BIM技術(shù)下的古建筑修繕與保護(hù)研究

鐘珊珊

北京中廈建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司西安分公司 陜西 西安 710018

1 簡述BIM技術(shù)的概念

1.1 BIM技術(shù)的定義

自我國步入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代以來，當(dāng)局對(duì)各類信息技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)工作從未停歇，而BIM技術(shù)就是顯著研發(fā)成果之一。從定義上解釋，BIM技術(shù)即為一種可同時(shí)運(yùn)用在工程設(shè)計(jì)、施工以及管理的數(shù)據(jù)化工具。從結(jié)構(gòu)內(nèi)容來看，BIM技術(shù)涵蓋了數(shù)字化與信息化模型，通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為相關(guān)單位提供實(shí)時(shí)信息，以此提升生產(chǎn)效率，并且?guī)椭髽I(yè)節(jié)省生產(chǎn)成本。

1.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

具體而言，BIM技術(shù)擁有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性以及可出圖性五個(gè)技術(shù)特征。在實(shí)際施工過程中，BIM技術(shù)的可視化特征對(duì)工程整體起到至關(guān)重要的積極作用，相較傳統(tǒng)的施工圖紙，建筑信息模型所顯示的信息數(shù)據(jù)更加全面，將平面圖紙以三維立體的形式展現(xiàn)在工作人員的眼前[1]。此外，該項(xiàng)技術(shù)的協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性及模擬性均有助于建筑成品的質(zhì)量提升。

2 統(tǒng)析國內(nèi)古建筑修護(hù)工作的現(xiàn)存問題

2.1 相關(guān)知識(shí)體系不足

近年來，長沙古城墻、重慶蔣介石行營以及林徽因故居的損毀成為社會(huì)公眾共同關(guān)注的焦點(diǎn)。由于國內(nèi)現(xiàn)存的古建筑知識(shí)儲(chǔ)備不足，故而導(dǎo)致這些著名古建筑面臨不同程度的損毀風(fēng)險(xiǎn)。具體而言，由于實(shí)際歷史原因，有關(guān)單位的古建筑知識(shí)收集工作較難開展，因此在缺乏相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備的前提下，古建筑修繕與保護(hù)的工作效率持續(xù)下滑，同時(shí)也不利于國家的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 缺乏相關(guān)信息數(shù)據(jù)

較之發(fā)達(dá)國家，BIM技術(shù)在我國的發(fā)展時(shí)間較短，很多企業(yè)單位尚未熟練掌握其技術(shù)要領(lǐng)，因此在古建筑信息收集和梳理工作中無法充分發(fā)揮實(shí)際效用。古建筑信息體系的建立需要相關(guān)信息數(shù)據(jù)的支持，而有關(guān)信息收集途徑的缺失導(dǎo)致我國古建筑信息體系不能在短時(shí)間內(nèi)成型[2]。中國古建筑的年代久遠(yuǎn)，二維化信息傳遞方式存在較強(qiáng)的局限性，故而無法為體系建立提供有效信息。

2.3 信息數(shù)據(jù)利用率低

雖然受到二維化信息傳遞方式的限制，但是在有關(guān)部門持續(xù)不斷的努力下還是取得了一定成果。結(jié)合古建筑修護(hù)現(xiàn)狀分析，責(zé)任單位在古建筑的修繕過程中并未有效利用相關(guān)信息，導(dǎo)致古建筑的修繕方法錯(cuò)誤，不僅無法發(fā)揮修繕工作原本效用，并且很有可能令古建筑陷入更加危險(xiǎn)的境地。總體來說，責(zé)任單位對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的利用率較低，無法保障古建筑的修護(hù)工作質(zhì)量。

3 剖析BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)在古建筑修護(hù)中的體現(xiàn)

BIM技術(shù)在國內(nèi)又稱建筑信息模型，利用多種信息手段合成數(shù)字化建筑模型，且自身具備可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性以及可出圖性等特征。在BIM技術(shù)的支持下，古建筑的修護(hù)效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)工藝，故而得到大力推廣與深入研究。具體來說，BIM技術(shù)的可視化特征幫助古建筑修護(hù)工作實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)立體化，從而全面掌握現(xiàn)階段及后續(xù)的修護(hù)工序和修護(hù)目標(biāo)。

除了可視化之外，BIM技術(shù)在古建筑修繕與保護(hù)工作中的模擬性同為技術(shù)優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)。前文提到，古建筑的修護(hù)工作缺乏相關(guān)信息的支持，而BIM技術(shù)則能夠通過自身的模擬性優(yōu)勢(shì)來彌補(bǔ)信息缺失問題。數(shù)字化模型最大的好處就是在缺少信息支持的前提下，結(jié)合古建筑的整體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)其初始原型的還原，因此必須通過BIM技術(shù)對(duì)古建筑原型進(jìn)行再現(xiàn)，以此提高修護(hù)合理性[3]。

另一方面就是BIM技術(shù)的優(yōu)化性，在古建筑的實(shí)際修護(hù)過程中，BIM技術(shù)不僅能優(yōu)化其施工設(shè)計(jì)方案、施工環(huán)節(jié)排序，并且還能對(duì)古建筑修護(hù)工程的后續(xù)工作進(jìn)行完善。從性質(zhì)上分析，BIM和優(yōu)化古建筑修護(hù)工程并非實(shí)質(zhì)性的必然聯(lián)系，而是從信息、時(shí)間以及復(fù)雜性三個(gè)無形條件上體現(xiàn)出來。BIM技術(shù)可為古建筑修護(hù)工程提供幾何信息以及規(guī)則信息等等，從而完善整體施工方案。

最后就是BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性和可出圖性，眾所周知，在古建筑的修繕與保護(hù)過程中，如果出現(xiàn)問題就需要各部門進(jìn)行及時(shí)協(xié)調(diào)，例如人力配置問題、養(yǎng)護(hù)投資以及時(shí)間制定等等。傳統(tǒng)的古建筑修護(hù)手段無法做到快速協(xié)調(diào)，部門與部門之間缺乏有效溝通，而BIM技術(shù)則能夠通過信息傳輸通道實(shí)現(xiàn)線上溝通，問題均呈現(xiàn)在數(shù)字化模型上，并在逐層審批的過程中得以有效解決。

4 簡論BIM技術(shù)在古建筑修護(hù)工程中的應(yīng)用困境

4.1 專業(yè)技術(shù)人才的數(shù)量較少

雖然BIM技術(shù)有助于古建筑的修繕與保護(hù)，但是在運(yùn)用BIM技術(shù)的過程中卻暴露了專業(yè)技術(shù)人才較少的問題。從技術(shù)關(guān)系的角度來看，想要徹底解決人才缺失問題，必須從職業(yè)院校著手，大力培養(yǎng)該專業(yè)的技術(shù)型人才，并增設(shè)人才招聘入口，以此提高專業(yè)人才的社會(huì)流量，只有做好基礎(chǔ)工作，才能從根源上徹底解決此類問題，同時(shí)客觀的增強(qiáng)國家綜合實(shí)力。

4.2 相關(guān)軟件的開發(fā)缺乏力度

BIM技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展至今，雖然在建筑領(lǐng)域的推廣力度與日俱增，但是BIM相關(guān)的實(shí)用軟件卻有待開發(fā)。在實(shí)際的古建筑修護(hù)過程中，工作人員往往存在無軟件可用的尷尬處境，空有技術(shù)抱負(fù)卻無法發(fā)揮，如此一來，古建筑修繕計(jì)劃的具體工作難以展開，后續(xù)的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營也得不到切實(shí)保障?？傮w而言，國內(nèi)缺乏擁有本土特色的BIM軟件，因此延誤了古建筑修護(hù)工程的實(shí)施進(jìn)展。

5 探究古建筑修護(hù)工程對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用途徑

5.1 培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才

上文指出，古建筑修護(hù)工程缺乏專業(yè)技術(shù)人才的支持，因此具體的修繕與保護(hù)工作無法順利落實(shí)?；诖耍嘘P(guān)單位探尋問題根源，徹底解決人才缺失問題。舉例來說，工程責(zé)任單位可與高職院校進(jìn)行交涉并達(dá)成共識(shí)，以此建立良好的合作發(fā)展關(guān)系，同時(shí)順應(yīng)教育領(lǐng)域的“校企合作”戰(zhàn)略方針。如此一來，既解決了古建筑修護(hù)工程缺乏人才的問題，也推動(dòng)了職業(yè)院校的可持續(xù)發(fā)展。

5.2 加大軟件開發(fā)力度

截止目前，BIM技術(shù)已在國內(nèi)發(fā)展數(shù)年之久，但相關(guān)軟件的開發(fā)卻鮮有成效，故而在一定程度影響了古建筑的修護(hù)效率。為了有效解決缺乏實(shí)用軟件的問題，有關(guān)部門應(yīng)增加BIM軟件開發(fā)的投入資金，并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)狀予以政策支持，積極鼓勵(lì)研發(fā)機(jī)構(gòu)，持續(xù)加大對(duì)相關(guān)軟件的開發(fā)力度，科學(xué)分配研發(fā)資源，包括人力、物力以及空間等方面，充分發(fā)揮研發(fā)資源的實(shí)際效用[4]。

5.3 規(guī)范技術(shù)應(yīng)用工序

目前已知，雖然BIM技術(shù)引入國內(nèi)至今，但是仍為在建筑領(lǐng)域中做出顯著成效。除了缺乏專業(yè)技術(shù)人才以及相關(guān)軟件之外，絕大部分古建筑修護(hù)工程還存在施工流程不規(guī)范的問題。在以上三個(gè)問題當(dāng)中，施工流程不規(guī)范對(duì)古建筑修護(hù)工程質(zhì)量的影響最為嚴(yán)重，因此責(zé)任單位應(yīng)予以高度的重視，為了能夠徹底解決技術(shù)流程不規(guī)范的問題，責(zé)任單位應(yīng)當(dāng)明確下列三點(diǎn)。

首先是對(duì)古建筑信息的收集與整理，不論BIM技術(shù)的介入，僅從古建筑修護(hù)工程本身去分析，信息的收集與整理是施工基礎(chǔ)，其重要性不言而喻，而隨著BIM技術(shù)的介入，古建筑信息對(duì)于修繕與保護(hù)工作來說更是重中之重。想要切實(shí)保障古建筑的修繕完成率，必須通過多種渠道努力收集古建筑的歷史文化信息，從而在最大限度上還原古建筑的結(jié)構(gòu)與外形，推進(jìn)古建筑的修繕進(jìn)程。

歷史信息的收集難度遠(yuǎn)超多數(shù)責(zé)任單位的預(yù)想，但收集古建筑歷史文化信息是修繕工作的必要流程，因而需要相關(guān)工作人員全身心的投入。具體而言，工作人員可通過實(shí)地考察、查閱文獻(xiàn)、人工分析以及猜想驗(yàn)證等方式來收集有效的古建筑信息，并通過系統(tǒng)的整理后建立古建筑歷史文化信息體系，將信息的屬性、種類進(jìn)行歸檔，以此保障古建筑修護(hù)工程可以有條不紊的進(jìn)行。

除了歷史文化信息的收集之外，工作人員還需要采集古建筑的實(shí)體空間信息。所謂的“實(shí)體空間信息”即為反應(yīng)古建筑空間分布特點(diǎn)的信息，主要涵蓋了古建筑的位置、形狀、空間關(guān)系以及區(qū)域空間結(jié)構(gòu)等單元，可為古建筑的修繕工作提供依據(jù)，以此降低古建筑修繕工程的施工難度。作為信息采集的重要組成部分，責(zé)任單位必須予以空間信息收集工作足夠的重視。

其次是對(duì)古建筑屬性材料的有效錄入，屬性信息是古建筑信息的界定依據(jù)，通過建筑信息的屬性，工作人員可以對(duì)這些信息進(jìn)行有效歸類，也是古建筑修繕工作的側(cè)重點(diǎn)。在古建筑的實(shí)際修護(hù)過程中，想要有效運(yùn)用BIM技術(shù)，屬性信息不可或缺，只有獲得屬性信息的支持，工作人員才能進(jìn)一步明確古建筑的時(shí)代特征以及工藝結(jié)構(gòu)，從而為后續(xù)流程提供便利條件。

最后是通過VR虛擬展示建筑信息模型，VR在國內(nèi)又稱“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，是目前世界頂尖的信息展示手段，當(dāng)然也包括對(duì)建筑信息模型的展現(xiàn)。作為頂尖的計(jì)算機(jī)技術(shù)，VR可以有效展現(xiàn)由CAD測繪所得出的建筑信息模型，幫助施工人員進(jìn)一步明確古建筑的修繕要點(diǎn)，同時(shí)促使責(zé)任單位對(duì)施工流程進(jìn)行科學(xué)的梳理與排序，避免在實(shí)際施工的過程中出現(xiàn)紕漏[5]。

在運(yùn)用VR技術(shù)時(shí)，其虛擬空間可以屏幕或者投影的形式進(jìn)行展現(xiàn)，通過與BIM的結(jié)合應(yīng)用給工作人員帶來身臨其境的體驗(yàn)，這一環(huán)節(jié)凸顯了BIM技術(shù)的可出圖性以及模擬性特征，同時(shí)也是和VR技術(shù)最為契合的兩大特征。VR與BIM的結(jié)合可引導(dǎo)工作人員的雙感，實(shí)現(xiàn)虛擬結(jié)構(gòu)和現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)聯(lián)系，并以此推動(dòng)古建筑修繕工作的理念創(chuàng)新與模式創(chuàng)新。

5.4 強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用管理

為了能夠凸顯BIM技術(shù)在古建筑修護(hù)工程中的應(yīng)用成效，責(zé)任單位應(yīng)該不斷加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用管理，并規(guī)范工作人員的修繕操作。盡管多數(shù)責(zé)任單位明確認(rèn)識(shí)到BIM技術(shù)應(yīng)用需要加強(qiáng)管理，但是其管理效果卻未達(dá)到預(yù)期?；诖?，在運(yùn)用BIM技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)妥善處理三維可視化交底，只有這樣才能完美復(fù)刻古建筑的復(fù)雜工藝及其優(yōu)美造型。

除了三維可視化交底之外，古建筑修護(hù)施工現(xiàn)場的布置必須運(yùn)用BIM技術(shù)來完成。古建筑在修繕過程中容易受到主客觀因素的影響，而施工現(xiàn)場的限制就是最主要的客觀影響因素。在管理施工現(xiàn)場時(shí)，工作人員需要時(shí)刻關(guān)注材料的運(yùn)輸堆放、相關(guān)設(shè)備的進(jìn)場等方面，故而傳統(tǒng)的管理手段難以做到事無巨細(xì)?；诖?，施工現(xiàn)場的管理應(yīng)當(dāng)靈活運(yùn)用BIM技術(shù)的可視化與協(xié)調(diào)性。

BIM軟件不僅可以運(yùn)用到古建筑的造型修復(fù)以及結(jié)構(gòu)重塑等方面，并且還可應(yīng)用于施工現(xiàn)場的布置管理中。BIM技術(shù)的可視化與協(xié)調(diào)性特征對(duì)現(xiàn)場管理而言是一勞永逸的優(yōu)勢(shì)，管理人員具體可將材料運(yùn)輸數(shù)據(jù)以及設(shè)備進(jìn)場位置等相關(guān)信息錄入到BIM軟件中，同時(shí)在建筑信息模型中進(jìn)行標(biāo)注，最終通過三維立體的形式讓工作人員進(jìn)一步接收施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)信息。

最后一點(diǎn)就是基于BIM模擬性特征衍生的“5D”施工模擬，5D施工模擬是現(xiàn)代化建筑工程的核心組成部分，是工程驗(yàn)收質(zhì)量的堅(jiān)實(shí)保障。在古建筑的修繕與保護(hù)過程中，5D施工模擬可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的有效控制，且模擬出后續(xù)養(yǎng)護(hù)階段可能發(fā)生的概率性事件，真正做到未雨綢繆，避免古建筑修繕完畢后再次發(fā)生損毀風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也保護(hù)了施工團(tuán)隊(duì)的勞動(dòng)成果。

具體而言，BIM的5D模擬概念主要體現(xiàn)在工程后續(xù)的節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬以及熱能傳導(dǎo)模擬等多個(gè)方面；在古建筑修繕工程的施工準(zhǔn)備階段，責(zé)任單位即可開始著手進(jìn)行4D模擬，結(jié)合工程的施工設(shè)計(jì)模擬實(shí)際的施工情況，以此有效提升施工方案的合理性與可行性，為古建筑修繕工程的施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，也為施工人員的人身安全提供保障。

傳統(tǒng)的施工工藝并不能真正滿足當(dāng)前對(duì)古建筑的修護(hù)要求，且最終的施工質(zhì)量沒有保障，缺乏相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施。在此類問題發(fā)現(xiàn)之后，施工單位應(yīng)正確認(rèn)識(shí)BIM技術(shù)對(duì)修繕工程的重要意義，并深入了解BIM的五大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，靈活運(yùn)用其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性以及可出圖性，確保施工準(zhǔn)備、施工設(shè)計(jì)、施工模擬、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防以及信息收集錄入等工作的最終質(zhì)量。

6 基于BIM技術(shù)的古建筑修繕的研究過程及未來發(fā)展前景

作為世界文明古國，我國保留了許多的古建筑，其不僅是古人的智慧結(jié)晶，同時(shí)也是巨大的精神財(cái)富與文化遺產(chǎn)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，如何對(duì)古建筑進(jìn)行修繕與利用已經(jīng)成為了擺在我們面前的重要課題之一，只有不斷提高古建筑修繕的有效性和系統(tǒng)性，才能將其文化價(jià)值與歷史意義充分展現(xiàn)出來，進(jìn)一步滿足人們的精神需要。以前，人們主要依靠建筑物的歷史信息進(jìn)行修繕，由于文字、圖像有限，再加上信息不完整，導(dǎo)致修繕工作的難度較大，同時(shí)修繕效果也并不是十分理想。近年來，在學(xué)科技術(shù)不斷發(fā)展的影響下，信息化、數(shù)字化成為了各行各業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)，其中也包括古建筑修繕工作。隨著實(shí)踐活動(dòng)的深入開展，BIM技術(shù)在古建筑修繕工作當(dāng)中顯現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在使用初期，人們通常借助BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和設(shè)計(jì)量化處理，最大限度的體現(xiàn)了BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢(shì)。而隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于節(jié)約型、環(huán)保型社會(huì)的構(gòu)建提出了更高的要求，因此BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也到了深度挖掘。從目前來看，人們除了利用BIM技術(shù)開展數(shù)據(jù)采集工作以外，還憑借BIM技術(shù)加強(qiáng)了古建筑修繕的成本控制和進(jìn)度控制，最大限度的減少了材料損耗，從而保證了古建筑的“原汁原味”。此外，通過BIM技術(shù)，人們還拓展了現(xiàn)代文創(chuàng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路，以此實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)元素和現(xiàn)代元素的融合發(fā)展，從而獲得巨大的文化效益。隨著古建筑修繕工作的信息化和數(shù)字化發(fā)展，BIM技術(shù)將會(huì)成為此項(xiàng)工作的主要載體，未來人們還會(huì)挖掘出BIM技術(shù)更多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)古建筑修繕工作的高質(zhì)量發(fā)展。

7 結(jié)束語

結(jié)合上文的討論，我們認(rèn)識(shí)到了BIM技術(shù)對(duì)古建筑修護(hù)工程的重要意義。在古建筑修護(hù)工程應(yīng)用BIM的過程中，責(zé)任單位應(yīng)首先通過BIM技術(shù)網(wǎng)羅有效信息，并將信息進(jìn)行歸類錄入；此外，BIM技術(shù)在現(xiàn)場管理、施工模擬等方面的應(yīng)用同樣是工程的側(cè)重點(diǎn)。不僅是古建筑修護(hù)工程，甚至是建筑領(lǐng)域，對(duì)BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用均可使其保持較快的創(chuàng)新發(fā)展速度。