基于BIM 技術(shù)的中東鐵路歷史建筑數(shù)字化保護研究

1 BIM 技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是以建筑的各項數(shù)據(jù)進行建筑模型的建立，其可以將建筑物所具有的真實信息數(shù)字化。在歷史建筑保護中BIM 技術(shù)是通過建立參數(shù)化模型，將建筑的構(gòu)造資料進行數(shù)字化存檔，以3D 的形象進行還原，還能模擬真實的建筑信息。而且在歷史建筑的修繕過程也能進行數(shù)字化存檔，避免傳統(tǒng)修繕的不足，提前模擬修復，減少實際修復時對歷史建筑的傷害，更是為了后續(xù)的保護研究和利用提供技術(shù)支持。

2 中東鐵路歷史建筑的概述

2.1 中東鐵路歷史建筑的歷史背景

中東鐵路是近代中國東北地區(qū)的第一條鐵路，建于1896—1906 年期間，建成后大大加快了俄國對東北地區(qū)資源的獲取

。在獨特的歷史環(huán)境下，中東鐵路歷史建筑群在功能類型、技術(shù)與藝術(shù)表現(xiàn)上都存在著多樣性。中東鐵路歷史建筑是東北地區(qū)工業(yè)化、近代化、城市化發(fā)展歷程的實物例證，具有空間分布廣泛、遺產(chǎn)類型完整、數(shù)量豐富、價值典型及文化內(nèi)容多樣等特征。

由表1中的實驗結(jié)果可知，在沒有水參與時，CaSO 4、正己烷和正辛烷均不產(chǎn)生H 2 S;當水的質(zhì)量為1 g時，反應72 h產(chǎn)生H 2 S體積分數(shù)小于水量為10 g時的反應生成量。因此，可以證明，水是TSR生成H 2 S的必要條件，也就是說，在TSR反應過程中，溶解狀態(tài)的硫酸鹽才具有反應性。

2.2 中東鐵路歷史建筑的價值

價值往往是建筑遺產(chǎn)保護的核心問題，歷史建筑價值存續(xù)和社會的發(fā)展密切相關(guān)

，歷史建筑的保護也需要從多價值維度進行。

1）社會價值：中東鐵路沿線修建了大量的近代城鎮(zhèn)，依托鐵路構(gòu)建了完整的城鎮(zhèn)，為東北帶來了嶄新的城市形態(tài)和建筑風格。還促進了近代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使鐵路沿線城鎮(zhèn)產(chǎn)生了獨特而普遍的社會價值

。

主動脈瓣狹窄：可見明顯加快的主動脈瓣向速度，患者收縮期最大開放幅度低于16毫米；主動脈瓣關(guān)閉不全：舒張期可見主動脈瓣下返流信號，關(guān)閉間隙不小于2毫米；瓣環(huán)及二尖瓣鈣化：可見明顯增強瓣環(huán)以及二尖瓣回聲，厚度不低于3毫米；主動脈瓣鈣化：主動脈瓣葉僵硬，增厚幅度不小于3毫米，活動明顯受限[3]。

中東鐵路歷史建筑雖然在設計之初已經(jīng)對建筑的保溫進行了考慮，但年代久遠，實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在已經(jīng)難以滿足建筑的使用需求，需要考慮進行圍護結(jié)構(gòu)性能的提升，可將建好的Revit 模型導入到斯維爾分析計算軟件中，進行分析后完善對建筑保溫性能的進一步模擬，從而進行更好的保護。在中東鐵路歷史建筑修復過程中，可以直接在Revit 構(gòu)建三維模型上進行修復方案的實時模擬，減少實際施工時對建筑的損害，避免后續(xù)現(xiàn)場的人為返工。

利用3D 掃描技術(shù)后得到的歷史建筑的點云數(shù)據(jù)文件可以直接鏈接到Revit 中，而不是嵌入文件，實現(xiàn)點云信息與建筑信息模型的無損連接，可以更好、更精確地構(gòu)建中東鐵路歷史建筑模型。

通過建立中東鐵路歷史建筑整體族庫，能夠?qū)⒅袞|鐵路歷史建筑的資料和信息整合起來進行整體性保護。在Revit 中通過調(diào)整構(gòu)件標簽參數(shù)來改變幾何形體的相應尺寸，使該構(gòu)件族可以應用在更多的信息模型中，實現(xiàn)參數(shù)化的構(gòu)件族

。如上文提到的煙囪族，其參數(shù)化改變標簽的方法在其他地區(qū)的中東鐵路建筑中同樣適用，建立標準族庫再對其進行修改，這樣就可以減少工作重復，實現(xiàn)參數(shù)化的標準族庫應用。

3.1.3建立農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)準入負面清單制度 以縣為單位，針對農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境突出問題，因地制宜制定禁止和限制發(fā)展產(chǎn)業(yè)目錄，明確種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)發(fā)展方向和開發(fā)強度，強化準入管理和底線約束，分類推進重點地區(qū)資源保護和嚴重污染地區(qū)治理。

2.3 中東鐵路歷史建筑的保護現(xiàn)狀

中東鐵路至今已有120 年歷史，在建成后歷盡百年風雨，其渡過了特殊的歷史時期，到了近代城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展時期，部分中東鐵路歷史建筑被直接拆毀。其中留存的一部分被遺棄在村落中無人問津，另一部分在城市被高樓所包圍，原有周邊景觀風貌蕩然無存。其中長春寬城子鐵路附屬地所在區(qū)域內(nèi)的部分建筑已被拆除，現(xiàn)存同時期建筑7 組18 棟，其中有寬城子沙俄火車站俱樂部舊址、沙俄將校營舊址、沙俄兵營舊址等

。

3 基于BIM 技術(shù)的中東鐵路歷史建筑數(shù)字化保護意義

BIM 技術(shù)與3D 掃描技術(shù)的結(jié)合能夠通過無接觸的激光測距和反饋的條件下獲得準確的數(shù)據(jù)。獲取數(shù)據(jù)后用數(shù)字化軟件將這些歷史建筑的信息進行存儲、應用和共享，BIM 技術(shù)可以將這些文檔形成統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)庫，避免信息的遺漏和難以查看的困境，為以后的研究工作提供詳盡且清晰的基礎資料。

3.1 為歷史建筑保護提供新思路

基于BIM 技術(shù)對中東鐵路建筑的保護現(xiàn)狀和過程等基本問題入手，不僅僅是探索如何利用BIM 技術(shù)能夠形成對中東鐵路建筑保護理論、過程、方法，更是通過技術(shù)手段和實踐環(huán)節(jié)利用好BIM 技術(shù)的建筑全周期性的特點，通過軟件模擬，最大化地減少對建筑遺產(chǎn)的損害，模擬還原歷史建筑及周邊原貌，活化歷史建筑的生命力。通過新技術(shù)的引入，為中東鐵路歷史建筑的保護提供新的思路，改變中東鐵路歷史建筑保護的不利現(xiàn)狀，對中東鐵路歷史建筑的保護發(fā)展和文脈價值延續(xù)有著重大意義。

相思病得在心肺上 At heart, bitterness I’m painfully suffering

3.2 為城市發(fā)展開拓新方式

中東鐵路歷史建筑由于其獨特的歷史背景，有著極為重要的教育意義，在建筑實體保護的同時，對中東鐵路歷史建筑的數(shù)字化保護不僅僅是對建筑的建模與本體的記錄，更可以利用其虛擬性，將模型與AR、VR 相結(jié)合，使人們能夠身臨其境般的去感受那段歷史，起到更廣泛和深層次的教育作用，提升城市的經(jīng)濟效益和社會的關(guān)注。在城市高速發(fā)展的進程中，發(fā)揮中東鐵路歷史建筑的獨特性，為城市發(fā)展帶來文化和實體上的新生機。

4 基于BIM 技術(shù)的中東鐵路歷史建筑數(shù)字化保護思路

中東鐵路歷史建筑的保護和研究工作一直都在進行，多地學者對其進行不同角度的保護研究，但是由于中東鐵路工業(yè)遺產(chǎn)分布于東北三省各處，比較分散，沒有統(tǒng)一的保護模式，保護和研究也多是根據(jù)地域或建筑類型將其進行區(qū)分，有一定的局限性。BIM 技術(shù)的應用可以將中東鐵路歷史建筑作為一個大的建筑庫，進行統(tǒng)一收錄和整理，并加以保護，促進東三省對中東鐵路的共同保護，提供技術(shù)上的支持（如圖1）。

4.1 歷史建筑信息收集與整理

盡管我國在歷史建筑保護與利用方面做出了一些成果，但仍然在歷史建筑的保護和利用工作中有些許弊端，關(guān)鍵原因在于對建筑的保護思路還未更新，對歷史建筑缺少正確的價值認知和判斷，僅僅對歷史建筑的外觀進行模仿，并未對歷史建筑保護的內(nèi)涵有進一步的探究。同時政府對于歷史建筑保護的體制不夠全面，對保護環(huán)節(jié)把控不夠。

采用重復測量方差分析法，對兩組被試在不同時間點(前測、后測、追蹤)的IAS得分進行比較.采用Mauchly球形檢驗，滿足協(xié)方差矩陣球?qū)ΨQ(P>0.05).從表3可知，IAS的時間效應和交互效應均有統(tǒng)計學意義(P<0.05).經(jīng)簡單效應分析可知，與干預前相比，兩組被試的IAS得分都有所下降，但與對照組相比，實驗組IAS得分呈現(xiàn)顯著降低，其中后測和追蹤測試結(jié)果顯著低于前測(P<0.05).

通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存的8 棟建筑整體原貌保留相對較好，外立面造型形式完整，只是建筑表皮受到不同程度損壞，出現(xiàn)磚材破損、構(gòu)建酥化、墻面脫落、屋頂滲漏等現(xiàn)象（圖4）。沙俄將校營舊址還未進行大范圍修繕工作，處于荒廢狀態(tài)，處于人為損壞與自然損毀雙重破壞的狀態(tài)之中，保護情況不盡如人意。

4.2 中東鐵路歷史建筑模型與族庫建構(gòu)

3）科學價值：中東鐵路不僅反映了19 世紀末鐵路工程的技術(shù)和管理水平，其歷史建筑群也能反映當時的城市規(guī)劃和建筑設計的理念、建造技術(shù)的水平及中西建筑技術(shù)的融合。

國內(nèi)對于建筑族庫的建立多用于中國古建筑，中東鐵路與古建筑構(gòu)件也具有同樣的復雜性，在建筑數(shù)字化保護過程中使用傳統(tǒng)的設計軟件和方法會做大量的重復性工作。在構(gòu)建中東鐵路歷史建筑的模型過程中，由于每一棟建筑單體雖然大小和風格相似，但卻有所不同，根據(jù)Revit 系統(tǒng)中的族框架統(tǒng)一的分類標準進行管理，在數(shù)字化建模改變標簽參數(shù)就能得到變化后的模型。以沙俄將校營屋頂煙囪為例，根據(jù)在建立煙囪族時給與的標簽不同，能在建模時直接改變標簽的數(shù)值得到不同的大小和形狀的煙囪模型（圖2）。

4）藝術(shù)價值：中東鐵路歷史建筑的風格主要沿用俄國西伯利亞地區(qū)的建筑風格，在本土建筑與俄國的現(xiàn)代建筑風格互相融合中形成新的建筑的風格，這也是我國近代建筑史獨具特色的實例。

4.3 中東鐵路歷史建筑信息模擬

歷史建筑大多數(shù)在設計之初未對建筑防火性能進行考慮，這也是在進行歷史建筑保護時需要考慮的。Revit 模型可以直接導入PYROSIM 模擬程序中，進行火災煙氣分析，然后對建筑防火性能進行提前模擬。

1.4 隨訪觀察 患者舒適度評價取模完成后記錄患者舒適度。舒適度評級：A級，無惡心或異物感，無軟組織壓迫不適。B級，有異物感，無惡心不適，有軟組織壓迫不適。C級，異物感強烈，甚至惡心不適，有軟組織壓痛。修復完成2周后，約患者復診，對咬合情況做再次的檢查及相應的調(diào)整，并填寫滿意度調(diào)查表；修復6個月后按照改良的[4]美國公共健康協(xié)會(USPHS)標準，由一名未參與修復過程的高年資主治醫(yī)生對修復體進行檢測和評價。

2）文化價值：中東鐵路使俄國的宗教文化、語言、建筑、飲食和休閑文化，包括馬克思主義思想等，都得以傳播至東北地區(qū)，深刻影響了中國東北部區(qū)域。

4.4 歷史建筑信息展示

Revit 模型不僅僅可以像其他數(shù)字化軟件一樣展示修復前后的真實效果，還可以在同一模型上展示建筑變化的過程，能夠直觀地了解和比較建筑在各個時期的情況變化，還能動態(tài)的記錄下建筑的保護和修繕的過程?！半A段性”功能能夠很好的記錄歷史建筑建成至今的自然變化，實現(xiàn)項目數(shù)據(jù)的無損永久保存。

5 基于BIM 技術(shù)的沙俄將校營舊址建筑保護

5.1 沙俄將校營舊址存在的問題

沙俄將校營舊址是俄羅斯傳統(tǒng)民居的建筑風格，用清水磚墻體作為圍護，墻厚窗小，黑色鐵皮覆蓋雙坡屋頂，是適合在嚴寒條件下居住的房屋形式。寬城子車站鐵路用地內(nèi)原有16 棟將校營，其中現(xiàn)存8 棟。街區(qū)整體環(huán)境在總平面上雖然保留了原有的行列式，但由于后期民居的侵占，周邊多層建筑和加建建筑的夾縫中，已經(jīng)很難辨別出沙俄將校營的行列式建筑布局（圖3）。2014年，吉林省公布留存的8 棟沙俄將校舊址為省級文物保護單位。

歷史建筑有關(guān)信息的收集是歷史建筑保護的第一步，也是關(guān)鍵的一步。中東鐵路歷史建筑年代久遠，原始圖紙獲取困難，圖紙的獲取是進行測繪后重新制圖得到的。傳統(tǒng)的手工測繪效率低、準確性差，且歷史建筑不方便在建筑圍護結(jié)構(gòu)上搭建腳手架來使用基礎測繪工具進行精確測繪，稍不注意可能會對歷史建筑造成二次損害。通過3D 掃描技術(shù)可以直接在軟件中得到中東鐵路歷史建筑的三維模型，獲得詳細的三維點云數(shù)據(jù)。

肉羊生產(chǎn)中通常還存在生產(chǎn)性能低與繁殖率低的問題，多數(shù)綿羊會受到季節(jié)性發(fā)情期的影響，一年最多只能完成一產(chǎn)，限制肉羊生產(chǎn)環(huán)節(jié)中利潤的獲取空間，直接影響肉羊養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。因此，可以進一步采用兩年三產(chǎn)高頻繁殖技術(shù)，通過人工授精、冷凍精液等多種模式實現(xiàn)集中配種、集中生產(chǎn)，極大提升公羊資源的利用率，節(jié)省養(yǎng)殖成本和風險。另外，在營養(yǎng)、繁殖季節(jié)以及激素誘導等方面進行必要的調(diào)控，實現(xiàn)羊羔的早期斷奶，母羊盡早發(fā)情配種，提升繁殖指數(shù)，有效縮短肉羊的飼養(yǎng)周期，帶來良好的經(jīng)濟效益[3]。

5.2 沙俄將校營建模數(shù)據(jù)來源

足夠的信息采集是準確構(gòu)建沙俄將校營舊址的BIM 模型的基礎與關(guān)鍵，沙俄將校營舊址已歷經(jīng)百年，建成時間長，產(chǎn)權(quán)多次變更，原始圖紙和資料難以獲得，BIM 建模數(shù)據(jù)主要的來源是通過建筑現(xiàn)場勘探和點云數(shù)據(jù)的采集。

5.3 沙俄將校營建筑族的構(gòu)建規(guī)劃

沙俄將校營舊址建筑結(jié)構(gòu)為磚木結(jié)構(gòu)，由石勒腳或磚勒腳、紅磚和青磚混合砌筑的墻體，屋頂皆為組合式坡屋頂建筑，平面呈長方形，部分在建筑的主入口處設置門斗或馬頭墻門坊。建筑、門窗洞口有過梁進行裝飾、建筑周邊有隅石裝飾，屋頂有懸臂桿件等

。Revit 軟件中基礎族庫和樣板文件并不能完全滿足沙俄將校營舊址建筑建模時的要求，在創(chuàng)建一個標準化的構(gòu)件族時，構(gòu)件的名稱、功能、材料等信息都可以添加到信息模型中，有一些沙俄將校營舊址建筑特殊的構(gòu)建需要在整體建模時提前創(chuàng)建特定的族（表1）。

5.4 沙俄將校營舊址建筑的模型建構(gòu)

沙俄將校營舊址建筑是特殊時期形成的西式建筑中國本土化風格，與中國古建筑建模有一定相似性，且BIM 軟件的建模是以實際建造過程為基礎，與沙俄將校營舊址建筑的建造方式相匹配。將點云數(shù)據(jù)鏈入Revit 后確立建筑的標高和軸網(wǎng)作為建造模型的參考標準。在建立墻體模型時，主要是依靠點云數(shù)據(jù)定出大概的輪廓繪制墻面和屋頂，再依次插入構(gòu)建好的門窗族，最后需要載入轉(zhuǎn)角隅石族和磚勒腳等細部已經(jīng)構(gòu)建好的族。以4 號將校營為例，雙坡硬山式屋頂在屋檐和山墻上做疊澀處理和裝飾紋理，在建立屋頂模型時需要先建立常規(guī)坡屋頂模型，然后使用放樣命令增加懸臂桿件和屋頂煙囪等構(gòu)件（圖5）。

6 結(jié)語

中東鐵路沿線建筑遺存數(shù)量龐大、功能類型豐富、且各重要時期均有典型遺存保留下來，共同構(gòu)成了一個完整且歷史信息豐富的體系，是國內(nèi)獨特的線性鐵路工業(yè)遺產(chǎn)的研究樣本。在數(shù)字化時代的大趨勢下，能依托互聯(lián)網(wǎng)讓公眾更好地了解和參與遺產(chǎn)保護，以BIM 技術(shù)為載體，對中東鐵路歷史建筑的保護不僅要讓其繼續(xù)留存，修舊如舊，還要讓它“活起來”，真實、完整地傳給后代，還能利用中東鐵路的特殊性進行身臨其境的愛國教育展示，為現(xiàn)今的城市發(fā)展煥發(fā)新的活力。

腌制好的肉以及大豆組織蛋白、玉米變性淀粉、色素、孜然粉、冰糖、水放入攪拌機中進行攪拌，攪拌時間15min。

[1]吳文銜，張秀蘭.早期中東鐵路簡史[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社，2014.

[2]劉永輝，李曉峰，吳奕葦.空間遺產(chǎn)視角下閩南家族書院遺產(chǎn)價值探討——以泉州永春碧溪堂為例[J].建筑師，2020（4）：116-122.

[3]權(quán)夢琪.近代中東鐵路南段沿線城鎮(zhèn)體系與形態(tài)特征研究[D].大連：大連理工大學，2020.

[4]李琦，劉大平.建筑文化遺產(chǎn)群落的多樣性特征解讀——以中東鐵路為例[J].建筑師，2017（05）：101-105.

[5]張家浩.我國工業(yè)遺產(chǎn)信息采集與管理體系建構(gòu)研究[D].天津：天津大學，2018.

[6]倪城峰.中東鐵路寬城子車站歷史文化街區(qū)保護更新研究[D].長春：吉林建筑大學，2019.