綿陽云臺觀玄天宮大殿BIM空間模型與信息化網站建設研究

楊 晴，鄒 濤，孫佳明，魏 玥，覃 晴

（西南交通大學建筑與設計學院，四川 成都 611756）

1 研究背景及研究對象

1.1 研究背景

《國家文物事業發展“十三五”規劃》提出，實施“互聯網+中華文明”三年行動計劃，堅持政府積極引導、社會共同參與，推動互聯網的創新成果與中華優秀傳統文化的傳承、創新與發展深度融合，充分發揮市場作用，通過觀念創新、技術創新和模式創新，推動文物信息資源開放共享。因此，建設國家文物基礎資源數據庫已經成為大勢所趨。古建筑文化遺產作為文物基礎資源中不可缺少的一部分，理應與現代的數字信息技術相結合，以促進相關學科的發展。古建筑的形式統一及其與環境的結合使其具有突出的價值。

然而，受自然災害與歷史條件等影響，部分古建筑因為數據資料缺失難以修復。例如2019年正搭起腳手架進行維修工程的巴黎圣母院遭遇大火，有674年歷史的巴黎圣母院的標志性尖頂被燒斷，坍塌倒下，難以修復。因此，建筑信息化技術的介入對保存歷史建筑及其文化具有重要作用。

1.2 研究對象

四川綿陽云臺觀是明代皇家道觀，是四川省現存規模最大的道教建筑群，位于四川省三臺縣城南40 km的安居鎮云臺山，距成都約135 km。本文選取其具有代表性的玄天宮大殿進行研究，通過建立玄天宮信息模型，為玄天宮的保護及修復工作提供支持，豐富我國古建筑數據庫，并建立屬性數據庫，對建筑進行統一的數字化管理，實現建筑信息的實時查詢和更新，以便后期的維護和修繕。

2 研究方法

基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術的古建筑模型構建的基本思路是：采用多種三維掃描手段，如高精度地面架站式掃描儀等掃描設備獲取古建筑點云數據并進行數據處理，提取可利用信息用于模型構建，在Revit軟件中進行建模。

將建筑數據整理錄入，建立建筑屬性信息庫和信息化網站，保證建筑數據得到完整的保護，并且作為虛擬導向為今后的古建筑旅游開發提供幫助。

3 BIM建模主要步驟

玄天宮Revit模型的建立基于實景圖像資料和CAD圖紙資料，通過Revit軟件完成。第一步，研究其結構并將建筑整體分解為多個構件，明確每個構件的屬性后將其輸入Revit軟件建立對應的族文件；第二步，根據其建筑結構載入相應構件族文件進行組裝，形成完整的BIM[1]；第三步，整合BIM所包含的數據信息，建立詳細的構件索引表格，完成BIM信息的輸出以便于后期網站建設。

3.1 族的構建

“族”模型包括建筑中出現的所有圖元，如墻、梁、板、柱、門、窗等。它作為建立整體建筑模型的基礎，應在初期予以考慮。 “族”的構建主要從兩種類型出發，即系統自帶的族和需要自定義完成的族。前者可以在系統中直接找到并選擇，或進行一定程度的修改后直接使用。后者則要求首先創建“族”類型，分類保存；然后立體化 “族”模型，根據其三維視圖建立完整“族”樣板；接著賦予“族”模型紋理信息，使其顯示構件材質、花紋等信息——可以通過系統選取或自定義方式，根據實際對圖片進行旋轉、縮放、變色等處理，使“族”符合實際場景；最后保存信息并將其應用于之后的模型建立中。

3.2 模型的建立

整體模型的建立主要包括以下步驟。

第一步，建立標高和軸網。前者主要確定建筑物各層高度關系、室內外高差控制、屋頂標高數據、檐角或其他標志性構件位置等；后者則對梁、板、柱、墻、門、窗等具體結構進行平面定位。將軸網應用至不同標高，可以幫助研究者對建筑進行初步布置，這是模型建立的基礎。

第二步，根據現有數據資料和具體施工順序要求，將構件“族”模型插入并及時調整尺寸參數，使其符合實際情況（標高、位置）。

第三步，對照實際古建筑，完善模型的屬性信息，如保存情況、所屬科目，并調整模型，布置場地，對模型進行完善，形成最終效果，見圖1。

圖1 BIM效果圖

3.3 模型信息輸出

為實現信息模型更廣泛的應用與分析，將前述BIM中包含的構件及其屬性進行分級，分為A、B、C 3個等級[2],整合并形成數據庫，見圖2。

圖2 建筑數據庫分級示意圖

A等級為整座玄天宮建筑；B等級為臺基、柱類、斗拱、梁架、屋頂、圍護6個部分；C等級則更加精細，為具體構件及其尺寸、材質、紋理、保存狀態等基本信息。將每級構件編碼入庫，與前述BIM共同構成玄天宮的數據庫，以便于構件信息的調取、統一管理、組裝、檢查錯誤等，也能方便建筑的日常維護和修繕以及信息化網站的建設[3]。

4 信息化網站構建

玄天宮信息化網站編程系統采用MySQL8.0系統[4]。該網站是一個信息查詢系統，主要包括整體觀賞和細節查詢兩方面功能。為保證數據庫使用的共享性，體系結構采用瀏覽器/服務器模式（B/S），見圖3。開發語言使用方面，使用HTML，JavaScript，CSS編寫網頁前端，使用SQL完成屬性數據庫部分，使用Java進行網頁與數據庫的連接。測試運行環境使用Chrome瀏覽器和Win10系統，數據庫使用SQLSever2016版本[5]。

圖3 信息化網站建設系統架構示意圖

將前期整理的數據庫數據輸入網站，建成信息化網站，見圖4，將玄天宮建筑的構件信息統一管理，以便玄天宮建筑數據的查詢及修改完善[6]。

圖4 玄天宮建筑信息網站查詢示意圖

5 結束語

綿陽云臺觀玄天宮大殿的BIM空間模型與信息化研究是一項綜合性的技術工作，首先采用多種三維掃描手段獲取古建筑點云數據，并對其進行處理、提取，其次基于點云數據得到的信息在Revit軟件中進行BIM建模，最后將古建筑數據整理錄入專屬的信息庫，保證建筑數據得到完整的保護，并且開發信息化網站作為虛擬導向為今后的古建筑旅游開發提供幫助。在實際應用與操作中，項目成果也有待完善之處。玄天宮構件數據庫的應用意義大于其借鑒意義，整體建筑信息模型的普適性有限。

古建筑保護不僅包括對玄天宮這類保存完好的單體建筑建模，還包括對大型古建筑與古建筑集群以及場地環境的信息進行保存。隨著計算機技術、三維激光掃描儀、GIS、BIM等技術的快速發展，古建筑的BIM數據庫內容會日益豐富，功能也會逐漸強大。其中，古建筑構件建模具有精細化與共享化趨勢。精細化要求每個構件的信息完整，而共享化要求不同建筑基礎構件共享。共享化為精細化的基礎，它節約了重復建模的時間，以便模型更好地體現不同建筑的獨特細節。在玄天宮信息化網站建設中，除古建筑數據的查詢和基礎的模型展示外，還將為游客提供更多線上線下交互體驗，并且為數據庫管理者提供屬性信息的修改功能，以適應不斷精密的測繪工具可能產生的數據變化。