BIM技術在古建筑保護過程中的應用研究綜述

林丁欣 燕寧娜 趙振煒

(1 寧夏大學土木與水利工程學院 銀川 750021)(2 寧夏施圖建筑設計審查咨詢有限公司 銀川 750002)

1 內容

1.1 BIM相關理論知識

BIM技術是一種應用于建筑的數據化工具，能對建筑數據和信息化模型整合。

古建筑全生命周期的信息管理，包含建筑構造、參與方和時間3個維度[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技術的古建筑三維虛擬模型

以一個常規的古建筑單體為例，介紹利用BIM技術的核心軟件revit軟件三維虛擬建模的特點。revit是以墻、柱、門窗、樓梯等基本構件建立信息模型，添加的構件本身帶著參數信息。構件之間形成了層級關系，所有的參數信息形成了古建筑的數據庫。通過古建筑中的“族”的建立，在構件之間建立起特定條件下的關系，使用參數化的圖元或參數化修改引擎，實現參數對圖元的驅動或反映到其他關聯構件的變化。為了更為明確展現古建筑模型的歷史信息及原有風貌，例如相關建筑構件物理信息的數據(構件的年代、尺寸、修繕情況、材料、重量等)，甚至可以記錄每個構件小到每一塊瓦件上，還可以配合說明文字參數記錄下各個修繕時期所應用的材料、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、風格、施工方法、年代和地域信息[2]。傳統空間信息的采集主要是采用尺子、垂球等傳統測量工具對建筑物尺寸進行測量，然后形成二維圖紙，并配有一些文字記錄，存在著數據不準確、使用不方便、效率低等問題。現代空間信息采集是采用現代電子技術手段，借助三維激光掃描、高清攝影測量等多種測量傳感器技術，獲取完整而精細的古建筑三維數字模型、紋理影像，經融合處理生成精準的古建筑設計圖紙、現狀圖紙及結構模型等[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上，基于二維圖紙、測繪數據以及圖片等相關資料，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構為主，配有磚、瓦、石等元素，不同朝代或者同一朝代的不同時期，建筑風格會有相同或者相似之處，建筑構件的尺寸、比例一般也具有統一性，建造過程中一般只是調整構件的大小和位置。根據古建筑物的這一特性，在利用revit建立建筑信息三維模型中，通過對古建筑構件的參數化設置及族的構建，完全可以實現造型迥異的各類型古建筑物建筑信息模型的構建。

BIM 建筑信息模型的基礎單元為“族”，所有圖元都是基于族的，每個族圖元都可以定義多種類型，每種類型都可以進行尺寸、形狀、材質或者其他參數設置[4]。根據古建筑的朝代、風格、工藝、形狀進行分類分解，利用revit建模軟件首先建立不同類型的參數可變的族，然后根據擬建立建筑信息模型的古建筑的圖紙及相關數據調入各類族，從而建立古建筑完整模型，這樣既可以提高構件模型建立的復用性，還可以提升建模效率。古建筑信息模型的建立流程如下：

(1)大木作整體構造分析重點關注梁架、斗拱、翼角和屋頂等復雜部位。

(2)古建筑構件定位關系確立主要包括平面軸網定位和立面標高定位，點云在CAD中的水平剖切可以產生傳統意義上的古建筑平面圖，據此規整標注古建筑軸線位置; 在垂直方向的剖切可以輸出剖面圖，由此標注主要部位的標高位置。

(3)細化構件族的搭建順序 模型的建立過程按照古建筑的營造順序確定。

(4)古建筑構件裝配參數化調整各構族，依據城隍廟大殿的構件和構架形式組裝搭建，依次是臺基、梁架/斗拱、圍護結構、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 虛擬現實對古建筑復原的作用

作為BIM技術的一個拓展分支，虛擬現實技術又被稱之為虛擬成像技術，能夠將虛擬的信息以一種直觀的方式展現出來，提供身臨其境的視覺和空間感受。在古建筑研究保護中，利用虛擬現實技術，能夠將損毀的建筑根據現存資料和在世老專家的記憶，先在計算機中復原重現。待到時機成熟再進行復建。虛擬古建筑，打破了時間和空間的限制。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，在保護文物古跡不被損傷的同時滿足了人 們的求知欲[6]。

2 結語

我國古代建筑多為木質結構，易受自然環境侵蝕，根據實際受損情況需要進行不同程度的修繕，每次修繕都會產生許多工程信息，傳統的以圖紙、文字、圖片或者影像記載的方式工作量大、信息儲存分散、調取信息困難，如何利用現代新興BIM技術進行古建筑的保護，并且保證古建筑歷史信息以及維護信息的真實性和完整性，是古建筑保護中亟需解決的難題。