傳統建筑數字信息庫的研究與建設★

程一琳 畢詠力 李衛俊 趙 貞

(1.山西一建集團有限公司，山西 太原 030012；2.山西建設投資集團有限公司，山西 太原 030032)

建筑是文化的載體、發展的足跡，傳統建筑因其具有獨特的造型、靈活、完美合理的結構構架體系,是我們無價的歷史文化傳承瑰寶，而中國傳統建筑更是歷史、政治、經濟、文化的凝聚物，不同時代的建筑見證了不同的政治、文化和審美，不同的民族建筑也有獨特的風格。

國內大量傳統建筑修復證明，在傳統建筑施工的傳統工藝方面，諸如大木作、瓦作、石作、油飾彩繪等工藝，由于傳統建筑造型復雜多變，研究設施的不健全和修復工具老舊落后，導致傳統工藝得不到更好地保護和發展。

隨著科學技術的日益進步，建筑行業也在不斷積極探索一條高效率、低能耗、低污染的可持續發展道路。對于傳統建筑工程施工技術來說，如何利用現代技術手段完成傳統建筑數據信息收集，并為保護、傳承與發展傳統建筑提供可靠的數據依據成為傳統建筑施工的重難點。

1 傳統建筑數字信息庫建設背景

對應行業、企業現狀：傳統建筑維護修繕工程復雜且耗資大，隨著各地歷史文化名城對傳統建筑文化和恢復歷史文明古城名譽的不斷看重，傳統建筑行業的未來前景可觀。目前，能夠指導傳統建筑施工的設計、規劃大部分是通過歷史書籍、地方志等相關資料進行復原，缺少更為真實、直觀的數據支撐。

順應技術發展趨勢：隨著信息技術、三維掃描技術、BIM技術的不斷發展，以及在建筑施工領域的深度應用，傳統建筑無損測繪，實體還原有了有利的技術支撐與保障。

響應政府、行業規定：《文物保護法》《文物保護法實施條例》《歷史文化名城名鎮名村保護條例》《國務院關于加強文化遺產保護的通知》《城市紫線管理辦法》《歷史文化名城保護規劃規范》等文件都明確提出了加強對歷史文化名城、歷史遺址遺跡重點保護的要求。如何對古代建筑進行無損測繪、保護，如何研究古代傳統的施工工藝、材料，如何創造更好的現代仿古建筑，是擺在傳統建筑維保、施工企業面前的一個重大課題。

2 傳統建筑數字信息庫建設目的

古建筑是一代又一代建筑業者集體智慧的結晶，隨著朝代更迭、戰爭霍亂、自然災害的發生，很多傳統建筑都遭受了不同程度的損壞，甚至消亡。隨著科技的不斷發展，通過信息技術合理高效的存儲管理傳統建筑各類數據資料，實現信息共享，為傳統建筑監測、保護及修繕提供“一手”資料，對傳統建筑施工技術、工藝的研究、保護、傳承與發展提供可靠的數據基礎。

3 傳統建筑數字信息庫建設方案

3.1 建設目標

傳統建筑數字信息庫通過將信息技術、三維掃描技術、BIM技術、可視化交底技術融合應用，將原始測繪數據、構件BIM模型、施工工藝整合至同一平臺，通過互聯網技術實現了傳統建筑數據資源的共享，對傳統建筑、歷史遺址遺跡原始數據的數字化建檔留存起到了關鍵作用,使得傳統技術、工藝在新時代得以延續、發展。

3.2 技術方案

傳統建筑數字信息庫建設，通過三維掃描技術獲取歷史文物、遺址、遺跡精確的原始數據；利用BIM技術結合傳統建筑測繪圖標準、規則對測繪得到的數據，進行模型復原工作；三維掃描得到的點云數據、傳統建筑施工工藝標準、傳統建筑測繪圖標準以及復原后的BIM模型均統一收錄在傳統建筑數字信息庫中建檔留存。實現了傳統建筑數字信息的標準化、規范化管理。

1)系統建設。系統部署圖見圖1。

傳統建筑數字信息庫采用SQL server數據庫，通過編解碼技術實現資料的存儲。傳統建筑數字信息庫按照傳統建筑數據采集所在地域，以及建筑構造形式進行規則分類及目錄建立，分為數字模型庫及構件庫，實現傳統建筑數字資料的規范、永久保存。采用TOMCAT服務器進行部署，實現用戶的在線訪問、查詢與檢索，見圖2，圖3。

2)三維掃描技術。傳統建筑保護最基礎的工作即傳統建筑測繪。三維激光掃描技術以其精度高、無接觸、全面性等優勢，逐步代替傳統測繪方式，實現對傳統建筑的精準測量，測量取得實地實物的尺寸和數據，可以繪制出一套完整的傳統建筑三維圖，保護由歷史建筑、環境要素等構成的物質空間和社會生活等所傳達的各種信息的真實性，見圖4。

采用三維掃描技術對傳統建筑進行測繪，其單點向掃描精度達毫米級，且掃描間距可達亞毫米級，因而能將復雜、不規則的傳統建筑數據快速、完整地進行采集。將得到的點云數據進行降噪、優化、拼接整合形成完整的掃描數據，得到歷史建筑、遺址遺跡的原始數據、空間關系等重要資源，見圖5。

3)BIM技術。隨著BIM技術應用范圍、應用深度的不斷擴展，通過BIM技術實現構建筑的模擬建立，已成為建筑行業設計校驗、施工管理、工料分析的重要技術手段。

利用三維測繪得到的傳統建筑構件外觀、尺寸、制式等原始數據，結合BIM技術，參考傳統建筑構件特點和施工工藝實現傳統建筑原貌模型復原。通過在BIM模型中逆向模擬檢驗榫卯的外觀、尺寸、拼接方式和構件的疊放次序，并將BIM構件進行整理建檔，建立傳統建筑構件庫，使古建設計、施工中有了充足的理論、數據依據，復原后的傳統建筑原貌通過虛擬現實技術進行展示，進一步煥發我國傳統建筑的繁華氣象和歷史風采，見圖6。

4)可視化工藝交底技術。在傳統建筑中的傳統工藝方面，由于傳統建筑造型復雜多變，研究設施的不健全和修復工具老舊落后，傳統的古建工藝的傳承依靠的是“師帶徒、言傳身教”，“言傳”未必聽得懂，“身教”未必碰得上，諸多優秀的傳統工藝隨著時間的推移而消失。

隨著音視頻技術、動畫制作、影視編輯技術的不斷發展，施工技術交底文件實現了通過可視化的方式進行宣講、培訓。通過將BIM模型與傳統施工工藝、施工技術相結合，采用3Dmax，Photoshop，Premiere等軟件制作專項技術視頻動畫，更加形象直觀、生動的展示傳統建筑施工節點、工藝、工序，使傳統工藝得到更好地保護、傳承與發展，見圖7。

3.3 建設成果

通過將信息技術、三維掃描技術、BIM技術、互聯網技術、視頻動畫技術融合應用建設了傳統建筑數字信息庫，信息庫共包含兩部分：傳統建筑數字模型庫及建筑構件信息庫。目前，信息庫中已收錄23個傳統建筑的三維掃描測繪原始點云數據；31個單體建筑的三維模型，以及12 000余件BIM構件；傳統建筑施工工藝標準、傳統建筑測繪圖標準7冊，均按照初期建設規劃統一建檔留存，實現了傳統建筑數字信息的標準化、規范化管理。

4 結語

傳統建筑數字信息庫的建設，對面臨失傳的施工工藝，瀕臨倒塌、亟待修復的傳統建筑的數據保存起到了關鍵作用。特別是三維掃描技術、BIM技術、互聯網技術的融合應用，在充分發揮各項技術的專業優勢的同時，將各類數據融合至同一系統，實現傳統建筑原始數據的數字化建檔保存，實現數據的標準化、規范化、開放式管理。對完善傳統建筑修繕和新建的規則體系，保證修舊如舊、建新如舊、符合制式，讓更多的傳統建筑原始數據、施工工藝得以更好地保留，其經濟價值不是金錢可以衡量的。

在開展研究的同時,積極宣傳歷史文化建筑，喚醒行業對傳統建筑的保護意識，掌握正確的保護方法，使得傳統工藝在新時代得以繼承、延續、發展,促進國家對傳統建筑的積極修繕與科學保護，推動傳統建筑的健康發展，在促進以古建遺存為特色的旅游產業和文化產業發展中發揮作用。