古建筑BIM模型創(chuàng)建技術(shù)初探

范文東　金薇

摘 要：本文通過對古建筑建造技術(shù)和構(gòu)造材料進(jìn)行分析，運(yùn)用BIM技術(shù)生成數(shù)字化信息模型，在熟練運(yùn)用 Revit軟件基礎(chǔ)上，以適應(yīng)古建筑特點(diǎn)為著力點(diǎn)，創(chuàng)新的研究了一套自己的古建筑模型建模方法技術(shù)，有許多創(chuàng)新點(diǎn)，為古建筑BIM模型技術(shù)探索出一條新路來。

關(guān)鍵詞：族；屬性參數(shù)；Dynamo

1 前言

中國古建筑技術(shù)發(fā)展十分成熟，源遠(yuǎn)流長，BIM技術(shù)應(yīng)用于古建筑是近幾年發(fā)展起來的，BIM技術(shù)以它的強(qiáng)大功能在古建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。無論是在數(shù)據(jù)模型還是信息數(shù)據(jù)方面，都有著很好的發(fā)展前景。本文研究主要從模型創(chuàng)建和信息數(shù)據(jù)方面著手，為古建筑BIM技術(shù)探索道路。

2BIM與古建筑

基于歷史建筑和Revit軟件的特點(diǎn)，將項目中的模型圖元分為主體族、構(gòu)件族、特殊族，其類別、族名稱及使用族樣板文件如下表所示。

3BIM模型創(chuàng)建

3.1主體族

古建筑項目BIM中的構(gòu)件圖元，主要是指古建筑中除去梁架體系外的其余部分，包括門窗、磚墻、斗拱、墀頭、屋脊部分。對于構(gòu)件族，BIM同樣能進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的表現(xiàn)。

檐墻為檐柱之間的墻體，有前、后檐墻之分，后檐墻按照其構(gòu)造可以分為老檐出和封護(hù)檐兩種形式。老檐出構(gòu)造做法有下堿、上身、簽尖，簽尖堆頂至額枋下皮，采用抹灰八字的形式[1]。利用軟件對墻體的屬性編輯類型中編輯部件，顯示剖面操作中，修改垂直結(jié)構(gòu)，添加分隔條輪廓，結(jié)合創(chuàng)建公制輪廓的分隔條族，添加八字輪廓分隔條功能，對墻體抹灰八字進(jìn)行布爾剪切，完全依據(jù)古建筑磚石工藝，準(zhǔn)確生成。軟件系統(tǒng)中強(qiáng)大的墻體剖面編輯功能完美實現(xiàn)了古建筑磚石建造工藝（見圖1）。

3.2構(gòu)件族

第一，晉陜民居中，墀頭墻由下肩、墻身（墊花活）和挑檐三部分組成。下肩構(gòu)造做法與北京官式建筑相似，厚度與山墻相同，墀頭前沿從階條石向后退出一個小臺階尺寸；墻身后退花堿，在墻身與挑檐相交部分一般墊有石活，題材各異、雕飾精美，形成整個墀頭最為精彩的部位[2]。上部做法簡練，僅從石材花活的外緣向屋頂連檐部位做了一個弧形連接，形成挑檐。

在公制常規(guī)模型族中，創(chuàng)建形體，使用放樣命令結(jié)合CAD圖紙墀頭樣式，對線腳凸凹輪廓線進(jìn)行生成，給出路徑及放樣輪廓，精準(zhǔn)生成。再將族載入項目中，對號入座即可。

第二，屋脊包括正脊、垂脊和戧脊，且均具有細(xì)小、繁多的剖面線腳，很難運(yùn)用簡單的尺寸參數(shù)對其進(jìn)行準(zhǔn)確、完備的定義?；诮：蛥?shù)化實現(xiàn)的難度，建議定義較為重要的脊高、寬、厚參數(shù)，這樣在明細(xì)表中方便統(tǒng)計和查閱[3]。同時，在已經(jīng)建好的望板椽的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行繪制，而不是針對屋脊構(gòu)件進(jìn)行單獨(dú)的建模，以保證脊和屋面的貼合程度。

第三，清式斗拱由斗、拱、昂、翹、升和附件等基本構(gòu)件組成。斗是清代一組斗拱中第一層的構(gòu)件，升是比大斗小的斗，安放在栱翹的兩端。清代的升件有十八斗、槽升子和三才升三種。

運(yùn)用常規(guī)模型族中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、空心放樣生成并經(jīng)過布爾運(yùn)算，通過設(shè)置參數(shù)（斗口），生成參數(shù)化構(gòu)件模型。后期調(diào)整斗口尺寸則斗拱各部分尺寸自動參數(shù)變化，以適應(yīng)不同構(gòu)造環(huán)境條件。我國古建筑是最早實現(xiàn)模數(shù)化的建筑體系，從柱徑、柱高、梁高、枋高等均與斗口尺寸相成比例（清工程做法），以斗口為模數(shù)，所有構(gòu)件及間距尺寸均有比例，斗口尺寸一變則其他尺寸均進(jìn)行比例變化，BIM軟件建構(gòu)的參數(shù)化模型十分契合了這一功能（見圖2）。

第四，槅扇門，宋代稱“格子門”，由外框架、槅扇心、裙板及滌環(huán)板組成。外框是槅扇的骨架，長寬比為4：1或3：1；槅扇心是安裝于外框內(nèi)部的仔屜，主要用于采光，在槅心上一般糊紙或糊紗；裙板是安裝在外框下部的隔板，有的槅扇不用裙板而全用格心，謂之落地明造；滌環(huán)板是安裝在相鄰兩根抹頭之間的小塊隔板。

在族構(gòu)件創(chuàng)建過程中，Revit軟件提供了強(qiáng)大的不同族類型功能，例如雙套植物族制作門窗族，實現(xiàn)門窗等比例參數(shù)調(diào)整變化。在首先創(chuàng)建的植物族中，調(diào)整族類型參數(shù)尺寸標(biāo)注中的高度為實際尺寸值；然后二次創(chuàng)建植物族，將第一次創(chuàng)建的植物族載入，修改高度為實際尺寸值，并將高度關(guān)聯(lián)族參數(shù)，則此門窗族即可使用，載入項目文件中即可實現(xiàn)參數(shù)化調(diào)整尺寸。

3.3特殊族

第一，筒瓦屋面，其瓦件主要由筒瓦和板瓦構(gòu)成，板瓦做底瓦，筒瓦做蓋瓦，形成瓦壟。以板瓦做底瓦，筒瓦做蓋瓦的屋面做法為筒瓦屋面。布瓦瓦件主要為筒瓦、板瓦、吻獸、望獸、套獸等。清代規(guī)定為1號、2號、3號及10號四種，各地生產(chǎn)的尺寸大小不一。利用體量族模型創(chuàng)建筒瓦屋面，首先創(chuàng)建體量曲面，然后分割表面，生成UV網(wǎng)格。然后創(chuàng)建基于填充圖案的公制常規(guī)模型族，創(chuàng)建筒瓦族，載入體量族中，調(diào)整填充圖案的類型即可，這樣創(chuàng)建的筒瓦屋面十分契合真實的瓦屋面特點(diǎn)。

第二，椽子有圓形斷面和方形斷面之分，在我國黃河以北地區(qū)多為圓椽，而在江南建筑中多為方椽?；春优c黃河、渭河與漢水之間的廣大區(qū)域內(nèi)室內(nèi)用椽則二者兼有，飛椽無論南北，皆為方椽。清代建筑中，椽子的排布有“一椽一檔”和“一椽一檔半”兩種，“一椽一檔”即椽徑與椽當(dāng)之比為1：1，即相鄰兩椽徑中之中為2倍椽徑?！耙淮粰n半”即椽徑與椽當(dāng)之比為1：1.5，即相鄰兩椽徑之中為2.5倍椽徑。每一開間布置的檐椽（飛椽）數(shù)量為開間寬除以2倍的椽徑或2.5倍的椽徑，也應(yīng)取與計算所得數(shù)值最接近的偶數(shù)。

軟件中體量的強(qiáng)大功能可以為模型創(chuàng)建各式各樣的形體，利用軟件系統(tǒng)生成體量，將體量轉(zhuǎn)化為幕墻，設(shè)置幕墻的網(wǎng)格自動生成椽子排布，并可自行調(diào)節(jié)椽子間距和圓椽直徑，將檐椽、飛椽制作為幕墻豎梃，椽子的參數(shù)在豎梃族中定義，修改椽子的幾何尺寸，正身椽的間距可以通過幕墻系統(tǒng)定義。后期可調(diào)整參數(shù)，并自動統(tǒng)計計算生成明細(xì)表。

4BIM數(shù)據(jù)記錄

4.1屬性參數(shù)

古建筑的BIM數(shù)據(jù)記錄：屬性參數(shù)、現(xiàn)狀照片屬性參數(shù)、Dynamo寫參數(shù)。BIM數(shù)據(jù)庫不單單指幾何數(shù)字，還包括計算機(jī)能夠識別的任何形式的信息，包括記錄及描述該建筑的相關(guān)信息，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、文化等說明性文字、圖片等等。這些信息都能夠被記錄在BIM中，形成一個大的數(shù)據(jù)庫。

BIM系統(tǒng)Revit軟件作為信息模型，可以添加各種模型屬性參數(shù)，在“管理”中的“項目參數(shù)”面板，點(diǎn)擊“添加”，輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)名稱，選擇規(guī)程為“公共”，參數(shù)類型選擇“文字”，參數(shù)分組方式選擇“模型屬性”，點(diǎn)擊確定，然后利用Dynamo寫參數(shù)功能，賦予模型以相對應(yīng)的參數(shù)值。

現(xiàn)狀圖片信息在古建筑保護(hù)修繕的過程中，特指對于建筑的保護(hù)現(xiàn)狀的相關(guān)圖片和信息，這一部分信息綜合性較強(qiáng)，需要現(xiàn)場勘查和后期分析相結(jié)合，且關(guān)系著對古建筑保護(hù)修繕的評估、保護(hù)方案和施工圖的制定，重要性不言而喻。具體操作是在族類型屬性參數(shù)中新增參數(shù)，選擇參數(shù)類型為“圖形”，輸入名稱“現(xiàn)狀照片”，選擇：圖像，點(diǎn)擊...進(jìn)入管理圖像面板，將照片依次添加進(jìn)去，即可生成可視化參數(shù)圖像信息。

BIM的建模軟件Revit中還提供了Dynamo插件功能，Dynamo是一款基于開放平臺建立的可視化腳本程序，它提供的圖形界面使用戶不必學(xué)習(xí)如何編碼，一行行的寫程序，而是可以通過連接預(yù)設(shè)置的代碼節(jié)點(diǎn)來自定義計算設(shè)計，使過程自動化。利用Dynamo里豐富的節(jié)點(diǎn)，用戶可以充分?jǐn)U展參數(shù)工作流程，實現(xiàn)交互操作、文檔編制、分析和生成，這在很大程度上擴(kuò)展使用BIM驅(qū)動設(shè)計的方法。在系統(tǒng)族或公制常規(guī)模型族中，添加屬性參數(shù)，并使用Dynamo賦予相應(yīng)參數(shù)值，可實現(xiàn)真正的參數(shù)化模型，十分方便查閱各構(gòu)件相應(yīng)的信息。

4.2視圖表現(xiàn)圖元：明細(xì)表、過濾器、三維視圖

作為信息模型，各族構(gòu)件可通過設(shè)置明細(xì)表參數(shù)統(tǒng)計構(gòu)件的分類信息，設(shè)置好的系統(tǒng)族參數(shù)直接導(dǎo)出明細(xì)表，使用插件將明細(xì)表導(dǎo)出到XLSX軟件中，生成XLSX文件，方便查閱和統(tǒng)計使用。

由于在軟件中，進(jìn)行每個構(gòu)件建模時，都對其族類別進(jìn)行了定義，如梁、柱、屋面等，因此可以通過“過濾器”這一功能對不同的族類型進(jìn)行單獨(dú)的展示和呈現(xiàn)，提高查詢和篩選的效率，圖示分別選擇“臺基”“柱”“墻”“梁檁”“屋頂”的篩選顯示結(jié)果（圖3）。

5結(jié)論

本文重點(diǎn)研究了Revit在古建筑模型領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，是本人從教多年的經(jīng)驗總結(jié)，也是在古建筑BIM領(lǐng)域的有益探索，還有些許不足，拿出來和大家分享，希望能得到大家的指教，共同進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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[3]許蓁.BIM建筑模型創(chuàng)建與設(shè)計[M].西安交通大學(xué)出版社，2017.