生土建筑遺產信息數據庫構建研究

(西南科技大學土木工程與建筑學院 四川 綿陽 621000)

引言

生土建筑指的是:利用未經焙燒的土壤(如粘土、砂土等)或簡單加工的原狀土作為主體材料，輔以木、石等天然材料營建主體結構的建筑。生土建筑作為我國民間傳統營造技術的結晶，它充分體現出我國古代建筑工程有著“土木之功”的稱謂，也能表現出中國傳統建筑自古以來都是以土、木為主要建筑材料來進行建造。生土建筑也是一種特殊而又古老的建筑形式，一直被人類沿用至今，也一直是人類最主要的傳統民居建筑。

一、我國生土建筑的特點

(一)地域差異大，風格迥異

生土民居在我國分布相當廣泛，按我國省級區域劃分，生土民居建筑遍及于新疆地區、黃土高坡(山西、陜西、河南等)地區、西南(四川、云南、貴州等)地區、青藏高原地區(西藏、青海川西等)、華東(浙江、安徽、福建、臺灣等)等地區中的各個省份(圖1)。各個地區生土建筑分布較為規律，生土建筑由于地域文化、地理環境、自然條件等差異，衍生出各種形式獨特的生土建筑。

圖1 我國生土民居分布范圍

(二)營建材料生態環保

生土建筑主要是以生土土、木材為主要建筑材料，我國大部分地區會在生土建筑搭建過程中在墻體內部加入小麥殼或者竹片，來加強墻體的抗彎、抗剪性能。相比對于現代磚混結構建筑，生土建筑墻體進行拆除后可以繼續用于農業種植，或者用作農作物肥料，也可以進行二次夯筑，達到物盡其用，循環可回收的作用。我國黃土資源分布相當廣泛，而其作為傳統生土建筑的搭建材料，取材便捷，造價低廉，因此在我國分布范圍廣，可充分展現我國勞動人民早期與自然和諧共處的傳統理念。

(三)結構脆弱，質量較差

生土建筑雖然節能環保、冬暖夏涼，長久以來，被我國廣大地區采用，但是其本身為生土的原因，容易受自然條件影響。比如在西南地區，降水較多，氣候濕潤，由于雨水對生土建筑墻體的沖刷和侵蝕，導致土層脫落嚴重。而且天氣轉晴后，太陽對生土的輻射，引發水分蒸發，容易引發墻體開裂，居民的安全得不到保障。在北方地區，風沙較為嚴重，加之降雨影響，墻體土層也會脫落。部分地區生土建筑墻體根部，容易受昆蟲影響，導致墻體基礎不穩，容易引發事故，對人民生命和財產造成威脅。

二、生土建筑遺產的保護與傳承

基于生土建筑在我國分布的范圍之廣泛以及其建造特點、營造技藝，可以分析出生土建筑是我國民居建筑和傳統建筑歷史發展中不可或缺的珍貴遺產。生土建筑目前生存狀況不容樂觀：近年來，國家開始重視農村房屋安全問題，開始著重發展鄉村經濟，實施鄉村振興戰略，人們逐漸拋棄傳統生土民居建筑，競相模仿“城市化”，破壞了傳統生土民居聚落的整體風貌和地域環境，減少了傳統生土建筑的分布面積。在我國這樣的情況愈演愈烈，如果任由鄉村“城市化”擴展下去，那么我國千年來傳統生土建筑將消失殆盡，生土建筑建造工匠和他們特有的生土營造技藝的保護和傳承將受到極大挑戰，其特有的地域特色、民族風格、傳統風貌、建筑歷史文化在逐漸下降甚至消失。

現階段，我們急需對傳統村落中生土民居建筑進行調查研究，加緊對傳統生土建筑進行修繕更新，結合現代信息技術，更新建立一套具備信息化、科學化、系統化的生土建筑保護研究策略。希望最終實現生土建筑遺產的保護和傳承。

三、生土建筑遺產信息模型與信息數據庫構建策略

近幾年來，隨著國家有關部門逐步加強對歷史建筑遺產的挖掘與剖析，圍繞以 BIM 技術為主要的現代信息化技術，通過建立和完善歷史建筑組群、歷史建筑單體的雙向尺度信息管理系統，使得歷史建筑信息的保護工作更具科學性，相較于傳統手段，BIM 技術對于歷史建筑保護領域的優勢也得以充分體現。

在此環境下，本文基于在四川省綿陽市部分地區生土民居建筑的基礎調研和測繪實踐，運用現代信息技術，結合BIM軟件特點，通過對生土建筑測繪所得的空間信息進行參數化建模，然后將調查所得的屬性信息錄入到三維模型中，通過建立信息管理平臺，來管理生土建筑三維模型所包含的信息數據，并實現建筑信息的檢索功能，最終建成信息數據庫。在此基礎上，探討基于BIM的動態管理方式，研究如何將生土建筑后續更新和修繕后的信息數據動態可持續的錄入到信息數據庫中，從而實現生土建筑的全生命周期管理。

(一)生土民居建筑信息模型搭建

(1)生土建筑信息采集

生土建筑的信息采集工作是構建生土建筑信息模型的數據基礎和理論研究依據。通過對BIM技術在建筑領域的運用研究可知，BIM 技術的應用核心是信息，而構建信息模型的基礎也是信息。所以，生土建筑信息的采集不僅是構建生土建筑信息模型的基礎，而且包含著建筑信息模型后續搭建過程所需要的信息數據支撐。

結合現有技術條件，本文將綿陽市游仙區鐵爐村生土建筑的信息采集工作分為前期準備和現場測繪兩個基礎工作。其中前期準備工作主要通過對生土建筑背景調研和現場狀況勘察來制定測繪計劃。而現場測繪則分為測繪外業和測繪內業，測繪外業主要以徒手測量記錄、數字影像記錄作為生土建筑信息采集手段，測繪內業則是對測繪外業采集到的信息進行下一步管理和整合，并通過BIM技術錄入到建筑信息模型當中，使建筑信息在信息模型中得以表達。

在前期準備工作具備的條件下，生土建筑測繪共分為3個小組，針對綿陽市游仙區鐵爐村的生土民居建筑進行測繪，測繪完成信息主要包括生土建筑的室內外墻體、門窗、屋頂、及裝飾構件等形制與尺寸信息。通過對測繪尺寸信息整合，測繪成果主要有生土建筑的平、立、剖和建筑屋頂的二維線畫圖，以及針對建筑實體與環境所拍攝的照片。本文研究測繪成果較多，主要選取鐵爐村王家灣23號生土建筑的測繪成果為展示。

(2)生土建筑信息模型搭建

在系統地完成生土民居建筑遺產信息采集工作之后，就要進入到生土建筑建筑信息模型的搭建過程。由于生土民居建筑建成時間久遠，建筑墻體、門窗等構件發生或多或少的形變，造成測繪尺寸數據細微的偏差。這些細小的偏差在測繪精度允許范圍內，可以忽略不計。構建建筑信息模型旨在對生土建筑初始形態和其原始設計形式的表達和記錄。因此，建筑信息模型的建立是建立生土建筑的“理想模型”。

結合上述信息采集的尺寸數據和BIM軟件，首先，根據 Revit 鏈入二維線畫圖尺寸數據確立建筑的軸網和標高，借以軸網和標高來分別表達建筑的開間、進深和高度等重要信息，是整個理想模型的基礎。然后依據尺寸數據信息，對生土建筑的墻、柱、梁、樓梯、臺階、門窗等建立，模型搭建過程中同步輸入構件的屬性信息。以墻體為例，單獨設定其尺寸、構造做法、材料等屬性信息，表達承重墻體和裝飾墻體的厚度、材質等信息的不同。

(3)生土建筑測繪成果表達

結合信息技術的發展前景，本文主要對生土建筑的測繪成果進行計算機表達，即使用Autodesk AutoCAD和Revit等獲得的二維圖紙和建筑信息模型。相對于傳統手繪圖紙和實物比例模型，計算機二維圖紙繪制修改簡便，數據使用更為直觀，運用BIM軟件搭建的建筑信息模型本身就是一個信息索引框架模型，可以完整涵蓋整個生土建筑中的構件屬性信息，并實時關聯，一處修改，整個模型同步進行關聯性改變，此外，當需要檢索某個建筑構件的屬性信息時，通過點擊建筑信息模型構件，即可直觀查看其屬性信息。運用計算機技術對生土建筑進行測繪成果表達，其所涵蓋的信息類型和信息量并無明顯增加。但基于計算機技術對測繪成果進行復制和分解等方面具有較大的便利，其信息容納量大，在計算機技術基礎上可快速實現各專題研究。

(二)生土建筑遺產信息數據庫

生土建筑遺產信息庫的構建主要有信息平臺和信息檢索技術兩部分。生土建筑遺產信息庫包含外部信息庫和內部數據庫。外部數據庫指的是民眾通過互聯網瀏覽進行訪問和檢索自己想得到的信息，而內部數據庫則指的是由政府相關的遺產保護部門、參與保護和再利用項目的各參與方對建筑遺產信息的管理、修改、調用等。內外信息庫，其基礎構建模式均是用戶與服務器模式，即信息需求者通過使用互聯網技術訪問遺產數據庫信息服務器，實現其訪問和檢索目的。

目前構建信息共享平臺的最為成熟的體系結構是網狀的信息處理系統，它是一種復合體系，通過信息服務中心賦予各信息使用節點對數據信息庫的信息修改和調用權限。此外，當用戶檢索所需信息而訪問服務器時，這里就運用到信息檢索技術。信息檢索(Information Retrieval)是指用戶對所需信息進行查詢和獲取的技術，是普通用戶進行信息檢索的主要方式。信息檢索分為狹義和廣義信息檢索狹義，狹義的信息檢索就是我們常說的信息查詢或者信息查找(Information Search)。即用戶根據需要，運用互聯網檢索工具，從信息集合中找出所需要獲得信息的檢索過程。廣義的信息檢索即信息的存儲和檢索，就是將信息通過一定的方式存儲起來，在依照用戶特定的信息需要精準的把相關信息檢索出來的過程。

(三)結論

在生土建筑遺產領域運用BIM技術使得生土建筑遺產信息化建設帶到了新階段。信息模型將隱含的生土建筑遺產信息(包括歷史文化、人文藝術信息)可視化，實現信息的數據化存儲和保護，保證了信息準確性。利用BIM技術可以實現生土建筑全生命周期管理。在理論研究和實踐研究方面，利用形式多樣的成果表達，為生土建筑遺產保護研究帶來大量的信息基礎保障。BIM技術運用在生土建筑信息管理將會推動生土建筑遺產的合理保護和開發，也推進了生土建筑遺產信息管理的信息化建設。