BIM技術在古建筑信息模型構建中的運用

陳 煒，陳俊松，趙水濤，韓燕虎

（無錫城市職業技術學院，江蘇 無錫214000）

0 引言

古建筑往往是指具有歷史意義、時代特征且建造時間較為久遠的民用建筑和公共建筑。在中國，很多城市和鄉村還保留著許多歷史久遠的古建筑，這些古建筑展現著一個地方的文化和歷史底蘊。在許多城市的建設中還專門吸收傳統古建筑的養分，建造一些仿古建筑或加入一些古建營造元素，讓傳統的古建筑文化產生新的現代價值。BIM技術的應用，為古代建筑的研究、保護和修復提供重要的現代技術支撐，也為傳統建筑文化的呈現和傳承提供重要的信息化手段。

1 BIM建模軟件的應用概況

目前工程設計與建模可使用的軟件比較多，各自有著不同的特點，傳統的繪圖和建模軟件通常使用CAD、Sketchup和3dmax等軟件。CAD繪圖目前還是二維圖紙設計的主要方式，但二維圖紙缺乏三維的直觀性；SketchUp建模比較方便，構圖也較直觀，修改創作比較方便，但缺點是不夠精細、渲染麻煩；3dmax建模比較精準，渲染能力較強，但它的功能還是有限的，尤其是對特殊造型的處理能力不足。近年來一些新興的BIM建模軟件在工程中得到推廣應用，其中Revit軟件是廣泛用于房屋與建筑工程的建筑信息模型建模軟件，通過應用該軟件建模，可實現對建筑工程數據的收集、整合和處理，除了可以生成3D可視化的數據模型外，還可以得到二維施工圖紙和制作構件明細表，并且可以結合相關的軟件進行日照、能耗、溫度等綠色建筑分析和結構計算等附加分析，配合Navisworks軟件還可以進行模型碰撞檢查等，以提高整體工作效率，減少工程施工返工概率，較大程度節約工程建設成本，它的很多功能是傳統的繪圖和建模軟件不具備的。此外，還有專門適用于基礎設施工程建模的Bentley和用于鋼結構工程的Tekla等許多專業BIM建模軟件。

2 基于Revit的古建筑信息模型創建

2.1 古建筑建筑信息模型創建特點

近年來，建筑信息模型（BIM）成為建筑設計、建筑信息采集和存儲的重要選擇，也為古建筑的研究提供新的途徑。但目前大家對基于BIM應用技術的古建筑信息模型創建的研究不是很多，加上古建筑建造中許多的組成構件與目前常規的建筑構件有較大不同，其細部構造大多較為復雜，且不同年代、不同地區、不同風格的古建筑還各有特點，古建筑建模時缺乏可直接載入的各種構件族，且許多構件族的通用性不強，使用受到限制，這給古建筑建模帶來較大的麻煩，使古建筑的建模變得較為煩瑣，一個看似不大的古建筑，需要花費建模員較多的建模時間，還需要建模員對古建筑構造較為熟悉，同時對建模技術人員的建模技能和信息化應用能力也提出更高的要求。

2.2 古建筑建模中族的運用

Revit軟件中的族是一個非常重要的概念，也是軟件中非常關鍵的構成要素。組建建筑模型的各種構件都是利用族工具創建的。由于古建筑構件細部構造較復雜，且不同的古建筑做法往往不一樣，利用族工具創建構件是非常重要，也是花費建模人員時間較多的工作。古建筑BIM建模前，需對所用到的族進行相應分析規劃，選擇合適的族樣板文件。Revit軟件主要包含系統族、可載入族和內建族三種族。一般常規構件盡量使用軟件自帶系統族，以方便信息模型創建。其次盡可能創建參數化族，以便建立古建筑信息模型的構件族庫，方便其他古建工程的BIM建模。以下的某小型古建BIM建模中，基礎、柱、墻、地面等基本構件均直接采用系統族，門、窗等構件采用可載入族，而其他一些非標準化的異形構件可創建內建族。

2.3 古建筑建模技巧舉例（見圖1）

圖1 古建筑三維圖

現以一小型古建筑為例說明其建模方法。首先選擇一個合適的樣板文件，可以保證后期建模的順利開展。接下來的建模順序推薦為“標高—軸網—中式柱—墻體—門窗—地面—屋架—屋面—室外臺階等”，一般建議先標高后軸網，其他建模順序可根據實際情況做相應的調整。

柱墩可單獨按結構基礎建模，圓形斷面的中式柱可直接用系統族單獨建模，在此情況下圓形中式柱底部標高應根據柱墩高度做出相應提高，否則下面的柱墩會降低至柱子下方；中式柱也可根據需要與下面的柱墩作為一個可載入族來創建。古建墻體可根據情況用系統族中的基本墻和疊層墻來創建；古建筑門窗往往因為樣式各不同，沒有現成的可載入族直接使用，所以需要根據門窗的實際做法，利用適當的門窗樣板文件創建自己需要的、可載入的門窗族，見圖2。

圖2 創建的古建筑窗族

古建筑屋蓋部分建模一般較為復雜，主要有屋架系統和屋面兩部分組成，其中非標準化的異形構件比較多。建模需要花較多的精力和時間，因此建模人員需要有耐心。首先要把古建筑的屋蓋構造做法分析清楚，各構件之間是如何連接的，各構件的平面位置和標高是多少。重復構件，可先建一個，然后用復制或陣列的方式布置到相應位置，見圖3。

古建筑的屋面不同于現代常規建筑的屋面，常規建筑屋面大多是平面或斜面，而古建筑的屋面往往是曲面，而且屋面還鋪設各類瓦材，給建模帶來困難。本工程的做法是利用幕墻工具來創建瓦屋面的。首先是選擇“公制輪廓—豎挺”族樣板，來新建一個族，在該樣板中繪制一個瓦輪廓，并保存為“瓦”族，同時載入古建筑工程項目中。

圖3 古建筑屋蓋結構部分模型

在建筑選項卡的構建面板中中選擇“豎挺”，編輯類型中復制族類型并命名族類型為“瓦屋面”，將類型屬性對話框中輪廓改為之前載入的公制輪廓族“瓦”，完成后點擊確定退出。由于該屋頂為曲面，本工程在建筑選項卡中選擇“屋頂—拉伸屋頂”來繪制瓦屋面，將其屬性改為玻璃斜窗。編輯玻璃斜窗的類型屬性，在類型參數對話框中將網絡1豎挺內部類型改為“瓦屋面”，調整相關間距數據，之后可得所需瓦屋面模型，不同的屋面，其繪制的方式會不同，需要根據屋面的實際情況選擇合適的建模方法。

3 古建筑信息模型創建中的技術協同應用

古建筑保護性建模，對已有古建筑進行精準測繪是難點之一，古建筑建造時間越早，其完好度越差，建筑物的沉降變形也可能較大，測繪誤差導致的建模誤差也較大。目前無人機和激光三維掃描儀在建筑測繪中的運用，提高了古建筑測繪建模的效率和精準度。Revit軟件廣泛適用于房屋建筑建模，但對古建筑信息模型創建來說由于相應族庫較少，建模比一般房屋建筑難度大許多，由此開發相應的古建筑建模插件，建立古建筑構件族庫并實現共享將對古建筑建模提供幫助。

4 結語

用Revit進行的古建筑建模是以“族”為基礎的建模，創新族的構建方式，正確運用族工具，建立族庫，開發相應插件，同時加強不同技術的協同工作，可提高建模的效率和質量。為了提高建模效率，不斷探索、總結和分享BIM建模技巧是非常必要的。