BIM技術(shù)在古建筑保護(hù)過程中的應(yīng)用研究綜述

林丁欣 燕寧娜 趙振煒

(1 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 銀川 750021)(2 寧夏施圖建筑設(shè)計(jì)審查咨詢有限公司 銀川 750002)

1 內(nèi)容

1.1 BIM相關(guān)理論知識(shí)

BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于建筑的數(shù)據(jù)化工具，能對建筑數(shù)據(jù)和信息化模型整合。

古建筑全生命周期的信息管理，包含建筑構(gòu)造、參與方和時(shí)間3個(gè)維度[1]。(見表1)

表1 古建筑全生命周期信息分類Table 1 Classification of information on the whole life cycle of ancient buildings

1.2 基于BIM技術(shù)的古建筑三維虛擬模型

以一個(gè)常規(guī)的古建筑單體為例，介紹利用BIM技術(shù)的核心軟件revit軟件三維虛擬建模的特點(diǎn)。revit是以墻、柱、門窗、樓梯等基本構(gòu)件建立信息模型，添加的構(gòu)件本身帶著參數(shù)信息。構(gòu)件之間形成了層級關(guān)系，所有的參數(shù)信息形成了古建筑的數(shù)據(jù)庫。通過古建筑中的“族”的建立，在構(gòu)件之間建立起特定條件下的關(guān)系，使用參數(shù)化的圖元或參數(shù)化修改引擎，實(shí)現(xiàn)參數(shù)對圖元的驅(qū)動(dòng)或反映到其他關(guān)聯(lián)構(gòu)件的變化。為了更為明確展現(xiàn)古建筑模型的歷史信息及原有風(fēng)貌，例如相關(guān)建筑構(gòu)件物理信息的數(shù)據(jù)(構(gòu)件的年代、尺寸、修繕情況、材料、重量等)，甚至可以記錄每個(gè)構(gòu)件小到每一塊瓦件上，還可以配合說明文字參數(shù)記錄下各個(gè)修繕時(shí)期所應(yīng)用的材料、工藝等。

1.2.1 信息采集

古建筑的信息采集主要分為兩種: 第一，空間信息的采集，主要包括古建筑形狀、建筑 物比例、尺寸、方位等空間形態(tài)的信息; 第二，屬性信息的采集，主要包括古建筑的建造材 料、工藝、風(fēng)格、施工方法、年代和地域信息[2]。傳統(tǒng)空間信息的采集主要是采用尺子、垂球等傳統(tǒng)測量工具對建筑物尺寸進(jìn)行測量，然后形成二維圖紙，并配有一些文字記錄，存在著數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、使用不方便、效率低等問題。現(xiàn)代空間信息采集是采用現(xiàn)代電子技術(shù)手段，借助三維激光掃描、高清攝影測量等多種測量傳感器技術(shù)，獲取完整而精細(xì)的古建筑三維數(shù)字模型、紋理影像，經(jīng)融合處理生成精準(zhǔn)的古建筑設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)狀圖紙及結(jié)構(gòu)模型等[3]。

1.2.2 BIM建筑信息模型的建立

BIM基本建筑信息模型主要是在空間信息采集的基礎(chǔ)上，基于二維圖紙、測繪數(shù)據(jù)以及圖片等相關(guān)資料，借助目前常用的BIM建模軟件revit建立三維模型。古建筑的建筑形式主要以大木結(jié)構(gòu)為主，配有磚、瓦、石等元素，不同朝代或者同一朝代的不同時(shí)期，建筑風(fēng)格會(huì)有相同或者相似之處，建筑構(gòu)件的尺寸、比例一般也具有統(tǒng)一性，建造過程中一般只是調(diào)整構(gòu)件的大小和位置。根據(jù)古建筑物的這一特性，在利用revit建立建筑信息三維模型中，通過對古建筑構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)置及族的構(gòu)建，完全可以實(shí)現(xiàn)造型迥異的各類型古建筑物建筑信息模型的構(gòu)建。

BIM 建筑信息模型的基礎(chǔ)單元為“族”，所有圖元都是基于族的，每個(gè)族圖元都可以定義多種類型，每種類型都可以進(jìn)行尺寸、形狀、材質(zhì)或者其他參數(shù)設(shè)置[4]。根據(jù)古建筑的朝代、風(fēng)格、工藝、形狀進(jìn)行分類分解，利用revit建模軟件首先建立不同類型的參數(shù)可變的族，然后根據(jù)擬建立建筑信息模型的古建筑的圖紙及相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)入各類族，從而建立古建筑完整模型，這樣既可以提高構(gòu)件模型建立的復(fù)用性，還可以提升建模效率。古建筑信息模型的建立流程如下：

(1)大木作整體構(gòu)造分析重點(diǎn)關(guān)注梁架、斗拱、翼角和屋頂?shù)葟?fù)雜部位。

(2)古建筑構(gòu)件定位關(guān)系確立主要包括平面軸網(wǎng)定位和立面標(biāo)高定位，點(diǎn)云在CAD中的水平剖切可以產(chǎn)生傳統(tǒng)意義上的古建筑平面圖，據(jù)此規(guī)整標(biāo)注古建筑軸線位置; 在垂直方向的剖切可以輸出剖面圖，由此標(biāo)注主要部位的標(biāo)高位置。

(3)細(xì)化構(gòu)件族的搭建順序 模型的建立過程按照古建筑的營造順序確定。

(4)古建筑構(gòu)件裝配參數(shù)化調(diào)整各構(gòu)族，依據(jù)城隍廟大殿的構(gòu)件和構(gòu)架形式組裝搭建，依次是臺(tái)基、梁架/斗拱、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋頂椽件、屋頂望板/灰背層、屋頂瓦片層和屋頂脊飾等部分[5]。

1.2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)對古建筑復(fù)原的作用

作為BIM技術(shù)的一個(gè)拓展分支，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又被稱之為虛擬成像技術(shù)，能夠?qū)⑻摂M的信息以一種直觀的方式展現(xiàn)出來，提供身臨其境的視覺和空間感受。在古建筑研究保護(hù)中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠?qū)p毀的建筑根據(jù)現(xiàn)存資料和在世老專家的記憶，先在計(jì)算機(jī)中復(fù)原重現(xiàn)。待到時(shí)機(jī)成熟再進(jìn)行復(fù)建。虛擬古建筑，打破了時(shí)間和空間的限制。讓觀眾零距離接觸古建筑，身臨其境的感受古建筑本身的魅力，在保護(hù)文物古跡不被損傷的同時(shí)滿足了人 們的求知欲[6]。

2 結(jié)語

我國古代建筑多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，易受自然環(huán)境侵蝕，根據(jù)實(shí)際受損情況需要進(jìn)行不同程度的修繕，每次修繕都會(huì)產(chǎn)生許多工程信息，傳統(tǒng)的以圖紙、文字、圖片或者影像記載的方式工作量大、信息儲(chǔ)存分散、調(diào)取信息困難，如何利用現(xiàn)代新興BIM技術(shù)進(jìn)行古建筑的保護(hù)，并且保證古建筑歷史信息以及維護(hù)信息的真實(shí)性和完整性，是古建筑保護(hù)中亟需解決的難題。