“BIM+VR”技術在園林建筑保護中的應用

薛文峰 林瑤 蔡佳文

摘 要：隨著國家對環境保護等要求的提高，裝配式建筑成為建筑行業發展的趨勢，而BIM技術和VR技術的普及和應用又使得現代園林建筑和傳統園林建筑保護出現了新的可能。文章介紹了BIM技術和VR技術，從裝配式園林建筑保護、傳統園林建筑保護、建筑施工難題的解決、園林現代化空間拓展以及運維管理方式變革等角度對“BIM+VR”模式在園林建筑保護中的創新應用進行了探討。

關鍵詞：建筑信息模型;虛擬現實;園林;建筑保護

基金項目：本文系江蘇省大學生創新創業訓練項目（201911462012Y）研究成果。

2015年《建筑產業現代化發展綱要》指出，到2020年我國裝配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年裝配式建筑占新建筑的比例50%以上。這其中也包括了園林建筑，裝配式建筑至此迎來了黃金發展期?！?016-2020年建筑業信息化發展綱要》明確提出要鼓勵建筑行業使用BIM技術等，增強建筑業信息化發展能力，促進建筑業與信息技術產業的加速融合。在技術的不斷迭代和革新下，我國在建筑領域結合BIM技術進行建筑設計，結合VR技術邀請用戶遠程參觀成為一種新趨勢。同時，這兩種技術也給更有效地保護園林建筑創造了條件和基礎，如果園林建筑是裝配式建筑，那么園林建筑不僅可以根據圖紙在其他地區復現，對于園林建筑也可以采取拆卸的方式轉移，建筑如果單個構件損壞，也可以根據圖紙重新定制構件從而進行復原。未來的園林建筑，只要是裝配式建筑，基本都可以用這種方式復原，但現代園林建筑大多數都不是裝配式建筑，那么又該如何進行保護呢？

一、BIM與VR技術的概念釋義

BIM（Building Information Modeling）的本意就是建筑信息模型，BIM技術區別于過去的平面式設計，以信息技術為手段結合3D數字信息仿真模擬技術，直接對建筑的三維模型進行設計。設計完成的建筑模型可以在BIM平臺上進行包括受力分析、材料用量計算、抗震分析等一系列操作，以保證建筑設計方案的可行性和安全性。同時，BIM技術也可以用于分解建筑構造部位，這使得建筑修復可以通過BIM技術進行模擬和設計，極大地提高建筑修復和保護的成功率。

VR（Virtual Reality，簡稱VR）指的是虛擬現實技術，VR技術同樣是通過計算機虛擬仿真系統創建一個虛擬的目標物，該目標物模型構成可以通過三維掃描技術實現，也可以結合虛擬仿真設計實現。通過VR技術可以讓人足不出戶就能夠游覽各種景觀，這使得很多園林景觀都可以以VR的方式展現給世人。如“V故宮”項目下“紫禁城·天子的宮殿”已經有七部作品，《御花園》VR項目就對故宮御花園進行了還原，其中不僅有史料中記載的御花園的植物還有各種動物、假山和建筑，該項目還對已經消失的御花園景觀“海棠絳雪”進行了還原，可以說雖然現在的御花園不復當年盛景，但在VR世界得到了完美的保護和復原。

二、BIM與VR技術的關系

BIM技術構建的建筑模型雖然有較為豐富的信息數據，但BIM技術下的模型建筑與實際建筑還是有區別的，最大差別就是BIM無法為用戶提供一個沉浸式的環境，這對于建筑設計當然并不重要，但對于消費者虛擬游覽體驗卻十分重要。而VR技術則相反，其雖然能夠提供較為真實的全景環境，但背后的模型數據并不包括建筑生命周期的信息數據，也就無法真正為建筑保護和還原提供更多幫助。另外，VR技術還可以通過人為設計一個虛擬的3D場景，這種場景是否可以在現實中復現是存在疑問的。因此，將BIM技術和VR技術結合，使VR場景更加合理，甚至能夠通過“BIM+VR”技術復現建筑的構造，是園林建筑中亟需的一種技術。

三、“BIM+VR”技術對接模式探究

“BIM+VR”技術對接模式無非兩種，一種是先設計好建筑模型，通過受力分析、結構分析等論證建筑在現實中的可行性，然后通過將其3D模型導入到VR場景中進行還原和渲染修飾，通過這種方式還原建筑和景觀。這種方式適用于裝配式園林建筑，工程完工后的效果和VR技術下還原的效果可以達到非常高的相似度。但由于裝配式建筑成本較高，在我國還處于探索發展階段，裝配式園林暫時還屬于小眾，雖然這種技術下園林建筑保護的實現更加容易，但并不適用于現在已有的園林建筑。

另外一種對接模式就是先通過三維掃描等技術盡可能收集園林建筑的數據，在通過VR技術復原原場景的同時，部署測量團隊對實地進行測繪工作，然后結合BIM技術繪制3D技術模型圖，再將3D技術模型與VR復原的場景結合，最終將其還原成有具體尺寸信息和圖像信息的BIM模型。我國已有多地利用這種方式展開工作，如揚州市規劃局、園林局與揚州大學建筑科學與工程學院合作，成功繪制出揚州市區文公祠、史公祠、耶穌圣心堂三處百年古建筑的3D數字模型圖。這樣還原出的3D數字模型將使得這些建筑可以在其他場合同比例復現，或者使游客可以通過VR技術游覽這些場所。

四、“BIM+VR”模式在園林建筑保護中的創新應用

（一）裝配式園林建筑保護

現代裝配式建筑大都結合BIM技術完成建筑的模型設計和論證，其建筑效果也完全可以通過VR技術實現還原?，F代園林建筑如果使用裝配式建筑工藝，其建筑將在很大程度上可以在其他地方復現，即使出現部分損壞，只要不是建筑整體結構出現問題也可以通過對構件的替換實現建筑修復?？梢哉f，裝配式園林建筑在設計完成后只要圖紙信息保留完好，就可以在很長一段時間內實現對其的保護。另外，裝配式建筑的建筑垃圾少，墻體可反復拆卸，建造速度快，這使得裝配式園林建筑可以通過短時間內快速拆卸實現對建筑材料的保護。在復原過程中，可以結合VR技術對建筑內部裝修裝飾進行重新復原，以盡可能還原建筑的原景。

（二）傳統園林建筑保護

傳統園林建筑的圖紙大多已經丟失，對于這些園林的保護除了日常性的維護修繕工作外，還應結合VR技術和BIM技術通過三維掃描和測繪獲得建筑的數據信息。然后通過VR技術和BIM技術還原建筑的建造圖紙，將圖紙通過VR技術在虛擬場景中復現。如果現實中傳統園林建筑出現損毀則可以結合VR場景和BIM模型對建筑進行復原。需要注意的是，傳統園林建筑保護中有很多是難以復原的，如建筑使用的特殊漆料、木材、石料等，這些東西中有很多即使復原也難以保有原有的年代感。

傳統園林建筑保護還有一種方式就是盡可能降低人與園林建筑接觸的可能，如何保證園林開放的同時又減少游客與園林的互動呢？VR技術提供了很好的技術依托?？梢詫⒔K所有的園林景觀都以VR的形式整理在一起，建立數字VR園林館，讓有意愿游覽江蘇園林的游客戴上VR眼鏡通過VR園林館游覽江蘇各個園林景觀。這種方式不僅可以提供游客游覽效率，也可以為各個園林景區提供足夠的保護，甚至如果某個園林因為自然災害而損毀時也可以通過VR園林館留存的數據對其進行復現。重建園林建筑是園林建筑保護中常用的手段，如歷史上多次毀壞的滕王閣就經歷過多次重建，而這樣的重建案例在中國園林景觀中比比皆是。

（三）解決建筑施工難題

在保護性修復過程中，很多時候只有一次施工機會，不僅施工時間有限，施工質量和安全等都需要得到保證。如某園林建筑墻壁出現較大面積損壞，需要對其進行加固和修復，這時就可以使用“BIM+VR”技術對各種可能的修復施工方案進行試驗，通過虛擬試驗減少修復施工出現意外的概率。同時，結合BIM技術也可以對建筑的承重結構等進行受力分析，以找出對房屋進行合理加固的方案。由于施工只有一次機會，施工也可以結合VR技術開展試驗，將模擬的施工進度、工程量、建筑信息變化等記錄下來，作為實際施工對比的依據。當實際施工進度與模擬施工進度出現較大差異時應總結差異的原因，避免激進施工對建筑造成無可挽回的損害。對于建筑細節的還原，VR技術也有很大的應用空間。VR技術往往會與三維掃描技術結合在一起，建筑的各種圖像細節在VR中都會得到十分清晰的展現和還原，在這一背景下，VR技術能夠給建筑細節復原提供很大的參考，使建筑的神韻盡可能地還原。

（四）拓展園林的現代化空間

傳統園林建筑需要增加防水、防火、防盜等設計，還需要進行一定程度的電氣化改造，這些在過去都比較難以實現。但在“BIM+VR”技術的幫助下，可以通過多次試驗找出不影響園林景觀的布線路線，在合適的地方設置攝像頭、報警器等設施，設置可以在不影響建筑主體的情況下給建筑加裝現代化設施，拓展園林的現代化空間。園林建筑的建筑形象和光影效果都可以在“BIM+VR”技術的幫助下得到測試，從而合理地進行燈光布局等。檢修維修人員可以結合“BIM+VR”技術對現實場景進行對比，以發現建筑結構、內部管道、水電等設施可能存在的問題。拓展園林的現代化空間不僅可以吸引更多的游客，還可以給建筑增加更多的預警監控設施，使建筑受到人為破壞的概率極大地降低。

（五）運維管理模式的變革

“BIM+VR”模式下，園林建筑運用管理模式也會發生變革，人員信息可以在“BIM+VR”環境下進行實時標注，從而實現對園林人流走向的監控。同時將“BIM+VR”環境下的監控措施與園林各個游客引導點連接起來，使得園林監控管理信息可以在第一時間下達到對應的管理點。如果園林出現火災等災情，消防人員也可以通過“BIM+VR”環境盡快選擇合理的搶險救災方案。在園林運維方面，也可以在門票上印刷有時間限制的園林VR景區二維碼，讓游客在一定時間內可以通過手機、電腦等方式遠程訪問虛擬園林景區，以突出景區特色。運維方式的改變使得園林也將得到更多拓展的可能，如邀請游客設計自己心中的園林等，讓游客可以通過虛擬平臺提交園林改造方案，使得園林變得更加開放，也更加多元。

五、結語

BIM技術在建筑領域的應用越來越普及，VR技術也給建筑保護和還原提供了極大的便利，以裝配式建筑為方向的建筑設計更是使得未來的建筑只要保留BIM信息就可以在其他地方進行還原。與此同時，結合BIM技術和VR技術的傳統建筑保護方案也越來越豐富，保護方案通過VR技術可以得到多次驗證機會，極大地提高了建筑保護性施工成功的概率。同時BIM技術與VR技術也提高了園林景區的現代化空間，促使園林景區的運維方式發生變革。但需要注意的是，“BIM+VR”技術還不成熟，BIM與VR技術的融合無論是在硬件上還是在內容上與交互功能體驗上都尚需完善，基于“BIM+VR”技術的園林建筑保護在未來是否有更多的變化還有待觀察。

作者簡介：

薛文峰，揚州市職業大學副教授。研究方向：藝術設計。

林瑤，揚州市職業大學學生。研究方向：環境藝術設計。

蔡佳文，揚州市職業大學學生。研究方向：環境藝術設計。