民族傳統建筑元素提煉與BIM參數化建模方法研究
——以廣西壯族干欄式民居建筑的獸頭銜象鼻形挑手為例

文_黃 雷（南寧職業技術學院，副教授、高級工程師，碩士）

李立寧（南寧職業技術學院，工程師，碩士）

郭 楊（南寧職業技術學院，講師，碩士）

中華民族歷史源遠流長、文化豐富多彩，在各民族傳統建筑中所包含的民族傳統元素不僅形式多樣、結構合理、造型美觀、功能齊全，且特色鮮明、內涵豐富、自然和諧，凝聚了各民族勞動人民的勤勞智慧和進取精神。提煉廣西壯族干欄式民居建筑構件挑手中的民族傳統建筑元素，再與符合現代審美觀念的元素融合，利用BIM建模技術，可方便工廠化大規模加工制造的模塊化、裝配化理念對其進行參數化設計建模。民族建筑的優良傳統和藝術風格不但因此得以繼承，還能通過現代設計和建造技術得以弘揚和發展。

一、廣西民族建筑中的挑手特征元素提煉

廣西民族建筑中的挑手是指支撐建筑物挑出屋檐的一種木制組合構件，如圖1所示，它具有使屋檐向前延伸，使檐下形成一個可遮陽避雨的檐廊，既可保護檐下外墻不受日曬雨淋，又使檐下形成一個可遮陽避雨的空間。

圖1 ??靖西某壯居象鼻蓮花頭挑手

木制組合構件主要由梁或枋在檐下的挑出部分及下方的插栱共同構成，如圖2所示。挑手以挑出梁（枋）的數量來分類，只有一條挑出的梁（枋），沒有下部裝飾用插栱，稱為單挑；一條挑出的梁（枋）加上下部插栱，稱為雙挑；兩條挑出的梁（枋）加上下部插栱，稱為三挑。

圖2 ??雙挑象鼻形蓮花頭挑手大樣圖

梁（枋）的挑出部分是挑手主要受力構件，承受通過檁傳遞來的建筑屋頂荷載，因此其外形簡單實用、無過多裝飾。挑手下部的插栱承擔了主要的裝飾功能，因此其外觀通常形式多樣、造型美觀、寓意深刻。而挑手往往以下部插栱的外形特征來命名，如象鼻蓮花頭挑手。由此，以挑手下部插栱作為提煉民族傳統建筑元素的主要對象。

廣西南部壯族干欄式民居建筑的挑手下部插栱，多為獸頭銜象鼻的形式，如圖3、4所示。插 栱后部與柱或墻相連的部位多以魚頭、龍頭等形狀出現，寓意生活富足、人丁興旺、健康長壽；中部為象鼻形狀，寓意吉祥如意、招財納福；前端托梁（枋）的部位多為蓮花形狀，寓意清廉、純潔。這樣的組合反映了古代廣西壯族人民對龍、魚、象和蓮花等動植物的崇拜，以及對美好生活、崇高品格的追求。

圖3 ??魚頭銜象鼻蓮花頭挑手

根據模塊化理念，獸頭銜象鼻形插栱可分為三個模塊，即托梁（枋）的蓮花頭、象鼻和連柱或墻的獸頭。每個模塊之間根據裝配化理念，并參考傳統木結構的榫卯連接方式，設計參數化和標準化的凹（榫眼）凸（榫頭）式連接接頭。

（一）蓮花頭特征提煉

蓮花頭常見外形為倒扣的正四棱臺，有單層（如圖3、圖4），也有雙層（如圖1）。雙層的兩個正四棱臺往往相對旋轉45°。正四棱臺四個側面表面常有對稱布置的從頂到底的溝槽，如圖5所示。四棱臺頂、底面邊長和高度等均設計成可通過參數調整。

圖4 ??龍頭銜象鼻蓮花頭挑手

圖5 ??蓮花頭側面溝槽示意

（二）象鼻特征提煉

象鼻的特征可提煉為兩個相切圓弧組成的S形曲線，如圖6所示。象鼻斷面可以是矩形也可以是圓形。由于古代受限于落后的工具和技術，圓形斷面的象鼻加工難度較大，因此多為矩形斷面。現在的木材加工技術先進，所以可選擇更符合現代審美觀念的圓形斷面。半徑為R1的這段圓弧象鼻，左端連接蓮花頭，右端與另一段圓弧象鼻相連。為了增加一些變化，此段象鼻設計成斷面為兩端粗中間細的光滑過度圓弧。半徑為R2的這段圓弧象鼻，右端與柱或墻連接。此段象鼻斷面設計成與柱或墻連接端粗、另一端細的光滑過度圓弧，如圖7所示。

圖6 ??兩個相切圓弧組成的S形曲線

??圖7??S形象鼻

（三）獸頭特征提煉

由于獸頭往往造型復雜，可提煉抽象的特征較少，參數化建模的難度較大。為了便于加工制造，采取兩側用薄木板剪紙風格雕刻的獸頭，中間夾實木的形式來營造立體精美的獸頭，以龍頭造型為例，如圖8所示。

圖8 ??龍頭造型

二、挑手BIM參數化建模

BIM建模軟件采用Autodesk Revit（2017版）進行。建模思路為：先將挑手插栱拆分為蓮花頭、象鼻和獸頭三個部件分別參數化建模，再將三個部件組裝成完整插栱模型，最后將插栱模型和挑梁、檐柱等組裝成完整的挑手模型。

（一）蓮花頭BIM參數化建模

根據民族傳統建筑中蓮花頭造型特點，將蓮花頭提煉為通過高度、底面邊長、頂面邊長等參數控制的正四棱臺。先利用Revit構建單個蓮花頭BIM模型。單個蓮花頭樣式及控制參數詳見圖9和表1，頂和底面正方形邊長、高度、側面溝槽間距、榫卯接頭等均設計成可參數調整。

圖9 ??單個蓮花頭樣式

表1 ??單個蓮花頭控制參數

（接上表）

雙層蓮花頭由兩個蓮花頭疊加而成。雙層蓮花頭樣式及控制參數詳見圖10和表2，上層蓮花頭可通過參數選擇是否旋轉45°。

圖1 0??雙層蓮花頭樣式

表2 ??雙層蓮花頭控制參數

（二）象鼻BIM參數化建模

象鼻雖是提煉為兩個相切圓弧組成的S形曲線，但是連接蓮花頭的這段象鼻斷面為兩端粗中間細，因此在Revit建模時，使用放樣融合的實體創建工具，這段象鼻實際應分成兩段分別創建。放樣路徑為相互連接的等角度的兩段同圓心同半徑的圓弧。組成S形曲線的兩段象鼻圓弧連接處應相切。象鼻樣式及控制參數詳見圖11和表3。

圖11 ??象鼻樣式

表3 ??象鼻控制參數

由于幾何關系比較復雜，象鼻建模經過多次嘗試才確定了一個比較好的建模順序和參數關聯邏輯。

確定象鼻連接獸頭這一段圓弧的位置和長度。首先固定此段圓弧連接獸頭端點與圓心的連線豎直，再根據幾何關系，通過兩個圓弧圓心連線水平投影間距參數XBX2和兩個圓弧半徑參數XBR1、XBR2控制此段圓弧角度參數XBAngl1，最后通過參數XBR1和XBAngl1控制此段圓弧另一端點位置和圓弧的長度與角度。

確定象鼻連接蓮花頭這一段圓弧的位置和長度。首先固定此段圓弧連接蓮花頭端點與圓心的連線水平；接著通過兩圓弧相切的幾何關系確定連接蓮花頭此段圓弧圓心的相對豎向坐標參數XBY（兩個圓心豎向投影間距）；然后通過象鼻水平投影長度參數XBX1和參數XBR2控制參數XBX2；再根據幾何關系，通過參數XBAngl1控制此段圓弧角度參數XBAngl2；最后通過參數XBR2和XBAngl2控制此段圓弧長度與角度。

象鼻兩端的榫頭尺寸與蓮花頭、獸頭對應的榫眼尺寸應該匹配。因此，參數命名時不同模塊模型中相同位置尺寸參數應采用同樣的名稱；組裝成完整插栱模型時，再設置同名的嵌套關聯參數，以避免混淆。

（三）獸頭BIM參數化建模

為了便于工廠化加工制作，采取兩側用薄木板剪紙風格雕刻獸頭，中間夾實木的形式。以龍頭為例，其構造形式和控制參數詳見圖12和表4。獸頭兩側剪紙風格板材厚度、中間實木層厚度等均設計成可通過參數調整。

表4 ??獸頭控制參數

圖12 ??獸頭構成形式

（四）獸頭銜象鼻蓮花頭挑手的組裝

首先將蓮花頭、象鼻和獸頭三個模塊組裝成完整的插栱，以龍頭銜象鼻蓮花頭插栱為例，如圖13所示。

圖13 -2??組裝完整的龍頭銜象鼻蓮花頭插栱樣

圖13 -1??組裝完整的龍頭銜象鼻蓮花頭插栱樣

再將插栱和挑梁等組裝成完整的挑手。以三挑龍頭銜象鼻蓮花頭挑手為例，如圖14所示。

圖14 ??三挑龍頭銜象鼻蓮花頭挑手

三、結論

本文以廣西壯族干欄式民居建筑的獸頭銜象鼻形挑手為例，對其中蘊含的民族傳統建筑元素加以提煉，利用BIM技術結合現代審美觀念正向設計并創建出美觀且便于工廠化加工的參數化模型。該參數化BIM模型通過參數調整能方便快捷地形成不同尺寸、不同蓮花頭和獸頭樣式的獸頭銜象鼻形挑手，適配絕大多數壯族風格的建筑。在上述設計與建模過程中，關鍵還是對民族傳統建筑元素的提煉，即并非原封不動地對建筑原有裝飾形式進行還原，而是結合現代審美觀念取其精華、去其糟粕。同時，提煉還要符合基于BIM模型的現代設計與加工制造技術的特點和要求，通過提高信息化和裝配化水平，才能真正繼承民族建筑優良傳統和藝術風格并弘揚與發展。