BIM技術在古建筑中的應用探討

成麗媛（威海職業學院，山東 威海 264200）

所謂BIM，Building Information Modeling，建筑信息模型的簡稱，是指在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱，簡稱模型。[1]BIM一詞發明于美國，進入中國后，隨著國內技術的發展，BIM技術已經不再是狹義的模型和建模技術，而是一種新的理念及其相關的理論、方法、技術、平臺和軟件等。業內人士稱BIM技術是建筑領域繼CAD應用的第二次革命，隨著我國BIM標準的出臺，工程項目BIM技術應用也會越來越規范化。BIM技術強調的是工程（包括建筑、交通、水利、民航等各類工程）全生命周信息的收集和可持續性的運用，靜態和動態信息的及時掌握，3D視覺化的呈現，跨專業、跨階段的協同作業，幾何與非幾何交互的整合，微觀與宏觀空間交互的整合等[2]。

BIM技術目前已經越來越廣泛地應用于建筑工程的各個領域，逐漸在實現建筑生命全周期的BIM技術應用和管理，為提高工程品質，降低錯誤和變更成本，縮短工期，協同管理方面提供了很大的助力。

目前，BIM技術大量應用于現代建筑的建造過程，如何在國內數量可觀的古建筑和仿古建筑中應用BIM技術成為建筑行業越來越關心的問題。筆者就此問題進行了如下探討。

1 基于BIM技術的古建筑的修繕與管理

中國歷史源遠流長，中國古建筑以木結構為主體，以土、木、石磚瓦為主要的建筑材料，以榫卯為主要的結合方法，以模數為尺度設計加工生產，幾千年來，中國建筑逐漸形成了自己獨特的風格體系。[3]很多古建筑建設年代久遠，大部分古建筑資料缺失，梁思成先生和林徽因女士曾經現場勘踏，手繪了一部分古建筑，例如《圖像中國建筑史手繪圖》，這些珍貴的資料相對于承載五千年文明的古建筑的數量實在是太少，那沒有資料留存下來的古建筑應該怎么去維修、加固，達到修舊如舊呢？筆者認為可采用現行的三維激光掃描技術。三維激光掃描技術是近年來出現的新技術，在國內越來越引起研究領域的關注。它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據。該技術在文物古跡保護、建筑、規劃、土木工程、工廠改造、室內設計、建筑監測、交通事故處理、法律證據收集、災害評估、船舶設計、數字城市、軍事分析等領域也有了很多的嘗試、應用和探索[4]。例如在舊城區改造過程中，做管線拆遷和避讓時就用到了三維激光掃描技術，能較為準確地探測到地下管線的位置、管徑和數量，為拆遷改造造成了極大的便利。

在古建筑的模型還原過程中，先掃描現有古建筑，再基于點云模型逆向建模，最大程度將現有古建筑還原成為仿真模型，在兼容化的模型格式中，進行數據的錄入和修改，確保后期維護保養，不僅不會盲目改變古建筑的現狀，還能使現狀資料永久保存。另外，在模型上模擬方案和模擬修復后效果這種可反復修改的特性也便于方案的斟酌、討論和最后版本的確定。比如上海市芳甸路的改造便是運用了這項技術，最大限度地保留了城市的韻味和賦予了新的活力。

值得注意是，任何掃描和還原技術都不是百分之百的準確，模型還原者需要有一定的古建筑知識，并能和現場實踐相結合，在模型還原的過程中進行補充完善，才可以比較完美地再現古建筑的原貌。這期間就可能要用到放線機器人等其他現代測量儀器，對一定特殊的部位進行二次測量，輔以人工補充。因此，三維掃描技術用于古建筑，目前還屬于探索和不完善的階段，鑒于機器本身對古建筑的名詞和數據“缺失”，人工干預的作用會比較大，因此，獲取單個古建筑的數據時間也會偏長，隨著技術的發展和升級，古建筑對于掃描儀來說，識別度也會越來越高。

2 基于BIM技術的仿古建筑的設計和施工

仿古建筑的設計和施工，在當前建筑工程的數量中也占到了相當的比例，仿古建筑也因為所依據的時代不同，地域不用，呈現出了不同的風格和內涵，比如仿宋建筑、仿唐建筑、仿明清建筑、徽派建筑、閩南建筑等。各自對建筑形體、規制、構件有不用的要求，怎樣在設計過程中，快速調用不用時代和區域的建筑元素進行創作和組合，也成為古建筑設計和施工者所關注的問題。筆者在設計過程中采用的方法是，用現形的BIM建模軟件，比如Revit,Archcad等，將各種建筑的元素建成族樣板文件。

這里有必要補充一下關于族的相關知識，它是建模軟件Re?vit的專業術語。Revit中基本圖形叫作圖元，按照類別、族、類型的次第來對圖元進行分類。所有的圖元都是由族來創建的，可以說族是Revit的設計基礎，族中包括許多可以調節的參數，用來控制圖元的尺寸、材質、位置等信息。比如，在Revit中，柱是區別于梁、板的一個類別，而柱中又分圓柱和方柱，這個就是柱族，圓柱又分為直徑400、直徑500等等的尺寸，那個有尺寸的圓柱就是柱的類型。依據這樣的原則，比如斗拱、雀替、飛檐翹角等根據年代不用，分別建成不同尺寸、不同材質、不同年代的類型，作為族樣板文件在不同年代的仿古建筑中調用。

再將建筑形體，比如金鉤滴水、舉架等建成體量樣板文件。體量模型是Revit中快速創建曲面的一種方式，像一些比較特殊的屋頂、墻體和幕墻等，都需要用到體量，同時，一些有難度的重復性復雜的構件也會用到體量，比如說嵌板單元、墻面裝飾、裝飾性構件等等，總而言之，用簡單的方法無法創建出的模型就需要用到體量來繪制。

古建筑中的體量模型創建好后，以年代部位名稱來命名，作為自建體量文件載入項目中，這樣可以快速無誤地設計出不同時代的仿古建筑，如圖1所示。

圖1 運用BIM軟件創建古建筑族庫

不僅如此，建好的BIM建筑模型還能導出為相應的格式，進行結構專業和機電專業的模型完善和計算，就是在正向設計中所謂的“條件圖”，這樣的專業協同在運用BIM技術的優勢十分明顯，任何一個專業的修改，不用特意通知，其他專業就會第一時間得到更改后的模型，我們也叫模型聯動。這種協同保證了最后設計成果的完整性和一致性。

設計完成的成果可以用CAD圖紙形式體現，作為施工圖紙使用，可以用三維動畫展示，作為復雜節點的技術交底，也可以用EXCEL導出各專業明細表。值得注意的是，模型和工程量之間幾乎是零誤差，只要是建模準確，明細表就會準確，這樣作為建設方掌握預算，施工方提報計劃都是重要的、準確的依據，最后的決算結果也就是套用不同的清單和定額罷了。

3 基于BIM技術的古建筑的維護管理

無論是已有的還是新建的古建筑，維護和管理都是一個極大的難題，耗費的人力物力都非常大。維護人員需要不停的奔波在現場和資料之間。如果采用BIM技術，將竣工模型完善，在圖元屬性中鏈接相關的主材、輔材、油漆、磚瓦、數量、建成年份、有效期、供應商、合同等等的信息，就可以實現無紙化的查看，如果能夠和第三方的平臺相連，開發相關程序，材料到期預警功能和保養提示功能就能輕松地實現，不僅能使古建筑各個部位在檢測和保護之下，及時得到保養維護，也大量降低了維護管理人員的成本。

4 結語

目前，古建筑的施工是一個難題，老一代的工匠慢慢地老去，無法再去現場施工，而中國古建筑種類繁多，風格各異，新一代的能熟練施工古建筑的技術工人少之又少，古建技術的傳承，在施工領域是一個很大的問題。而BIM技術的應用，能夠極大降低古建筑的施工難度，從而達到降低成本和提高效率的目的。