古建筑BIM模型創建技術初探

范文東　金薇

摘 要：本文通過對古建筑建造技術和構造材料進行分析，運用BIM技術生成數字化信息模型，在熟練運用 Revit軟件基礎上，以適應古建筑特點為著力點，創新的研究了一套自己的古建筑模型建模方法技術，有許多創新點，為古建筑BIM模型技術探索出一條新路來。

關鍵詞：族；屬性參數；Dynamo

1 前言

中國古建筑技術發展十分成熟，源遠流長，BIM技術應用于古建筑是近幾年發展起來的，BIM技術以它的強大功能在古建筑領域應用廣泛。無論是在數據模型還是信息數據方面，都有著很好的發展前景。本文研究主要從模型創建和信息數據方面著手，為古建筑BIM技術探索道路。

2BIM與古建筑

基于歷史建筑和Revit軟件的特點，將項目中的模型圖元分為主體族、構件族、特殊族，其類別、族名稱及使用族樣板文件如下表所示。

3BIM模型創建

3.1主體族

古建筑項目BIM中的構件圖元，主要是指古建筑中除去梁架體系外的其余部分，包括門窗、磚墻、斗拱、墀頭、屋脊部分。對于構件族，BIM同樣能進行詳細、準確的表現。

檐墻為檐柱之間的墻體，有前、后檐墻之分，后檐墻按照其構造可以分為老檐出和封護檐兩種形式。老檐出構造做法有下堿、上身、簽尖，簽尖堆頂至額枋下皮，采用抹灰八字的形式[1]。利用軟件對墻體的屬性編輯類型中編輯部件，顯示剖面操作中，修改垂直結構，添加分隔條輪廓，結合創建公制輪廓的分隔條族，添加八字輪廓分隔條功能，對墻體抹灰八字進行布爾剪切，完全依據古建筑磚石工藝，準確生成。軟件系統中強大的墻體剖面編輯功能完美實現了古建筑磚石建造工藝（見圖1）。

3.2構件族

第一，晉陜民居中，墀頭墻由下肩、墻身（墊花活）和挑檐三部分組成。下肩構造做法與北京官式建筑相似，厚度與山墻相同，墀頭前沿從階條石向后退出一個小臺階尺寸；墻身后退花堿，在墻身與挑檐相交部分一般墊有石活，題材各異、雕飾精美，形成整個墀頭最為精彩的部位[2]。上部做法簡練，僅從石材花活的外緣向屋頂連檐部位做了一個弧形連接，形成挑檐。

在公制常規模型族中，創建形體，使用放樣命令結合CAD圖紙墀頭樣式，對線腳凸凹輪廓線進行生成，給出路徑及放樣輪廓，精準生成。再將族載入項目中，對號入座即可。

第二，屋脊包括正脊、垂脊和戧脊，且均具有細小、繁多的剖面線腳，很難運用簡單的尺寸參數對其進行準確、完備的定義。基于建模和參數化實現的難度，建議定義較為重要的脊高、寬、厚參數，這樣在明細表中方便統計和查閱[3]。同時，在已經建好的望板椽的基礎上直接進行繪制，而不是針對屋脊構件進行單獨的建模，以保證脊和屋面的貼合程度。

第三，清式斗拱由斗、拱、昂、翹、升和附件等基本構件組成。斗是清代一組斗拱中第一層的構件，升是比大斗小的斗，安放在栱翹的兩端。清代的升件有十八斗、槽升子和三才升三種。

運用常規模型族中的拉伸、旋轉、放樣、空心放樣生成并經過布爾運算，通過設置參數（斗口），生成參數化構件模型。后期調整斗口尺寸則斗拱各部分尺寸自動參數變化，以適應不同構造環境條件。我國古建筑是最早實現模數化的建筑體系，從柱徑、柱高、梁高、枋高等均與斗口尺寸相成比例（清工程做法），以斗口為模數，所有構件及間距尺寸均有比例，斗口尺寸一變則其他尺寸均進行比例變化，BIM軟件建構的參數化模型十分契合了這一功能（見圖2）。

第四，槅扇門，宋代稱“格子門”，由外框架、槅扇心、裙板及滌環板組成。外框是槅扇的骨架，長寬比為4：1或3：1；槅扇心是安裝于外框內部的仔屜，主要用于采光，在槅心上一般糊紙或糊紗；裙板是安裝在外框下部的隔板，有的槅扇不用裙板而全用格心，謂之落地明造；滌環板是安裝在相鄰兩根抹頭之間的小塊隔板。

在族構件創建過程中，Revit軟件提供了強大的不同族類型功能，例如雙套植物族制作門窗族，實現門窗等比例參數調整變化。在首先創建的植物族中，調整族類型參數尺寸標注中的高度為實際尺寸值；然后二次創建植物族，將第一次創建的植物族載入，修改高度為實際尺寸值，并將高度關聯族參數，則此門窗族即可使用，載入項目文件中即可實現參數化調整尺寸。

3.3特殊族

第一，筒瓦屋面，其瓦件主要由筒瓦和板瓦構成，板瓦做底瓦，筒瓦做蓋瓦，形成瓦壟。以板瓦做底瓦，筒瓦做蓋瓦的屋面做法為筒瓦屋面。布瓦瓦件主要為筒瓦、板瓦、吻獸、望獸、套獸等。清代規定為1號、2號、3號及10號四種，各地生產的尺寸大小不一。利用體量族模型創建筒瓦屋面，首先創建體量曲面，然后分割表面，生成UV網格。然后創建基于填充圖案的公制常規模型族，創建筒瓦族，載入體量族中，調整填充圖案的類型即可，這樣創建的筒瓦屋面十分契合真實的瓦屋面特點。

第二，椽子有圓形斷面和方形斷面之分，在我國黃河以北地區多為圓椽，而在江南建筑中多為方椽。淮河與黃河、渭河與漢水之間的廣大區域內室內用椽則二者兼有，飛椽無論南北，皆為方椽。清代建筑中，椽子的排布有“一椽一檔”和“一椽一檔半”兩種，“一椽一檔”即椽徑與椽當之比為1：1，即相鄰兩椽徑中之中為2倍椽徑。“一椽一檔半”即椽徑與椽當之比為1：1.5，即相鄰兩椽徑之中為2.5倍椽徑。每一開間布置的檐椽（飛椽）數量為開間寬除以2倍的椽徑或2.5倍的椽徑，也應取與計算所得數值最接近的偶數。

軟件中體量的強大功能可以為模型創建各式各樣的形體，利用軟件系統生成體量，將體量轉化為幕墻，設置幕墻的網格自動生成椽子排布，并可自行調節椽子間距和圓椽直徑，將檐椽、飛椽制作為幕墻豎梃，椽子的參數在豎梃族中定義，修改椽子的幾何尺寸，正身椽的間距可以通過幕墻系統定義。后期可調整參數，并自動統計計算生成明細表。

4BIM數據記錄

4.1屬性參數

古建筑的BIM數據記錄：屬性參數、現狀照片屬性參數、Dynamo寫參數。BIM數據庫不單單指幾何數字，還包括計算機能夠識別的任何形式的信息，包括記錄及描述該建筑的相關信息，經濟、技術、文化等說明性文字、圖片等等。這些信息都能夠被記錄在BIM中，形成一個大的數據庫。

BIM系統Revit軟件作為信息模型，可以添加各種模型屬性參數，在“管理”中的“項目參數”面板，點擊“添加”，輸入參數數據名稱，選擇規程為“公共”，參數類型選擇“文字”，參數分組方式選擇“模型屬性”，點擊確定，然后利用Dynamo寫參數功能，賦予模型以相對應的參數值。

現狀圖片信息在古建筑保護修繕的過程中，特指對于建筑的保護現狀的相關圖片和信息，這一部分信息綜合性較強，需要現場勘查和后期分析相結合，且關系著對古建筑保護修繕的評估、保護方案和施工圖的制定，重要性不言而喻。具體操作是在族類型屬性參數中新增參數，選擇參數類型為“圖形”，輸入名稱“現狀照片”，選擇：圖像，點擊...進入管理圖像面板，將照片依次添加進去，即可生成可視化參數圖像信息。

BIM的建模軟件Revit中還提供了Dynamo插件功能，Dynamo是一款基于開放平臺建立的可視化腳本程序，它提供的圖形界面使用戶不必學習如何編碼，一行行的寫程序，而是可以通過連接預設置的代碼節點來自定義計算設計，使過程自動化。利用Dynamo里豐富的節點，用戶可以充分擴展參數工作流程，實現交互操作、文檔編制、分析和生成，這在很大程度上擴展使用BIM驅動設計的方法。在系統族或公制常規模型族中，添加屬性參數，并使用Dynamo賦予相應參數值，可實現真正的參數化模型，十分方便查閱各構件相應的信息。

4.2視圖表現圖元：明細表、過濾器、三維視圖

作為信息模型，各族構件可通過設置明細表參數統計構件的分類信息，設置好的系統族參數直接導出明細表，使用插件將明細表導出到XLSX軟件中，生成XLSX文件，方便查閱和統計使用。

由于在軟件中，進行每個構件建模時，都對其族類別進行了定義，如梁、柱、屋面等，因此可以通過“過濾器”這一功能對不同的族類型進行單獨的展示和呈現，提高查詢和篩選的效率，圖示分別選擇“臺基”“柱”“墻”“梁檁”“屋頂”的篩選顯示結果（圖3）。

5結論

本文重點研究了Revit在古建筑模型領域的應用技術，是本人從教多年的經驗總結，也是在古建筑BIM領域的有益探索，還有些許不足，拿出來和大家分享，希望能得到大家的指教，共同進步。

參考文獻

[1]王曉華.中國古建筑構造技術[M].化學工業出版社，2021.

[2]童喬慧，董維敏.歷史建筑保護的BIM技術應用[M].東南大學出版社，2018.

[3]許蓁.BIM建筑模型創建與設計[M].西安交通大學出版社，2017.