基于BIM技術的古建筑修繕與保護

李燦 白銀霞 田忠喜

摘要：近年來，建筑文化遺產的數字化保護與實踐這一課題引起了社會的廣泛關注。BIM技術因具有可視化、協調性、模擬性等優點，可以作為建筑建模和信息集成的有效工具。根據歷史建筑的數據進行建模，然后對模型的修繕與維護工作進行可行性分析，不僅大大減少了建筑修繕保護消耗的人力、財力，節約了成本，而且能增強人們對古建筑的保護意識。本文介紹了我國歷史建筑的保護現狀，分析了BIM技術在古建筑修復保護方面的應用，進一步探討了該技術現存的應用問題并提出了相應的解決辦法。

關鍵詞：BIM；古建筑；建筑模型；修繕保護

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）可以通過數字化表示建設項目的物理和功能特性，是共享的建筑信息資源，能為項目全生命周期的各種決策提供可靠依據[1]。目前，在國內古建筑保護中，BIM技術主要應用于記錄建筑完整的生命周期信息。

隨著BIM的深入發展，政府和企業認識到BIM技術是未來智慧建筑工程建設管理與運營的基礎，特別是在對歷史文物古建筑的修繕與維護方面[2]。一方面，在修繕的過程中可以利用歷史建筑的信息模型，這樣比利用傳統測繪圖紙的靈活性更大，在正式修繕維護前對損壞的構件進行模擬修補或替換，以降低風險。另一方面，建筑模型可以記錄參數化的建筑信息，對建筑進行三維展示，更直觀地展示建筑的面貌。文章重點闡述了BIM在古建筑修繕保護中的具體應用、存在的問題及解決辦法。

一、我國古建筑的保護現狀

古建筑是我國歷史文化的重要組成部分，隨著當今社會對古建筑關注度的提高以及保護意識的增強，古建筑的修繕保護和管理工作要求也越來越高。在數字化信息時代，以往的古建筑保護模式不再適用于當下的發展趨勢，我國古建筑保護現狀如下。

（一）古建筑知識體系不完善

關于古建筑的修繕保護工作，要根據修繕保護工作的具體要求，建立完整的知識體系。但是，由于歷史與實際原因，部分古建筑知識丟失，并未建立完整的知識體系。一方面，從傳統上來講，建筑知識構建所需的時間較長，多采用紙質化形式進行知識、信息的存儲和傳遞，這種模式已經不能滿足當前古建筑修繕保護工作的知識需要。另一方面，以往的建筑保護工作大部分靠的是人們日積月累的經驗，難免會出現一些技術性錯誤。

（二）古建筑信息不完整

20世紀，CAD技術的發展使我國古建筑保護工作進入了“測繪+繪圖”的時代，提高了圖紙的精確度和工作效率。傳統的二維圖紙所能涵蓋的信息量已經無法滿足當今社會對古建筑的保護要求，而且二維圖紙對于工作人員的專業能力要求很高，相關從業人員需要具有豐富的經驗和理論知識，如果在古建筑保護工作中出現些許錯誤就有可能導致建筑信息的部分缺失和不準確性。此外，古建筑年代久遠，二維模式的建筑信息傳遞方式存在局限性，傳遞過程中的信息丟失無法避免，建筑的設計、結構信息完整性難以保證。

（三）古建筑信息利用率低

古建筑的歷史悠久，并且分布區域比較廣泛，建筑風格存在很大差異。建筑特點不同，就需要對其修繕保護工作進行針對性研究。但是我國古建筑的修繕保護工作開展是線性的，建筑信息的傳遞也是單向線性的，不同階段進行的工作不同，后一階段工作的順利開展依賴于前一階段工作的完成[3]。資料的收集、方法的選用等信息利用率不高，修繕保護的工作難度隨之加大。

二、BIM技術在古建筑保護中的應用

（一）古建筑模型的構建

古建筑保護的重點在于信息收集、處理并傳遞，利用BIM技術收集建筑信息，可以提升信息傳遞效率、利用效率以及各部門協同工作效率，而后將三維激光掃描的點云圖導入revit中，獲得建筑的標高、軸網尺寸等基本信息，在此基礎上，依據測繪數據創建墻、柱、梁、樓板等構件[3]，建立能夠真實反映古建筑受損現狀的分布式模型，這對后期維護建筑的原有條件和功能提供了很大的便利。模型建立之后，專業人員需要根據具體情況對古建筑進行修繕維護。

（二）古建筑具體情況的模擬分析

一般情況下，古建筑分布廣泛，有些所處位置特殊，不同地區的氣候、地貌的差異也會對建筑修繕工作產生影響，這就需要我們根據其所處位置環境進行具體情況分析。傳統的環境分析由于主觀因素過重，大量數據信息處理不完善等缺陷，會影響修繕保護工作的準確性和高效性。BIM信息系統對所處不同位置的建筑物進行周邊環境空間數據建模，對建筑物的布局、紋理及歷史信息等全方位具體研究分析，得到的數據精確、信息完整，有利于研究人員開展下一步修繕保護工作。

（三）修繕保護工作的可視化

CAD、3Dmax這些三維設計軟件，雖然在一定程度上方便了人們對傳統建筑圖紙的理解，但是也存在功能上的局限性，比如傳統的CAD軟件主要通過平、立、剖三視圖來展現建筑物的整體信息，但是在面對復雜的建筑物時，非常容易出錯。BIM不僅保留了這些三維設計軟件的傳統功能，更重要的是能夠展現出建筑物的立體式三維模型，增強了模型與原有建筑的一致性。

三、BIM技術應用中存在的問題

（一） BIM軟件開發力度不足

盡管目前BIM軟件種類較多，推廣力度較大，但是大部分軟件仍處于設計階段，可以用于施工的很少，不能形成完整的應用體系，項目的后期運營與維護工作無法得到保障。我國自主研發的BIM建模軟件較少，本土化力度不夠，大多軟件還是依賴于從國外引進，由于國內外建筑行業的差異性，從國外引進的BIM技術在國內應用存在一定的困難。

（二）BIM技術人才短缺

BIM技術在我國的應用仍處于初級階段，缺乏自主研發能力，知識體系不夠完備，BIM應用軟件人才仍然緊缺。之前，我國古建筑修繕保護工作主要采用的是CAD技術，其應用形式與BIM技術大不相同，因此導致工作人員不能正確使用BIM技術。從數量上看，BIM應用技術人才與傳統掌握CAD技術的人才數量相差很大[3]。

（三）企業BIM應用的問題

建筑施工企業信息化建設是國家建筑業信息化的基礎，但在實際工作中，企業的決策、管理層及作業層的人員對BIM的認識普遍不足，動力欠缺；建筑企業開展信息化建設，需要大量的資金投入，但是建筑企業的產值利潤率、資產利潤率遠遠低于其他產業，籌措資金進行信息建設和維護有一定困難[4]。

四、BIM技術在古建筑保護中的建議

（一）不斷改進軟件功能

針對古建筑保護工作的具體開展情況，需要對BIM軟件進行不斷的改進。可以在BIM系統中設置本土插件，在軟件原有使用功能的基礎上，考慮我國古建筑修繕保護的實際情況對軟件進行二次開發，增強軟件的應用能力。

（二）培養專業技術人才

古建筑保護工作具有多學科交叉綜合的特性，對專業技術人才要求較高，專業人員要具有過硬的專業能力，同時還應具備一定的文史素養。隨著BIM在古建筑保護領域的逐步推廣，各大高校也開始對其進行關注和研究。可以呼吁更多的高校增設與BIM相關的軟件學習課程，打好學生的運用基礎；設置BIM科研機構，各院校之間可以舉辦有關BIM技術的交流研討會；各大院校應積極組織并參與全國高等院校建筑信息建模比賽，從多方面為我國的BIM技術培養優秀人才。

五、結語

BIM技術的應用為我國古建筑修繕和保護工作提供了技術支持，使有關部門可以建立古建筑模型，進行修繕保護的可行性分析。若是能在古建筑保護乃至整個建筑領域廣泛應用BIM技術，將帶來巨大的經濟效益。為了使BIM技術在我國古建筑保護工作中順利推廣，還需要進一步改善相關軟件的功能，培養專業技術人才，加速我國古建筑保護工作的數字化、信息化進程。

基金項目

聊城大學大學生創新創業訓練項目（項目編號：cxcy2020y217）；2019年山東省研究生教育質量提升計劃項目（項目編號：SDYJG19062）；2020年山東省本科教學改革研究項目（項目編號：P2020013）；2016年山東省教學改革研究面上項目（項目編號：Z2016M044）；2019年度聊城大學科研基金立項（項目編號：318011901）；聊城大學大學生創新創業訓練校級一般項目（項目編號：cxcy2020y217）。

作者簡介

李燦，1999年生，女，漢族，山東臨沂人，聊城大學建筑工程學院本科生，研究方向為古建筑防護。

田忠喜，聊城大學建筑工程學院工學博士，副教授，碩士生導師，研究方向為城市與礦山地下工程支護和工程建造。

參考文獻

[1]李哲，劉明.BIM技術在歷史建筑保護中的應用探究[J].四川建材，2018，44（12）：61-62.

[2]趙越.基于BIM技術的某歷史保護建筑修繕改造[J].施工技術，2019，48（12）：12-15.

[3]李艷，李光范，董鍇.成功運用BIM技術于歷史建筑保護的關鍵因素分析[J].海南大學學報（自然科學版），2015，33（3）：258-263.