基于Revit的古建筑構件信息模型研究

王 茹， 朱 旭， 黃 鑫

(西安建筑科技大學土木工程學院，陜西 西安 710055)

基于Revit的古建筑構件信息模型研究

王 茹， 朱 旭， 黃 鑫

(西安建筑科技大學土木工程學院，陜西 西安 710055)

針對古建筑信息管理散亂、信息缺失、信息無法共享、缺少信息標準等問題，建立了古建筑信息模型，實現信息的有效管理。首先分析古建筑全生命周期信息，然后標準化古建筑信息，最后建立古建筑構件的信息模型。實驗表明該方法能夠顯著提高信息管理與利用效率。

信息模型；古建筑；Revit

隨著建筑信息模型(building information modeling，BIM)的發展與應用，在應用BIM技術對古建筑進行保護方面，學者們進行了深入研究。目前BIM在古建筑應用方面主要集中在參數化設計[1-6]、點云數據[7-8]等研究，尤其在古建筑參數化方面，無論是可行性理論還是參數化實現都已成熟。但針對目前古建筑信息容易缺失、工藝工法斷層[9]、信息無法共享等問題缺乏深入的研究。

針對上述古建筑保護過程中的問題，為了更好滿足古建筑保護工作的需要即古建筑信息管理和信息共享，實現模型可視化與信息儲存的統一，本文基于Revit平臺，建立了古建筑信息模型(圖1)。信息模型的創建包含構件全生命周期信息、信息等級深度與標準化、模型的建立3部分，即：

(1) 分析古建筑全生命周期信息；

(2) 分析古建筑信息的等級深度、標準化、設置信息修改權限；

(3) 建立古建筑構件的信息模型。

1 古建筑信息

1.1 古建筑全生命周期信息

古建筑保護工作中所涉及的內容、專業領域繁多：①古建筑其自身的構造較為復雜——構件種類繁多、設計靈活，而且古建筑構件的彩繪、門窗等構件樣式的藝術性較強。②這些信息涉及到不同的專業領域，包括工程、藝術、經濟等多領域。③由于所涉及的專業眾多決定古建筑保護不可能由一個保護單位完成，而是需要不同的工作單位相互配合完成。上述古建筑保護的特點決定了古建筑信息全生命周期所含的信息繁冗復雜。分析古建筑保護過程中所涉及到的信息內容，不但有利于記錄古建筑各個方面的價值，更能對古建筑保護提供精準的數據。

鑒于古建筑所含信息的復雜性，對古建筑全生命周期的分析將從古建筑構造、參與方、時間3個維度進行(圖 2)，可較全面的涵蓋古建筑保護過程中所涉及的信息，同時也不容易產生信息的臃腫減少垃圾信息，確保了信息的價值。

圖1 構件信息模型創建流程

圖2 古建筑全生命周期信息

(1) 古建筑構件自身構造維度。古建筑自身的特點可以分為構件類別、參數、彩繪3個方面的信息。

①古建筑的結構體系特征把古建筑構件所屬類別劃分為：臺基類、古建筑主要的承載構件柱類、古建筑特有的構件斗栱類、裝飾類、梁枋類、屋頂和圍護類7類。

②古建筑構件參數。古建筑參數具有模數化的特點，構件的長、寬高以及刻口等尺寸的大小都是基于斗口或者柱徑，為模型實現參數化提供了理論基礎。

③古建筑特有的彩繪。我國的古建筑彩繪在世界建筑中獨樹一幟，其主要樣式有和璽彩畫、旋子彩畫和蘇式彩畫，其彩繪的原材料做法也有不同的工藝。

為方便信息管理將古建筑構造信息統一劃分為：幾何信息，主要是古建筑構件的尺寸信息；非幾何信息，主要記載構件的基本情況，如圖片、構件類別、彩繪等。

(2) 參與方維度。主要記錄了古建筑保護過程中所涉及的參與單位，如測繪單位、檢測單位、修繕單位等，同時記錄構件保護過程中的工期費用等。

(3) 古建筑時間維度。主要承載構件保護中所涉及的工作內容，把古建筑保護過程進行劃分4個階段：測繪階段、檢測階段、修繕階段和維護階段。其主要包含了各個階段中的基本工作內容如構件的物理特性、構件的燃燒值、構件的材質等以及各個過程中的記錄報告。

1.2 古建筑信息等級的劃分

對于古建筑構件信息模型來說，模型所帶的信息越詳細越好，但同時也容易使得圖形所帶的數據量過大而對硬件要求較高，增加管理人員的信息管理難度以及容易產生許多無用的信息。模型中信息需要詳略得當，有些反應古建筑基本情況的信息可以直接添加到模型數據庫中，而對于測繪圖紙、檢測報告等文檔類以及構件的制作等視頻類的詳細信息則應當存到相應的文件夾中，若用戶需要查看詳細的信息只需要點擊相應的按鈕即可跳到相應的文件，然后查看詳細的信息。管理人員只需要對文件夾進行適當的管理即可，增加了管理效率。在不影響古建筑信息化保護過程中的業務的需求以及古建筑模型中的信息價值的前提下，需要對信息詳略分類。為了提高信息管理效率，本文將古建筑全生命周期信息分為基本信息以及詳細信息，如圖3所示。

圖3 古建筑信息等級分類

(1) 基本信息。主要記錄構件基本情況，分為：構造信息，如構件名稱、圖片、構件編碼、構件模數、彩繪信息以及受損程度等信息；物理特性信息，如彈性模量、材質、強度、力學性能以及抗腐蝕性能、抗蟲蟻性能；尺寸參數信息，如構件尺寸的長、寬、高等幾何數據；構件維護信息，維護單位、維護日期、構件維護價格等。

(2) 構件的詳細信息。主要記錄構件制作的工藝、工法以及構件檢測、維修等詳細的文檔、視頻信息。

1.3 信息標準化

信息標準化主要包括編碼、分類、關鍵信息標準，可保證 BIM 構件的檢索方便、快速定位，盡量避免誤檢、漏檢。

(1) 構件編碼。保證每個構件具有唯一的名稱，從而確保信息交換的快速性和準確性。本文古建筑編碼標準采用三級編碼[10]對構件進行編碼。此編碼規則不但考慮古建筑內在構造同時考慮了信息深度等級，并且按此規則編碼具有可擴展性，方便在計算機中組織和檢索信息。

(2) 分類標準。按古建筑構造分為臺基、柱類、斗栱、梁枋、屋頂、維護等類別。

(3) 關鍵信息標準。應當符合相關的規范，如物理特性記錄應當以國家標準規范，尺寸應當以斗口或柱徑為基礎等。

2 古建筑信息模型的創建

Revit軟件中，族是包含通用屬性集和相關圖形的圖元組，在RevitAPI中，提供了一系列類的管理文檔，包括族類型、族參數管理、幾何圖元的管理、族文檔和工程文檔交互等。其關鍵點為：

(1) 文檔獲取。Revit API類結構中，應用類和文檔類是處于最頂層的。用戶若要訪問文檔的基本內容可以利用Autodesk.Revit.DB.Document提供的接口獲取文檔內容。

(2) 獲取管理類。FamilyManger類代表了編輯族類型的重要工具，其與族類型(FamilyType)和族參數類(FamilyParameter)一起實現了“族類型”中的一整套功能，包括族類型的創建、參數修改、參數關聯等。

(3) 參數的設置。族參數的設置在族管理類內，而需要輸入的參數只有族參數和參數值。主要是通過void Set( )等函數來設定參數值。

根據上述對構件信息的分析及信息深度等級的劃分建立古建筑構件信息模型。以坐斗為例，實現坐斗信息模型的關鍵代碼如下：

依據上述對古建筑構件的全生命周期信息的分析，以坐斗為例建立信息模型，如圖4～5所示。

圖4 坐斗基本信息

圖5 查看詳細信息

在訪問信息模型中的數據時，需要明確不同的參與方對信息數據的管理權限，防止模型信息的隨意篡改引發數據的失真,保證各數據經過更新、糾正、刪除等操作后的真實性。各參與方人員有權修改及更新各自工作中的數據，非本工作人員無權修改數據，只能查看模型信息。如圖6所示用戶若點擊“物理特性”按鈕則提示輸入密令。

圖6 信息更新、修改權限

3 結 束 語

本文針對古建筑信息管理散亂、古建筑信息容易缺失的問題，提出基于Revit的古建筑信息模型的研究。立足于古建筑全生命周期信息，然后對古建筑信息深度進行劃分，對信息分類進行管理，最終建立古建筑信息模型。實驗結果證明建立古建筑信息模型不但有利于信息的管理而且為古建筑信息共享提供了新的途徑。

[1] 麻 鵬, 趙衛東. 中國古建筑的參數化設計研究[J].重慶科技學院學報: 自然科學版, 2009, (6): 94-97.

[2] 唐三元. 明清古建筑參數化三維構件庫研究[D]. 西安:西安建筑科技大學, 2012.

[3] 譚 潔, 汪夢林, 王建華. 參數化設計在古建筑保護中的應用研究——以清代官式建筑為例[J]. 四川建筑科學研究, 2010, 36(3): 266-268.

[4] 王 婉, 謝步瀛. 中國古代宮殿建筑參數化設計與三維建模[J]. 東華大學學報: 自然科學版, 2008, 34(3): 270-273.

[5] 孫衛新. 基于BIM的明清古建筑構件參數化信息模型實現技術研究[D]. 西安: 西安建筑科技大學, 2013.

[6] 王 茹, 孫衛新, 張 祥. 基于 BIM 的明清古建筑建模系統實現方法[J]. 東華大學學報: 自然科學版, 2013, 30(4): 421-426.

[7] 王 茹, 周明全, 邢毓華. 基于聚類平面特征的三維點云數據精簡算法[J]. 計算機工程, 2011, 37(10): 249-251, 254.

[8] 劉 昊. 基于點云的古建筑信息模型(BIM)建立研究[D].北京: 北京建筑大學, 2014.

[9] 張 祥. 基于BIM的明清官式古建筑構件參數化及其裝配研究[D]. 西安: 西安建筑科技大學, 2015.

[10] 王 茹, 韓婷婷. 基于 BIM的古建筑構件信息分類編碼標準化管理研究[J]. 施工技術, 2015, 44(24): 105-109.

Research on the Information Model of Ancient Building Component Based on Revit

Wang Ru, Zhu Xu, Huang Xin
(School of Civil Engineering, Xi’an University of Arch & Tech, Xi’an Shaanxi 710055, China)

Aiming at the problems of information management, information sharing, lack of information standards, this paper propose that the information model of ancient buildings could be set up to improve the management of information. Firstly, analyze the information of whole life cycle of ancient buildings, then standardize the information, finally, establish the ancient building components information model. Experiments show that the method greatly improves the efficiency of management and utilization of information.

information model; ancient build; Revit

TU 18

10.11996/JG.j.2095-302X.2016060822

A

2095-302X(2016)06-0822-04

2016-04-13；定稿日期：2016-07-18

國家自然科學基金項目(51278400)

王 茹(1968-)，女，江蘇豐縣人，教授，博士。主要研究方向為BIM技術、智能建筑施工與圖形圖像信息處理技術。E-mail：wangru@xauat.edu.cn