷史的重要實(shí)物資料，又是文化傳承的載體，具有極高的價(jià)值，比如現(xiàn)存的北京故宮、八達(dá)嶺長(zhǎng)城、洛陽(yáng)白馬寺、拉薩大昭寺等。但是由于受到氣候變化、人為因素的影響，這些建筑都遭到不同程度的損壞，或者由于城市發(fā)展的需要和當(dāng)時(shí)的技術(shù)不夠完善不得已被迫拆除；或者因?yàn)闀r(shí)間的推移及地質(zhì)條件的不斷變化，逐漸淹沒(méi)在歷史長(zhǎng)河里。

面對(duì)現(xiàn)有古建筑遭到嚴(yán)重破壞的現(xiàn)狀，我國(guó)更加重視保護(hù)這些古建筑，并且積極采取各種保護(hù)措施。在進(jìn)行古建筑保護(hù)的早期階段，積極采用了各種數(shù)字建模技術(shù)，包括數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法、數(shù)字地圖、建筑工地實(shí)測(cè)制圖、激光掃描測(cè)量和紅外測(cè)量等。然而，這些數(shù)字技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在相關(guān)維護(hù)方面存在一定的局限性，只是通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)字技術(shù)將古建筑物的相關(guān)信息應(yīng)用在多媒體可視化中，缺少多維度的價(jià)值探索[1]。

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷普及和應(yīng)用，人們的數(shù)字化理念不斷加強(qiáng)，全國(guó)各地區(qū)在古建筑保護(hù)工作中逐漸采用了多功能的數(shù)字化信息技術(shù)。通過(guò)激光掃描測(cè)繪等技術(shù)獲取相關(guān)建筑信息，并將這些數(shù)據(jù)回傳到文物管理部門(mén)。古建筑數(shù)據(jù)信息在短時(shí)間內(nèi)快速增加，以至于相關(guān)部門(mén)在古建筑數(shù)據(jù)信息的管理過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，如古建筑信息回傳時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷層、數(shù)據(jù)包丟失等現(xiàn)象。這些問(wèn)題使得古建筑數(shù)字信息在模型重現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)偏差，最終導(dǎo)致相關(guān)文件無(wú)法使用。由于相關(guān)技術(shù)的限制，數(shù)字信息技術(shù)在早期古建筑修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于基礎(chǔ)的二維表達(dá)階段，使用這些技術(shù)獲得的古建筑信息成果大多用表格、圖紙等方式進(jìn)行表達(dá)，使得信息缺乏空間立體感，不能準(zhǔn)確反映我國(guó)古建筑材料、空間及結(jié)構(gòu)之間的邏輯關(guān)系，在實(shí)際修復(fù)應(yīng)用中的效果不明顯[2]。

2 古建筑修復(fù)存在的問(wèn)題

2.1 保護(hù)意識(shí)薄弱

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，許多古建筑由于各種原因被迫拆除，像北京市的地安門(mén)、天津市的敕建大王廟以及開(kāi)封市的二曾祠、玉皇閣等。近年來(lái)，雖然我國(guó)提高了對(duì)古建筑維護(hù)的重視程度，但是由于各方面的原因，公眾對(duì)古建筑的保護(hù)意識(shí)依舊不強(qiáng)。最主要的原因有以下幾點(diǎn)：第一，我國(guó)人口基數(shù)大，人們受教育程度不一，很多人缺乏古建筑保護(hù)意識(shí)；第二，文物保護(hù)部門(mén)宣傳力度不足，大多以文件的形式發(fā)表在網(wǎng)絡(luò)上，導(dǎo)致公眾對(duì)古建筑維護(hù)現(xiàn)狀缺乏一定的認(rèn)知；第三，相應(yīng)的古建筑管理部門(mén)缺乏管理意識(shí)，以南昌市的繩金塔為例，有關(guān)部門(mén)對(duì)它的保護(hù)僅僅只是在入口掛上禁止入內(nèi)的標(biāo)識(shí)，并沒(méi)有真正意義上進(jìn)行維護(hù)[3]。

2.2 古建筑維護(hù)方法不恰當(dāng)

當(dāng)前的古建筑維護(hù)和改造工作更多是關(guān)注古建筑的外觀，對(duì)于古建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻不夠重視。在裝飾維護(hù)過(guò)程中，相關(guān)維護(hù)人員只會(huì)根據(jù)原來(lái)的古建筑外部造型，采用大量相似度較高的現(xiàn)代工藝材料進(jìn)行裝飾維護(hù)，忽視原先結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題。有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)因?yàn)榫S修工作而導(dǎo)致老建筑的結(jié)構(gòu)受損，從而給整個(gè)建筑埋下了安全隱患。在對(duì)古建筑內(nèi)部進(jìn)行改造維護(hù)的過(guò)程中，相關(guān)人員大多采用鋼筋混凝土進(jìn)行加固，有的甚至在原先的純木結(jié)構(gòu)上涂水泥，再加上用現(xiàn)代木板進(jìn)行裝飾，完全抹殺了原有結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)。在當(dāng)下古建筑維護(hù)相關(guān)法律法規(guī)不健全下類(lèi)似情況尤為嚴(yán)重。因?yàn)楣沤ㄖ木S護(hù)工作大都以企業(yè)為單位開(kāi)展，在維護(hù)修繕的過(guò)程中缺乏相應(yīng)的管理，施工方大量采用廉價(jià)裝修材料以獲取高額利潤(rùn)。

3 BIM技術(shù)概述

BIM 技術(shù)以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)，具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問(wèn)題。一個(gè)完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源，是對(duì)工程對(duì)象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用。

BIM 技術(shù)是對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行集成的理論模型，并在相應(yīng)的模型上進(jìn)行再設(shè)計(jì)、再建造的理論技術(shù)，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5 個(gè)特點(diǎn)，得到業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注與認(rèn)可。BIM 技術(shù)以三維模擬信息為瀏覽基礎(chǔ)，記錄了建筑在整個(gè)生命周期的全部信息。古建筑修復(fù)承接公司可以使用BIM 技術(shù)對(duì)整個(gè)流程中的信息進(jìn)行匯總和分析，以便讓項(xiàng)目各方了解工期、成本、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況等項(xiàng)目基本信息。

4 BIM技術(shù)在古建筑修復(fù)過(guò)程中的應(yīng)用

4.1 在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

（1）具有強(qiáng)大的可塑性。BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行多方位模擬。在萬(wàn)載祠堂的修繕過(guò)程中，因?yàn)槿f(wàn)載祠堂占地面積過(guò)大，給相關(guān)維護(hù)工作造成了困擾，加上年久失修及其他原因，有些地方出現(xiàn)了明顯的破損，有些祠堂甚至已經(jīng)看不出原貌，只留下少量的文字記載，可以借助BIM 技術(shù)進(jìn)行修復(fù)[4]。

（2）加快古建筑的信息化進(jìn)程。以萬(wàn)載祠堂的清代全木結(jié)構(gòu)為例，BIM 技術(shù)提供了不同方向的協(xié)同合作平臺(tái)，通過(guò)建立全木結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)模塊，不斷將實(shí)物信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字三維信息。這些信息可以通過(guò)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分享，使其他人了解萬(wàn)載祠堂的具體信息，全面促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代文物建筑保護(hù)的信息化和現(xiàn)代化發(fā)展。

（3）整合古建筑周?chē)沫h(huán)境信息。古建筑的修繕與周邊環(huán)境息息相關(guān)，不同的地理位置都有其水文特點(diǎn)，要因地制宜進(jìn)行修繕工作。以萬(wàn)載祠堂為例，其占地面積大，周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜，通過(guò)使用BIM技術(shù)可以整合古建筑周?chē)沫h(huán)境信息，根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)找出最有利的修繕?lè)绞絒5]。

4.2 在施工階段的應(yīng)用

在施工維護(hù)階段，以古建筑維護(hù)為目標(biāo)導(dǎo)向，整合前期項(xiàng)目設(shè)計(jì)模型，收集施工維護(hù)階段的人員、現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境信息，形成相應(yīng)的管理系統(tǒng)。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)接收感受器，采集維護(hù)過(guò)程中古建筑的設(shè)備能耗、溫濕度分布、節(jié)能診斷以及報(bào)警信息等數(shù)據(jù)。在三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及管理，甚至能夠回溯歷史，模擬古建筑在未來(lái)時(shí)間段的運(yùn)行狀態(tài)，從而能夠以該管理系統(tǒng)為紐帶，通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)古建筑進(jìn)行全方面維護(hù)。

在施工維護(hù)安全生產(chǎn)方面，施工人員借助BIM 信息管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)查看施工現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)信息。另外，施工人員還可以通過(guò)施工個(gè)人端上傳施工日志，施工日志會(huì)自動(dòng)回傳到數(shù)據(jù)終端并加以保存。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)安全員進(jìn)行日常安全檢查時(shí)，可以通過(guò)BIM 信息管理系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的施工安全日期匯總表，進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)核檢查，極大地提升了安全復(fù)核的效率和準(zhǔn)確性。BIM 信息管理系統(tǒng)能夠?yàn)槭┕ぬ峁┐罅康默F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，有效提高了古建筑在維護(hù)施工過(guò)程中的規(guī)范性以及安全性。相較于傳統(tǒng)的施工工藝階段，以BIM 技術(shù)為核心的管理系統(tǒng)能夠更好地記錄和總結(jié)古建筑的建造流程和建造技巧，為未來(lái)相關(guān)的古建筑修復(fù)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)對(duì)古建筑維護(hù)修繕?lè)矫娴墓ぷ骶哂袠O強(qiáng)的正向指導(dǎo)性，可以融合各種現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，然后快速建立古建筑的三維動(dòng)態(tài)模型和數(shù)字化信息資源共享庫(kù)，為建筑的保護(hù)、修復(fù)以及歷史文化的傳承提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。雖然古建筑修繕工作屬于傳統(tǒng)行業(yè)，缺乏真正的BIM技術(shù)指導(dǎo)，且一般的古建筑修繕工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，存在大量的安全隱患，統(tǒng)一拆除過(guò)程中難免出現(xiàn)建筑大面積損壞等問(wèn)題，但是通過(guò)BIM 技術(shù)獨(dú)特的信息集成優(yōu)勢(shì)，可以讓建筑從設(shè)計(jì)、施工到修復(fù)完善實(shí)現(xiàn)全周期運(yùn)行。通過(guò)三維信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以收集各方面的信息并對(duì)其進(jìn)行整合加工，修復(fù)團(tuán)隊(duì)、施工單位、設(shè)施運(yùn)營(yíng)部門(mén)等各方人員都可以通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)合作，從而可以有效提高工作質(zhì)量和工作效率，使修復(fù)的效果達(dá)到最佳。