BIM技術在木結構文保建筑修復中的應用

摘" 要：“信息化建筑模型”簡稱BIM，在發達國家已經被廣泛運用且技術較為成熟。其能夠根據已有的建筑信息創建出信息化建筑模型。這些數據信息能夠被方便地提取、統計整理及管理，所以能夠在建筑全生命周期中發揮重要作用。傳統木結構文保建筑修復加固過程主要以匠人經驗判斷，并不具備一定的科學性、完整性。該文以南京市浦口區大馬路15號文保建筑BIM模型的建立為基礎，對BIM技術的優點及實際運用進行分析，展示信息化模型在木結構文保建筑修復中所發揮的作用。

關鍵詞：BIM；木結構；文物保護；文物修復；自動統計

中圖分類號：TU17" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）12-0177-04

Abstract： \"Building Information Modeling\"， referred to as BIM， has been widely used in developed countries. With relatively mature technologies， it can create an information-based building model according to the building information have obtained. These data and information can be easily extracted， statistically sorted out and managed， so they can play an important role in the whole life cycle of the building. The repair and reinforcement process of traditional wooden structure cultural preservation building is mainly judged by the experience of craftsmen， and does not have a certain degree of science and integrity. Based on the establishment of BIM of No. 15 buildingon Dama Rd.， Pukou District， Nanjing， this paper analyzes the advantages and practical application of BIM technology， and shows the role of information model in the restoration of timber structure cultural protection building.

Keywords： BIM; timber structure; conservation of cultural relics; restoration of cultural relics; automatic statistics

文保建筑的保護與修復是一直存在的難題，并不是傳統意義上的簡單縫補就能恢復其原貌的。中國古建筑以木結構建筑為主，經歷過幾千年的自然災害和戰爭等，不可避免地會給這些建筑造成破壞且情況日益嚴重，許多建筑都亟待修復。對于木結構文保建筑的修復加固過程應該遵循原來建筑材料、建筑形制、建筑結構和工藝技術的原則。在修復過程中，用于文保建筑的加固材料、連接或者更換構件時不能損傷文保建筑的本身。一般步驟是先進行缺陷修補，然后進行缺陷補強加固。但是傳統建筑修繕主要是匠人們憑借經驗對損傷進行修復，科學性、系統性不強，很難完美達到文保建筑修復的原則。

1" 傳統修復的難點及利用BIM技術的優點

1.1" 修復過程中的難點

1）修復材料信息缺失。我國國土面積大，不同地區文保建筑各不不同，建筑材料也有所區別，許多材料難以尋找。如何系統性記錄并快速找到這些合適的修復材料信息來避免隨意采用材料進行修復是保護建筑物風格的重要因素。

2）技術要求高。古建筑結構復雜且因為受力構件的破壞需要技術人員局部修復，在不擾動整體結構的前提下，將破損構件恢復到原來狀態，不同部位、不同材料的修復，都需要仔細縝密的分析。所以工作人員先要去現場實際勘察，對于木構件及復雜構件的搭接方式的三維空間模型只能通過現場繪制的二維平面圖，及用照片輔助繪圖，若是對古建筑不熟悉的工作人員僅憑這些信息則很難進行修復。

3）修復系統性低。許多留存至今的古建筑在古代都需要數十年，甚至上百年之久才建造完成，工程量大。若這些建筑的修復沒有系統性，修復時間與金錢成本就會非常高。

1.2" BIM技術應用在文保建筑修復中的優點

1）BIM技術是攜帶信息的載體，利用BIM技術可以記錄文保建筑準確且真實的信息，能夠為文保建筑的后期運營維護及檢修等提供巨大幫助，文保建筑是具有歷史意義的建筑，是反映當時歷史及工程信息的建筑，文保建筑保護必須體現其真實性。

2）BIM技術的可視化在文保建筑的保護和修護中極為重要，研究和保護文保建筑的關鍵是其大量的木造的結構，木結構建筑在技藝上經過幾千年的繁復演變，各個建筑的構造方式及其工藝流程各有特點。我國文保建筑形式各異，空間構造復雜，只靠設計者或匠人們去修復其復雜的空間結構就非常困難。BIM技術可以按照比例尺寸還原建筑模型，這樣將傳統的二維平面表達的復雜構件空間形式轉換成三維的立體實物圖形，并且整個空間都是可視的。

3）BIM技術中所有構件都是按照不同的類別分組進行信息記錄，且每個構件可以按照特定的統計規則進行分類，從而進行模型建立，以便于生成所對應的明細表。文保建筑信息的統計可以按照各種統計規則分類后自動統計，便于統計構建殘損數量，有助于工程量的計算。

2" 大馬路15號文保建筑概況模型庫、模型建立

南京市浦口區大馬路15號文保建筑（圖1）平面呈L形，其延續了日本傳統町屋民居風格，由于多年沒有系統性地修繕保護，建筑存在私搭亂建、屋面滲水、木構件糟朽和油漆脫落等情況。針對這些問題，對該文保建筑進行修復，修復的目標是經過歷史調查甄別，把其恢復到20世紀30年代時的原貌。

首先進行項目現場勘探，利用現代測量技術三維激光掃描及圖紙等各種資料對古建筑的模型進行采集；其次編制相關的建模規則，先對古建筑中族構件進行分類，建立相關族構件，對所有構件尺寸、形狀等幾何信息及材料等非幾何信息統計記錄，并添加到族構件中，進行模型建立。具體工作流程如圖2所示。

3" 利用BIM技術對大馬路15號文保建筑修復

3.1" BIM技術在大馬路15號文保建筑屋面及樓面板修復的應用

利用BIM技術載體性和可視化性對屋面殘缺及漏雨地方進行標記（部分），如圖3所示。找到前面錄入BIM中屋頂相應的材料的數據如圖4（a）所示。從中可以看出，屋面以普通木修復即可，由專業技術人員擬定修補方案，聯系專業工匠攜帶相符合的材料按照規劃好的順序進行修護。

而對于樓面板的修復同樣按照前面方法進行修復，但是可以看到材質為北歐木如圖4（b）所示，這樣避免修復材料的隨意亂用，而喪失了文保建筑原有的風格。

3.2" BIM技術在大馬路15號文保建筑椽子修復的應用

對于隱蔽、困難和不利于匠人們修復還原的椽子位置如圖5（a）所示，如果只通過平面圖讓匠人們進行復原，很難達到理想效果，下面進行三維仰視觀察如圖5（b）所示。1號位置的椽子若只是按照平面圖來參考則要求匠人們要有很高的空間想象力，而實際通過三維觀察發現1號位置的椽子是連接梁與坊的，2號等其他位置的椽子也是如此。像1號2號等這樣位置的椽子修復對匠人們來說是困難的，但是經過先進的測量技術并通過BIM技術的復原，可以精確地定位每個椽子的位置，極大地降低了匠人們的修復難度，提高了修復的精確度。

3.3" BIM技術對大馬路15號文保建筑修復中自動統計的應用

將每個構件的信息都錄入到模型之中，以項目名稱、工程類型、構件類型和構件信息，編制了項目自定的EBS編碼用于工程統計編碼流程，具體編碼如圖6所示。09代表大馬路文保建筑項目，03代表門窗工程，04代表日式窗，28、22代表尺寸信息。

建立EBS編碼后，從系統上便于統計構建殘損數量及更換、補配的數量。并且在此建筑修復方案擬定完成后可直接導出材料清單并生成所對應的明細表。圖7為清單明細表，通過清單可以快速知道所需的材料，節約時間，提高工作效率。

4" BIM技術對大馬路15號文物修復應用總結及未來展望

傳統木結構文保建筑修復的主要問題有科學性、系統性不強，這些問題則導致了材料信息獲取難，技術要求高等難題。因此提高木結構文保建筑修復的科學性及系統性是解決問題的關鍵。而本次的大馬路15號文保建筑通過先進的測量技術，以及對文保建筑的結構信息、建筑材料信息和損壞部位等重要信息進行記錄，整合到BIM模型中。利用BIM技術的可視化及協調性從BIM模型中直接獲取損壞的精確位置及所需修補的材料，并邀請技術人員進行分析，擬定修補方案，聯系匠人對文保建筑進行精確修復，解決傳統木結構文保建筑修復的無序性、困難性、精度差和還原度差等問題，從而滿足文保建筑修復的原則。利用BIM技術的自動統計，在此建筑修復完成后可直接列出材料清單及各種費用以方便統計。對未來的文保建筑可以通過BIM技術的開發進行檢測及管理，從原來的被動性搶修向科學性、系統性保護的歷史轉換，通過預防性的保護極大減少傳統修繕所花費的資金。

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