基于BIM技術(shù)的三江典型傳統(tǒng)民居建模思路、方法與過程

文_ 鄧?yán)娣剑ㄍㄓ嵶髡撸◤V西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士）

馮光澍（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，學(xué)生工作處處長，高級工程師，碩士）

隨著城市化進(jìn)程的加快和人們對居住舒適性需求的提高，越來越多的傳統(tǒng)民居在我們的視野中消失，其保護(hù)和傳承迫在眉睫。新技術(shù)的出現(xiàn)，為傳統(tǒng)民居的保護(hù)、傳承與更新提供了新的思路。BIM技術(shù)能夠記錄工程項目全生命周期各個階段的各種信息，可以通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物所具有的真實信息，為保護(hù)與傳承傳統(tǒng)民居提供了數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。

目前，我國有部分學(xué)者嘗試將BIM技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)民居的建設(shè)與保護(hù)中。杜世虎、高建、李昶嶸、文均等人探討了如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)民居的保護(hù)；沈源、邢亮、周陽討論了BIM技術(shù)在歷史建筑保護(hù)中的應(yīng)用；董楊、張劭燾、常鴻飛基于BIM技術(shù)對民居的營造進(jìn)行研究；張澤鑫、伍錫梅、王尨等人將BIM技術(shù)與綠色建筑相結(jié)合進(jìn)行研究；王一甍、孫旭陽將BIM技術(shù)應(yīng)用于被動式低能耗鄉(xiāng)村住宅原型設(shè)計……雖然我國學(xué)者對BIM技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)民居的形式做了一定的研究，但研究的廣度、深度和力度仍有欠缺。本文有針對性地將應(yīng)用BIM技術(shù)的廣西柳州市三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居作為研究對象，在實踐中記錄并留存三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居的建筑信息，為進(jìn)一步研究三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居打下堅實的基礎(chǔ)，并在研究理論上將范圍擴(kuò)大至BIM技術(shù)在整個傳統(tǒng)民居中的應(yīng)用。

一、三江典型傳統(tǒng)民居建模思路

對三江典型傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模主要根據(jù)如下思路：選取適合的BIM軟件——對傳統(tǒng)民居進(jìn)行構(gòu)造分析，收集、整理相關(guān)建筑信息—在軟件中針對傳統(tǒng)民居建立構(gòu)件族庫——搭建三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居的模型。

（一）選取適合的BIM軟件

目前的BIM軟件有很多，對三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模，主要是進(jìn)行傳統(tǒng)民居建筑信息模型的創(chuàng)建，杜世虎在其論文中提出：在眾多的軟件中，Revit Architecture軟件較為適用于建立傳統(tǒng)民居建筑信息模型。因此，文章選取Revit Architecture作為三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居的建模軟件。

（二）對傳統(tǒng)民居進(jìn)行構(gòu)造分析

傳統(tǒng)民居能夠展現(xiàn)當(dāng)?shù)氐纳鐣L(fēng)情，蘊(yùn)含著豐富的傳統(tǒng)民俗文化，是展示當(dāng)?shù)氐赜蛱厣兔褡逄厣摹胺枴?。傳統(tǒng)民居的建筑構(gòu)造是傳統(tǒng)民居特色和當(dāng)?shù)氐赜蛱厣闹庇^表現(xiàn)，進(jìn)行傳統(tǒng)民居的建模，需要對傳統(tǒng)民居進(jìn)行構(gòu)造分析，揭示其構(gòu)造規(guī)律，使建立的模型具有“神韻”，同時過程中的信息收集與分類也為后期傳統(tǒng)民居構(gòu)件族庫的建立打下基礎(chǔ)。

（三）建立傳統(tǒng)民居構(gòu)件族庫

文章選取三江侗族自治縣程陽八寨的木構(gòu)架傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模，程陽八寨的木構(gòu)架傳統(tǒng)民居主要是穿斗式木構(gòu)架。穿斗式木構(gòu)架的構(gòu)件有柱、穿枋、屋檁、瓦（小青瓦）等，為這些構(gòu)件建立族庫，方便后期建立三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居模型。

（四）搭建三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居模型

建好傳統(tǒng)民居構(gòu)件族庫以后，可以在軟件中搭建三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居模型，讓三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居呈現(xiàn)可視化、三維化效果。

二、三江典型傳統(tǒng)民居建模方法與過程

（一）三江侗族自治縣程陽八寨概況

三江侗族自治縣程陽八寨保留了原生態(tài)的侗族木構(gòu)架民居，這些民居跨越歷史的長河，如今仍然向人們展示當(dāng)?shù)氐慕ㄖ幕?、民俗文化和區(qū)域特色，散發(fā)著別樣的魅力。程陽八寨木構(gòu)架傳統(tǒng)民居不耗費(fèi)一顆釘子，完全依靠榫卯結(jié)構(gòu)，建成了安全牢固的民居，飛檐翹角、披檐成為該地傳統(tǒng)民居的一大特色。文章選取三江侗族自治縣程陽八寨典型的木構(gòu)架傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模，闡述應(yīng)用BIM技術(shù)對三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模的建模方法與過程，為BIM技術(shù)在傳統(tǒng)民居中的應(yīng)用提供一定的參考。

（二）族庫建立

族是Revit軟件中最基本的概念，是構(gòu)成模型的基本單元，王巖、計凌峰認(rèn)為Revit包括系統(tǒng)族、可載入族、內(nèi)建族3種類型的族（三種類型的族特點(diǎn)，見表1），且項目中創(chuàng)建的大多數(shù)圖元都是系統(tǒng)族和可載入族。因此，文章以墻體和柱子為例，說明系統(tǒng)族和可載入族的創(chuàng)建過程與方法。

表1 族的類型與特點(diǎn)

1.系統(tǒng)族的創(chuàng)建——以墻體為例

在Revit軟件中，系統(tǒng)族的創(chuàng)建屬于較為成熟的體系，文章中以“墻體”為例簡述系統(tǒng)族的創(chuàng)建。在“建筑”選項卡“構(gòu)建”面板“墻”下拉列表中單擊“墻：建筑”按鈕，軟件默認(rèn)使用“基本墻 常規(guī)—200mm”，單擊“屬性”選項板的“編輯類型”按鈕，在“類型屬性”對話框中通過“復(fù)制”命令創(chuàng)建新的墻體類型，單擊“類型參數(shù)”中“結(jié)構(gòu)”參數(shù)的“編輯”按鈕（見圖1），根據(jù)程陽八寨傳統(tǒng)民居的墻體信息，在“編輯部件”對話框（見圖2）中對應(yīng)修改墻體的“功能”“材質(zhì)”“厚度”等參數(shù)，并在“屬性”選項板“限制條件”下設(shè)置“底部限制條件”“頂部約束”等高度參數(shù)即可。按照上述步驟建成的墻族模型（見圖3）。其他系統(tǒng)族的創(chuàng)建可參照墻族的創(chuàng)建方式，在此不再贅述。

圖1 類型屬性對話框

圖2 編輯部件對話框

圖3 墻族模型

2.可載入族的創(chuàng)建——以柱為例

穿斗式木構(gòu)架民居柱子種類較多，有金柱、檐柱、瓜柱等。不同位置的柱子有不同的尺寸，將它作為可載入族進(jìn)行創(chuàng)建，有利于提高建模效率，下文將通過創(chuàng)建柱族說明創(chuàng)建可載入族的操作流程與方法。

（1）繪制柱模型。程陽八寨傳統(tǒng)民居的柱子是承受荷載的，屬于結(jié)構(gòu)柱。在Revit軟件中單擊“應(yīng)用程序按鈕”“新建”列表中的“族”選項，選擇“公制結(jié)構(gòu)柱”樣板文件新建柱族（見圖4）。在“創(chuàng)建”選項卡“形狀”面板中單擊“拉伸”按鈕根據(jù)柱子的截面形狀和尺寸信息繪制柱子的截面，繪制完成后切換到立面，根據(jù)柱高設(shè)置模型中柱子的高度。

圖4 新建“公制結(jié)構(gòu)柱”

（2）添加模型屬性信息。除了要考慮柱子的形狀、尺寸等信息，通常還需要添加柱子的材質(zhì)。選中建好的柱子模型，單擊“屬性”選項板“材質(zhì)和裝飾”下“材質(zhì)”右側(cè)的“<按類別>”按鈕，添加柱子的材質(zhì)（見圖5）。Revit中除了可以添加材質(zhì)還可以添加柱子的其他屬性信息，例如顏色、年代等，添加的屬性信息越多，柱子就越接近于真實情況。

圖5 添加材質(zhì)屬性

（3）設(shè)置可見性。繪制好模型，添加好模型屬性信息以后，選擇柱模型，單擊“屬性”選項板“圖形”下“可見性/圖形替換”右側(cè)的“編輯”按鈕，對柱族圖元“可見性”參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。通過設(shè)置“可見性”參數(shù)可以控制柱族圖元在何種視圖中顯示，也可以控制柱族圖元顯示的詳細(xì)程度（見圖6）。

圖6 柱族圖元可見性設(shè)置

（4）保存族庫。完成以上步驟以后，用“?.rfa”的格式保存族庫，然后載入項目中進(jìn)行測試（見圖7）。

圖7 建成的柱族模型

通過上述建模步驟可以建成傳統(tǒng)民居構(gòu)件族庫，為后續(xù)搭建傳統(tǒng)民居建筑信息模型打下基礎(chǔ)。

（三）建筑信息模型搭建

建立好三江侗族自治縣程陽八寨傳統(tǒng)民居的構(gòu)件族庫后，就可以搭建程陽八寨的傳統(tǒng)民居建筑信息模型。一般按照如下順序建模：選擇合適的項目樣板，新建空白項目→根據(jù)前期調(diào)研數(shù)據(jù)創(chuàng)建標(biāo)高和軸網(wǎng)→創(chuàng)建墻體、門窗等族模型并依次放置→完善細(xì)節(jié)，最后完成模型的搭建。

1.選擇合適項目樣板

Revit軟件常用的項目樣板有4種類型：構(gòu)造樣板、建筑樣板、結(jié)構(gòu)樣板和機(jī)械樣板。這些樣板包括項目單位、線寬、填充樣式、標(biāo)注樣式、常用族等內(nèi)容，在不同類型的項目樣板中，上述內(nèi)容會有所不同。構(gòu)造樣板不具備明顯的專業(yè)特點(diǎn)，各種設(shè)置基本可以通用，建筑樣板、結(jié)構(gòu)樣板和機(jī)械樣板專業(yè)特點(diǎn)較為明顯。建筑樣板主要針對建筑專業(yè)，它的族包括門、窗等，但它不包括結(jié)構(gòu)樣板中多種類型的結(jié)構(gòu)柱、梁等，只包括某種典型的柱子、梁；結(jié)構(gòu)樣板主要針對結(jié)構(gòu)專業(yè)，它包括多種類型的結(jié)構(gòu)柱、梁，但只包括某種典型的建筑構(gòu)件；機(jī)械樣板主要用于暖通等專業(yè)。

項目樣板預(yù)設(shè)的項目單位、線寬、填充樣式、標(biāo)注樣式、常用族等內(nèi)容，可以大大提高建模效率，工程中常選擇項目樣板進(jìn)行建模。對于大型項目、高層項目，需要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑構(gòu)件都比較多，一般要將結(jié)構(gòu)和建筑兩個專業(yè)分開建模。但對于小型項目，結(jié)構(gòu)部分需要載入的族較少，用建筑樣板建模更為方便快捷。同時，對于初學(xué)者而言，通常也是選擇建筑樣板。

三江侗族自治縣程陽八寨木構(gòu)架傳統(tǒng)民居建筑層數(shù)不多、建筑高度不高、建筑面積不大、投資額也不多，屬于小型項目，在進(jìn)行建模時，選擇建筑樣板新建空白項目。

2.創(chuàng)建標(biāo)高與軸網(wǎng)

標(biāo)高和軸網(wǎng)都是Revit軟件中的基準(zhǔn)圖元，標(biāo)高是一個水平平面，凡是這個高度位置上的點(diǎn)都在這一個水平平面上，它用于反映建筑構(gòu)件在高度方向上的定位情況，同時標(biāo)高可以用來定義樓層層高。軸網(wǎng)是一個豎直面，它和標(biāo)高相互垂直，我們在軟件中看到的軸線，實際上是軸網(wǎng)和標(biāo)高的交線。因此，修改某一層的軸網(wǎng)時，其他層的軸網(wǎng)也會對應(yīng)修改。軸網(wǎng)反映的是平面上建筑構(gòu)件的定位情況?；跇?biāo)高和軸網(wǎng)的定位作用，創(chuàng)建好標(biāo)高和軸網(wǎng)，相當(dāng)于設(shè)置好了建筑的定位框架，確定了各個構(gòu)件的位置，能夠方便后期放置各模型圖元。

在軟件中，創(chuàng)建標(biāo)高和繪制軸網(wǎng)沒有嚴(yán)格的先后順序，但由于先創(chuàng)建標(biāo)高，再繪制軸網(wǎng)，可以讓軸網(wǎng)和標(biāo)高相交，能夠保證在創(chuàng)建的每一個平面視圖中都能直接觀察到軸網(wǎng)，更方便建模，因此一般先創(chuàng)建標(biāo)高再繪制軸網(wǎng)，并且只需要在任意一個平面視圖中繪制一次軸網(wǎng)，其他平面、立面、剖面視圖中都能夠自動生成顯示。

在選擇合適的項目樣板，完成新建空白文檔后，可以根據(jù)前期在三江侗族自治縣程陽八寨的考察調(diào)研數(shù)據(jù)創(chuàng)建標(biāo)高和軸網(wǎng)。根據(jù)調(diào)研信息，創(chuàng)建4層標(biāo)高，修改樓層名稱為F1、F2、F3、F4，其中F1標(biāo)高為±0.000m。創(chuàng)建好標(biāo)高以后，在“項目瀏覽器”選項板“樓層平面”下拉列表中雙擊“F1”，切換到首層平面視圖繪制軸網(wǎng)。創(chuàng)建好標(biāo)高和軸網(wǎng)即搭建好了傳統(tǒng)民居的定位框架，能夠為后期放置傳統(tǒng)民居的模型圖元打下基礎(chǔ)。

3.創(chuàng)建族模型并依次放置

根據(jù)在三江侗族自治縣程陽八寨的調(diào)研數(shù)據(jù)，結(jié)合前文所述系統(tǒng)族和可載入族的創(chuàng)建過程與方法，創(chuàng)建三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居構(gòu)件的族模型，建立三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居構(gòu)件族庫。接著，在新建的項目中依次放置三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居各構(gòu)件的族模型，形成初步的三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居建筑信息模型。

4.查缺補(bǔ)漏，完成模型搭建

建成初步的模型以后，需要關(guān)注模型的其余細(xì)節(jié)部分，查缺補(bǔ)漏，對模型進(jìn)行進(jìn)一步完善，建立最終的三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居建筑信息模型。

通過上述建模順序，可以完成三江侗族自治縣典型傳統(tǒng)民居建筑信息模型的搭建。運(yùn)用BIM技術(shù)建立的模型不僅可以記錄傳統(tǒng)民居的建筑信息、展示模型三維視圖效果，還可以生成二維平面圖紙，例如平面圖、立面圖和剖面圖。毫無疑問，BIM技術(shù)功能強(qiáng)大、作用很多，其在傳統(tǒng)民居的保護(hù)、傳承與更新中的應(yīng)用優(yōu)勢也相當(dāng)明顯，后期需要進(jìn)一步將BIM技術(shù)和傳統(tǒng)民居進(jìn)行結(jié)合，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，助力傳統(tǒng)民居的保護(hù)、傳承與更新。同時，在此過程中，挖掘BIM技術(shù)更多的潛能，提高BIM技術(shù)的知名度，加大推廣力度。

三、結(jié)語

文章以三江侗族自治縣程陽八寨傳統(tǒng)民居為例，闡述了應(yīng)用BIM技術(shù)對傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模的思路、方法和過程，說明了使用Revit軟件創(chuàng)建“系統(tǒng)族”與“可載入族”的方法、步驟及搭建建筑信息模型的順序，為BIM技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)民居提供了一定的參考。三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居構(gòu)件族庫記錄了三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居的建筑信息，為三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居的建筑信息化提供支持，并為進(jìn)一步研究三江侗族自治縣傳統(tǒng)民居提供可靠的資料，具有重要的現(xiàn)實意義。運(yùn)用BIM技術(shù)對傳統(tǒng)民居進(jìn)行建模時發(fā)現(xiàn)，有時候僅依靠BIM技術(shù)是不夠的，在后續(xù)的研究中將探討如何把BIM技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合共同應(yīng)用到傳統(tǒng)民居的研究中，以豐富傳統(tǒng)民居的研究成果，并使BIM技術(shù)的應(yīng)用得到進(jìn)一步推廣。