基于BIM 技術的傳統村落民居建筑保護研究

李昶嶸

（太原師范學院管理系， 山西 晉中 030619）

0 引言

傳統村落民居建筑是傳統村落文化的主要物質載體，承載著本地居民的生活智慧和地域文化。由于年久失修、技藝失傳、現代化改造、自然災害等原因，傳統民居的建筑本體很容易遭到破壞，嚴重影響了傳統村落的整體風貌。

利用BIM 技術繪制傳統村落民居建筑，可以將建筑實體通過數字化方式轉化為電子數據，通過建立傳統村落民居建筑信息數據庫，掌握傳統村落民居建筑的現狀，并進行有效的保護、管理與利用。本文嘗試探索BIM 技術在傳統村落民居建筑保護中的應用，為解決傳統村落民居建筑在保護中存在的問題和指導改造更新與活化利用提供借鑒與建議。

1 BIM 技術在建筑建模中的應用

運用傳統的建筑軟件，例如Autodesk CAD，雖然能繪制出建筑的二維圖形，但無法精確地展示其三維空間，再如SketchUp，雖然能得到建筑的三維模型，但是無法精確地反應各個構件之間的模數關系。與上述軟件相比，通過基于BIM 技術軟件建立的模型既可以展現靜態信息，又可以包含動態的信息，如建筑物的侵蝕、沉降、變形等。傳統民居建筑較為確定的結構尺寸及規律的模數制，各式參數類型由各種尺寸之間函數約束關系定義，有利于實現即時性建筑三維模型的參數化。BIM 的建模理念與技術支持使參數化的構件庫的實現及實際應用有了可行性。將BIM 技術應用到傳統村落民居建筑和整體風貌的保護中，貫穿于建筑的全生命周期，可以使傳統村落得到更加科學合理的保護，使遺產保護工作更高效。

2 BIM 技術研究現狀

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術是一種在信息技術與建造技術發展的基礎上所產生的建筑工具，能將建筑信息化、模擬化和虛擬現實化。通過Revit Architecture 軟件，可以從模型圖元、注釋符號圖元、視圖圖元與數據庫四方面對古建筑構件族進行參數化模型的建立[1]，Revit Architecture 軟件的尺寸驅動功能非常適合具有嚴格模數的古建筑進行建模[2]。通過不同新技術的綜合運用，可在BIM 中對古建筑構件信息進行標準化分類整理，建立古建筑的參數化模型，并與其他軟件平臺鏈接形成數據庫，為古建筑修繕保護與利用提供客觀具體的信息資料，實現古建筑信息全生命周期的管理[3-6]。

綜上所述，雖然在我國BIM 技術在古建筑保護中的應用依舊有限，但可操作性和應用的價值已得到一定程度上的認可，持續探索BIM 技術在傳統村落民居建筑保護中的應用路徑具有重要的意義。

3 BIM 技術在山西傳統村落民居建筑保護中的應用分析

Revit Architecture 軟件是BIM 技術主流的軟件之一，集合了BIM 平臺的各種功能，是一種綜合性的分析軟件。該軟件中族功能的應用，在記錄建筑屬性以及有關信息上起著重要的作用。BIM 建筑信息模型是一個數字化的三維模型，由族庫里的族構件（梁、柱、墻、枋、門、窗）等構成，可以通過對族的設置，對傳統建筑如四合院進行參數化轉化[7]，建立具有空間與屬性數據的虛擬三維模型。傳統民居建筑測繪的構件數據、建筑結構、材質、物理受力分析也能完整地記錄在模型當中。

3.1 BIM 技術應用的基本操作步驟

3.1.1 傳統民居建筑信息收集及分類

山西傳統村落民居建筑形式多樣，科學合理的對信息進行收集和分類有利于信息的管理和模型的建立，可將民居建筑信息統一劃分為建筑構件信息和環境信息。

3.1.2 建立傳統民居建筑構件庫

在信息收集和分類整理的基礎上，通過參數化可以實現族構件的建立。對相同建筑上的不同構件、不同建筑上的相同構件進行信息標準化。信息標準化主要包括編碼、分類、關鍵信息標準等。

3.1.3 傳統民居建筑信息數據庫創建

在建立傳統民居建筑構件庫的基礎上，通過Revit Architecture 軟件建立傳統民居建筑幾何模型，實現對建筑的可視化呈現和整體性信息保存。

3.2 BIM 技術在傳統村落民居建筑建模中的應用

3.2.1 案例地概況

山西谷戀村位于祁縣賈令鎮，以文化名人多、歷史文化底蘊深厚而著稱，是較早被評為“山西省歷史文化名村”的傳統村落之一。與相距不遠的著名景點祁縣喬家大院不同，谷戀村商業開發程度較低，基本維持了百姓生活居住的功能，傳統民居建筑保存基本完好，建筑更能體現傳統汾河流域四合院民居的形制，見圖1，圖2；三維模型見圖3。

圖1 谷戀村北大街14 號傳統民居

圖2 谷戀村北大街14 號傳統民居航拍圖

圖3 谷戀村北大街14 號傳統民居三維模型

3.2.2 谷戀村四合院的模型建構

Revit Architecture 軟件中，族是構成項目的基本元素。在創建模型過程中，需要根據實際情況創建自定義族。傳統民居建筑有很多異形結構，需要創建族構件來完成，對于復雜的異形結構，根據點云數據可以直觀地還原真實形態，有助于族構件的創建。

在BIM 應用中，不同的構件之間存在著一定的上下層級關系，比如本文中的筒瓦就有：類別（瓦）——族（筒瓦）——類型（斜鋪）——實例（建模中存在的屋頂筒瓦），所以，在最終進行建模之前，需要對不同構件進行分類和記錄。結合Revit Architecture 軟件中的設置和谷戀村四合院的具體情況，可將構件族分為主體族、構件族和特殊族。

表1 谷戀村四合院Revit 族分類列表

（1）主體族。谷戀村四合院的主體結構主要由梁、柱、板三部分構成。在Revit Architecture 軟件中，可以找到對于這三種構件的相應族文件，通過測量四合院中梁、柱、板的尺寸數據，在軟件中進行錄入與構建，做成獨立的族放入到相應的文件中。

（2）構件族。在谷戀村四合院中，除梁、柱、板以外，建筑上的墻、門、窗等部分都屬于構件族之列，可根據Revit Architecture 中“門”和“窗”進行創建。比如四合院的“窗”族的建立，首先對窗的尺寸數據進行記錄，創建時必須對窗的高度、寬度進行控制，還需要對雕飾部分的花紋等細節進行處理，對各種構件進行詳細的參數化記錄。

（3）特殊族。特殊族主要包括建筑的異形結構和細部構造。比如，依附于梁、柱上的脊、望板、瓦等。由于這部分在建模過程中技術操作上的特殊，而且Revit Architecture 軟件并沒有專門的族來創建，所以要定義特殊族來制作這些構件的樣板。

依據CAD 與Revit Architecture 軟件對最終模型進行了合模，實現了四合院整體模型的展現。見圖4，圖5。

圖4 由BIM 模型生成的谷戀村北大街14 號傳統民居剖面圖

圖5 基于Revit Architecture 的谷戀村北大街14 號傳統民居模型圖

4 結束語

在傳統民居建筑保護的過程中，BIM 技術可以通過建立三維模型的方式記錄并保留現有建筑信息，對于實現傳統民居建筑信息化、數字化發揮著重要的作用。BIM 技術的應用，不僅僅有利于提升傳統民居建筑保護的科學技術水平，還可以推動傳統民居建筑管理水平的提高。

傳統民居建筑的保護原則是保持其真實性和完整性，但是在現有傳統村落和古建筑保護相關法規中，并沒有針對傳統村落建筑修繕保護和活化利用的程度和范圍提出明確的要求，尤其是在部分地區“標本式凍結式”的保護要求之下，造成了“房壞不敢修,房倒不能修”的現象，一定程度上阻礙了居民生活水平的提高和傳統建筑活化利用的效果。應當在保證建筑信息數據得到完整、真實的記錄后，放寬改造更新的標準，在一定程度上鼓勵進行傳統村落民居建筑的改造與更新。改造完成后，應當及時記錄和上報改造更新后的形態，更新在古村落建筑檔案數據庫中，以便后期追溯更新歷史，在需要時恢復古建筑原貌。這樣的記錄可以更好地動態管理傳統村落民居建筑的保護與利用，提升活化利用的質量與效果，為鄉村振興的發展提供更好的條件。