綿陽云臺觀玄天宮大殿BIM空間模型與信息化網(wǎng)站建設(shè)研究

楊 晴，鄒 濤，孫佳明，魏 玥，覃 晴

（西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院，四川 成都 611756）

1 研究背景及研究對象

1.1 研究背景

《國家文物事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，實施“互聯(lián)網(wǎng)+中華文明”三年行動計劃，堅持政府積極引導(dǎo)、社會共同參與，推動互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承、創(chuàng)新與發(fā)展深度融合，充分發(fā)揮市場作用，通過觀念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，推動文物信息資源開放共享。因此，建設(shè)國家文物基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大勢所趨。古建筑文化遺產(chǎn)作為文物基礎(chǔ)資源中不可缺少的一部分，理應(yīng)與現(xiàn)代的數(shù)字信息技術(shù)相結(jié)合，以促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。古建筑的形式統(tǒng)一及其與環(huán)境的結(jié)合使其具有突出的價值。

然而，受自然災(zāi)害與歷史條件等影響，部分古建筑因為數(shù)據(jù)資料缺失難以修復(fù)。例如2019年正搭起腳手架進(jìn)行維修工程的巴黎圣母院遭遇大火，有674年歷史的巴黎圣母院的標(biāo)志性尖頂被燒斷，坍塌倒下，難以修復(fù)。因此，建筑信息化技術(shù)的介入對保存歷史建筑及其文化具有重要作用。

1.2 研究對象

四川綿陽云臺觀是明代皇家道觀，是四川省現(xiàn)存規(guī)模最大的道教建筑群，位于四川省三臺縣城南40 km的安居鎮(zhèn)云臺山，距成都約135 km。本文選取其具有代表性的玄天宮大殿進(jìn)行研究，通過建立玄天宮信息模型，為玄天宮的保護(hù)及修復(fù)工作提供支持，豐富我國古建筑數(shù)據(jù)庫，并建立屬性數(shù)據(jù)庫，對建筑進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)字化管理，實現(xiàn)建筑信息的實時查詢和更新，以便后期的維護(hù)和修繕。

2 研究方法

基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)的古建筑模型構(gòu)建的基本思路是：采用多種三維掃描手段，如高精度地面架站式掃描儀等掃描設(shè)備獲取古建筑點(diǎn)云數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提取可利用信息用于模型構(gòu)建，在Revit軟件中進(jìn)行建模。

將建筑數(shù)據(jù)整理錄入，建立建筑屬性信息庫和信息化網(wǎng)站，保證建筑數(shù)據(jù)得到完整的保護(hù)，并且作為虛擬導(dǎo)向為今后的古建筑旅游開發(fā)提供幫助。

3 BIM建模主要步驟

玄天宮Revit模型的建立基于實景圖像資料和CAD圖紙資料，通過Revit軟件完成。第一步，研究其結(jié)構(gòu)并將建筑整體分解為多個構(gòu)件，明確每個構(gòu)件的屬性后將其輸入Revit軟件建立對應(yīng)的族文件；第二步，根據(jù)其建筑結(jié)構(gòu)載入相應(yīng)構(gòu)件族文件進(jìn)行組裝，形成完整的BIM[1]；第三步，整合BIM所包含的數(shù)據(jù)信息，建立詳細(xì)的構(gòu)件索引表格，完成BIM信息的輸出以便于后期網(wǎng)站建設(shè)。

3.1 族的構(gòu)建

“族”模型包括建筑中出現(xiàn)的所有圖元，如墻、梁、板、柱、門、窗等。它作為建立整體建筑模型的基礎(chǔ)，應(yīng)在初期予以考慮。 “族”的構(gòu)建主要從兩種類型出發(fā)，即系統(tǒng)自帶的族和需要自定義完成的族。前者可以在系統(tǒng)中直接找到并選擇，或進(jìn)行一定程度的修改后直接使用。后者則要求首先創(chuàng)建“族”類型，分類保存；然后立體化 “族”模型，根據(jù)其三維視圖建立完整“族”樣板；接著賦予“族”模型紋理信息，使其顯示構(gòu)件材質(zhì)、花紋等信息——可以通過系統(tǒng)選取或自定義方式，根據(jù)實際對圖片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、變色等處理，使“族”符合實際場景；最后保存信息并將其應(yīng)用于之后的模型建立中。

3.2 模型的建立

整體模型的建立主要包括以下步驟。

第一步，建立標(biāo)高和軸網(wǎng)。前者主要確定建筑物各層高度關(guān)系、室內(nèi)外高差控制、屋頂標(biāo)高數(shù)據(jù)、檐角或其他標(biāo)志性構(gòu)件位置等；后者則對梁、板、柱、墻、門、窗等具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面定位。將軸網(wǎng)應(yīng)用至不同標(biāo)高，可以幫助研究者對建筑進(jìn)行初步布置，這是模型建立的基礎(chǔ)。

第二步，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料和具體施工順序要求，將構(gòu)件“族”模型插入并及時調(diào)整尺寸參數(shù)，使其符合實際情況（標(biāo)高、位置）。

第三步，對照實際古建筑，完善模型的屬性信息，如保存情況、所屬科目，并調(diào)整模型，布置場地，對模型進(jìn)行完善，形成最終效果，見圖1。

圖1 BIM效果圖

3.3 模型信息輸出

為實現(xiàn)信息模型更廣泛的應(yīng)用與分析，將前述BIM中包含的構(gòu)件及其屬性進(jìn)行分級，分為A、B、C 3個等級[2],整合并形成數(shù)據(jù)庫，見圖2。

圖2 建筑數(shù)據(jù)庫分級示意圖

A等級為整座玄天宮建筑；B等級為臺基、柱類、斗拱、梁架、屋頂、圍護(hù)6個部分；C等級則更加精細(xì)，為具體構(gòu)件及其尺寸、材質(zhì)、紋理、保存狀態(tài)等基本信息。將每級構(gòu)件編碼入庫，與前述BIM共同構(gòu)成玄天宮的數(shù)據(jù)庫，以便于構(gòu)件信息的調(diào)取、統(tǒng)一管理、組裝、檢查錯誤等，也能方便建筑的日常維護(hù)和修繕以及信息化網(wǎng)站的建設(shè)[3]。

4 信息化網(wǎng)站構(gòu)建

玄天宮信息化網(wǎng)站編程系統(tǒng)采用MySQL8.0系統(tǒng)[4]。該網(wǎng)站是一個信息查詢系統(tǒng)，主要包括整體觀賞和細(xì)節(jié)查詢兩方面功能。為保證數(shù)據(jù)庫使用的共享性，體系結(jié)構(gòu)采用瀏覽器/服務(wù)器模式（B/S），見圖3。開發(fā)語言使用方面，使用HTML，JavaScript，CSS編寫網(wǎng)頁前端，使用SQL完成屬性數(shù)據(jù)庫部分，使用Java進(jìn)行網(wǎng)頁與數(shù)據(jù)庫的連接。測試運(yùn)行環(huán)境使用Chrome瀏覽器和Win10系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫使用SQLSever2016版本[5]。

圖3 信息化網(wǎng)站建設(shè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

將前期整理的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)站，建成信息化網(wǎng)站，見圖4，將玄天宮建筑的構(gòu)件信息統(tǒng)一管理，以便玄天宮建筑數(shù)據(jù)的查詢及修改完善[6]。

圖4 玄天宮建筑信息網(wǎng)站查詢示意圖

5 結(jié)束語

綿陽云臺觀玄天宮大殿的BIM空間模型與信息化研究是一項綜合性的技術(shù)工作，首先采用多種三維掃描手段獲取古建筑點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理、提取，其次基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)得到的信息在Revit軟件中進(jìn)行BIM建模，最后將古建筑數(shù)據(jù)整理錄入專屬的信息庫，保證建筑數(shù)據(jù)得到完整的保護(hù)，并且開發(fā)信息化網(wǎng)站作為虛擬導(dǎo)向為今后的古建筑旅游開發(fā)提供幫助。在實際應(yīng)用與操作中，項目成果也有待完善之處。玄天宮構(gòu)件數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用意義大于其借鑒意義，整體建筑信息模型的普適性有限。

古建筑保護(hù)不僅包括對玄天宮這類保存完好的單體建筑建模，還包括對大型古建筑與古建筑集群以及場地環(huán)境的信息進(jìn)行保存。隨著計算機(jī)技術(shù)、三維激光掃描儀、GIS、BIM等技術(shù)的快速發(fā)展，古建筑的BIM數(shù)據(jù)庫內(nèi)容會日益豐富，功能也會逐漸強(qiáng)大。其中，古建筑構(gòu)件建模具有精細(xì)化與共享化趨勢。精細(xì)化要求每個構(gòu)件的信息完整，而共享化要求不同建筑基礎(chǔ)構(gòu)件共享。共享化為精細(xì)化的基礎(chǔ)，它節(jié)約了重復(fù)建模的時間，以便模型更好地體現(xiàn)不同建筑的獨(dú)特細(xì)節(jié)。在玄天宮信息化網(wǎng)站建設(shè)中，除古建筑數(shù)據(jù)的查詢和基礎(chǔ)的模型展示外，還將為游客提供更多線上線下交互體驗，并且為數(shù)據(jù)庫管理者提供屬性信息的修改功能，以適應(yīng)不斷精密的測繪工具可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變化。