BIM技術在古建筑保護中的應用策略探究*

張培興 周靜文 褚陳燕 牛遠達 劉紫嬋 李斯 宋智廣，3 陳剛 劉帥

(1.河北經貿大學管理科學與工程學院，河北 石家莊 050061；2.河北省經濟社會發展地理信息大數據平臺，河北 石家莊 050061；3.合肥工業大學管理學院，安徽 合肥 230009；4.中鐵十一局集團橋梁有限公司，江西 鷹潭 335003；5.河北地質大學，河北 石家莊 050031)

0 引言

古建筑具有極高的歷史價值、科學價值和藝術價值，是我國建筑文化的寶貴財富。古建筑保護不僅是指對建筑物本身進行修繕與護理，更是對其承載的歷史文化的保護。相關統計數據顯示，我國古建筑數量每年減少5%以上，形勢不容樂觀[1-2]。因此，古建筑保護受到國家和社會各界的高度重視。

由于傳統的古建筑保護模式效率低下、修繕工程量大且耗時較長，已無法適應古建筑保護工作的實際需要，急需通過新的信息技術手段助力我國古建筑保護事業。近年來，BIM技術快速發展且在古建筑保護領域顯現出較大的應用價值[3]。基于此，本文通過分析BIM技術在古建筑保護中的宏觀發展環境，進一步探究BIM技術在古建筑保護中的應用策略。

1 BIM技術在古建筑保護中的應用價值

1.1 BIM技術概述

建筑信息模型(BIM)是建筑工程領域的重要信息技術。經過多年的開發和應用，BIM技術在實現建筑信息可視化的同時，可以覆蓋建筑工程的全生命周期管理，經過不斷迭代升級總體趨于成熟[4-6]。

1.2 古建筑保護概述

古建筑是指具有歷史意義的建筑物[7]，受所在地區環境及社會風俗的影響，呈現出不同的歷史特色。古建筑保護是指利用一定的技術手段再現古建筑整體風貌、藝術風格，以及維持其原始色彩等，對于探究其歷史發展特征、展現民族文化及文物保護傳承具有重要作用[8]。時代變遷、自然環境、城鎮現代化等因素加速了古建筑的老化與損壞，因此，我國古建筑保護面臨較大挑戰。針對當前古建筑保護的嚴峻形勢，我國加大了對古建筑的保護力度。隨著國家政策推廣力度的加強，已有學者開始探究BIM技術在古建筑保護中的深化應用和持續發展。

基于此，本文依托中國知網文獻數據庫，以“BIM技術”“古建筑保護”為關鍵詞進行檢索，剔除無效文獻后，得到2001—2022年BIM技術與古建筑保護相關文獻數量變化趨勢圖(圖1)。主要包括兩個階段：第一階段為BIM技術應用的探索階段；第二階段為BIM技術應用的快速發展階段，呈現出發文量激增的特點。

圖1 BIM技術與古建筑保護相關文獻數量變化趨勢圖

1.3 古建筑BIM模型構建流程

BIM技術能夠將古建筑的外觀信息數據轉變為三維空間數據，通過融合其他技術手段，分析古建筑的地理位置、結構材質、外觀紋理等信息；結合古建筑相關文獻資料，建立古建筑專屬數據庫；通過數據庫提煉有效數據后，利用BIM技術和相關軟件建立精細化古建筑三維模型，達到可視化、參數化、協同管理的目的，為古建筑保護與修繕提供科學依據。古建筑BIM模型構建流程如圖2所示。

1.4 應用價值分析

1.4.1 數字化留存

通過三維激光掃描技術進行古建筑數據測量，獲取古建筑內外部以點的形式輸出的大量點云數據，結合攝影測量相關技術在BIM軟件中復刻出古建筑實體模型，將古建筑以數字化的方式進行留存與搭建。相較二維平面圖形，BIM軟件中的古建筑三維立體模型更加直觀、全面，便于從多個角度觀察古建筑構造細節，掌握古建筑信息。同時，利用GIS技術的空間分析功能對古建筑周邊地域實施科學規劃，提高古建筑保護的整體效果。

1.4.2 精細化施工

基于古建筑BIM模型對修繕和改建工程進行施工模擬、碰撞檢測及技術交底等，便于對施工過程中的質量、安全進行控制。儲存在古建筑模型中的信息數據能夠為古建筑修繕和改建提供精準的尺寸、結構、材料等信息。針對建造工藝復雜的古建筑模擬修復，可借助古建筑數字化模型進一步對比細部殘缺，制訂更加合理、細致的修繕方案。利用BIM軟件的施工模擬功能編制施工進度計劃，實現古建筑修繕和改建施工的精細化進度管理。

1.4.3 協同管理

古建筑保護的參與方眾多，如政府文物保護部門、施工單位及相關專家等，因此在古建筑保護中存在信息不暢、溝通效率低等問題。依托古建筑BIM模型建立協同管理平臺，實現古建筑數據信息的同步修改或訪問，便于參與方溝通交流，提高工程效率，及時掌握古建筑動態情況，避免信息不暢的問題。

2 基于PEST的BIM技術在古建筑保護中的宏觀發展環境分析

2.1 政治環境

2.1.1 優勢環境

我國政府一直保持高度重視和支持古建筑保護工作。在國家層面，2021年9月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳發布《關于在城鄉建設中加強歷史文化保護傳承的意見》，強調要將古建筑保護工作放在首位，建立由古建筑保護對象和古建筑保護管理制度兩部分有機融合的城鄉歷史文化保護傳承體系。2021年11月，國家文物局發布《大遺址保護利用“十四五”專項規劃》，各省、市、地區也相繼出臺了“十四五”期間古建筑保護辦法。在地方層面，2021—2022年，國務院陸續批復江西省九江市，安徽省黟縣、桐城市等地列為國家歷史文化名城，提出要保護好文物并加強歷史建筑修繕保護，鼓勵文物保護單位開放利用，充分發揮歷史建筑的使用價值。2021年8月，住房和城鄉建設部發布的《歷史建筑數字化技術標準》有效推動了古建筑保護的數字化發展，也為BIM技術在古建筑保護領域中的應用提供了政策支持。

2.1.2 劣勢環境

一方面，我國古建筑保護相關法律法規無法適應當前古建筑精細化保護的實際需要[9]。雖然我國逐步建立了古建筑傳承與保護的制度規范，但是缺乏針對古建筑保護的具體法律條款，如僅在《中國人民共和國文物保護法》等法律法規中對古建筑保護進行了說明，或僅有一些地方性的古建筑保護條例或管理制度。法律條文更新緩慢，導致我國古建筑法律法規難成體系，各地方政府出臺的古建保護操作細則等也缺少詳細的指引和支持。

另一方面，BIM技術在古建筑保護中的應用和發展缺乏相關標準、規范的制約和引導，政府及相關部門未能充分認識并發揮其優勢與作用，因此，BIM技術在古建筑保護應用中發展所需的政策支持不足。

2.2 經濟環境

2.2.1 優勢環境

改革開放以來，隨著我國社會經濟的快速發展，政府對于古建筑保護投入的資金逐年增加。財政部科教和文化司統計數據顯示：2021年，文物保護的財政支出高達63億元；2022年，文物保護資金預算較上年增長約5000萬元。各級地方政府也相繼撥付專項資金支持古建筑保護工作。

由于古建筑本身是稀缺的旅游資源，其本身的旅游收入為古建筑保護提供了資金保障。而將BIM技術應用于古建筑保護，能夠節省人力、物力、財力，有效縮短古建筑修繕、改建周期，將古建筑的資源價值發揮到最大，促進旅游產業及相關產業的發展，對經濟發展具有反哺作用。

2.2.2 劣勢環境

目前，我國僅有少數院校開設了古建筑保護相關專業，招生規模較小且畢業生數量有限，掌握BIM技術并符合要求的復合型人才更加缺乏。在人才培養方面，需要投入的成本更高，僅依靠旅游業經濟效益不足以建立更加規范化的古建筑保護人才市場機制。

古建筑修復后產生的經濟效益主要來自旅游業營收，但運營周期較長，且受季節、天氣等多種因素的影響，因此，高成本的投入和不確定的收益導致投資回報率有限，進而制約了古建筑數字化保護的體系化發展。

此外，當前古建筑維護人員對BIM技術的了解程度較低，較難設計出遵循古建筑修復原則的保護方案，導致古建筑被過度保護或二次傷害的概率增加。因此，需要在較長時間內持續投入大量資金，發展更加智能和易于使用的BIM技術平臺，培養古建筑保護的數字化專業人才，實現各項資源的有效整合。

2.3 社會環境

2.3.1 優勢環境

隨著居民收入水平的提高，居民消費能力顯著提升，消費觀念也隨之改變，消費重心逐漸轉向第三產業。隨著人們文化需求的日益增長，古建筑游覽項目成為文化產業乃至整個第三產業的重要組成部分，因此，古建筑保護受到社會及媒體的廣泛關注。

近年來，民眾與相關社會單位對文物及古建筑的監管保護意識日益增強。將BIM技術應用于古建筑保護，能夠有效保存古建筑的原本風貌，還原古建筑自身文化特征，包括材料工藝、地域特征及人文價值等，從而更好地滿足社會各界對古建筑文化的需求。

2.3.2 劣勢環境

當前，對于古建筑保護的宣傳未能達到理想效果，社會層面對古建筑保護的自主意識較低，沒有充分認識到利用數字化技術進行古建筑保護在古建筑整體性和還原度等方面的優勢，導致BIM技術應用存在信息不全面的問題。此外，存在拆除古建筑轉而建設其他較高收益性設施的現象，不利于BIM技術在古建筑保護中的持續應用。

2.4 技術環境

2.4.1 優勢環境

目前，BIM技術在建筑領域得到廣泛應用，極大地推動了我國建筑領域的技術創新和行業發展。BIM技術能夠整合古建筑信息并建立完整的建筑信息模型、支持模擬施工及全生命周期管理。同時，BIM技術支持古建筑信息模型共享，提高了古建筑保護的效率和精度，也為古建筑保護提供了新的有效手段。

近年來，三維激光掃描技術、攝影測量技術、VR技術和GIS技術在建筑領域的應用，為BIM技術應用于古建筑保護提供了信息獲取和信息展示方面的技術支持。

2.4.2 劣勢環境

BIM技術通常應用于古建筑保護的中間環節。前期需要三維激光掃描技術、攝影測量技術等提供支持，后期才能在古建筑保護中發揮指導施工、要點控制等作用。從技術應用現狀看，相關結構構件命名標準體系和編碼規則等缺少統一規劃，不同的軟件需要重新編碼設計數據接口才能夠實現關聯。因此，各項環節之間無法形成規范化銜接的問題制約了BIM技術在古建筑保護中的應用和發展，也增加了BIM技術在古建筑保護中的應用難度。

3 BIM技術在古建筑保護中的應用策略

基于以上PEST分析，從政治、經濟、社會、技術4個層面提出應用策略，具體分析如下。

3.1 完善法律體系

由于古建筑的保存程度、物質構成及所處客觀環境的不同，政府及相關部門應認識到BIM技術在古建筑保護中的優勢，制定相關規范引導BIM技術在古建筑保護中的應用。

此外，為了消除地區城市化建設工程對古建筑保護工作的影響，應出臺針對古建筑保護的法律法規，建立古建筑保護的監管機構。法律的出臺能夠為各省市制定相關政策提供指引，實現古建筑的級別、重要程度和保護手段等信息一一對應，促進古建筑相關法律法規的體系化發展，指導和規范古建筑保護工作。

3.2 加強專業技術人才培養

首先，應認識到培養古建筑保護專業人才的重要性。通過在高校開設BIM相關的軟件學習課程和古建筑修復相關課程等，制訂古建筑保護BIM特色化專業培養方案。同時，針對古建筑修復技術專業人員缺失的現狀，鼓勵職業技術學校開設古建筑保護相關操作課程，培養修復技術扎實的專業人才。此外，院校間可以舉辦BIM技術交流研討會，聘請專家進行專業知識講授及組織全國性建筑信息建模比賽，并通過設置與古建筑保護相關的BIM科研機構，加大對BIM應用技術的開發力度。

其次，加大古建筑修繕專業人才相關優惠政策力度，給予專業人才工作保障，避免人才流失，進而推動BIM技術在古建筑保護中的發展。

最后，適度開發利用古建筑相關旅游資源。通過相關部門的正確引導和科學規劃促進古建筑旅游業發展，將旅游收入合理投入古建筑修繕保護與BIM技術人才培養，實現古建筑保護的可持續發展。

3.3 提升古建筑保護意識

首先，將古建筑保護知識教育落實到各大中小學，樹立青少年文物與古建筑保護意識，結合普法宣傳，明確法律責任義務。

其次，政府相關部門聯合古建筑保護相關企業或協會舉辦BIM技術與古建筑保護專題論壇和講座，宣傳前沿的古建筑保護理念和技術，增強古建筑保護企業之間的交流，提高應用BIM技術進行古建筑保護的理論水平。

最后，提高古建筑保護的全民參與度。通過網絡競賽、線上直播等新媒體宣傳方式及數字化古建筑展覽，結合虛擬現實技術，選取經典的古建筑保護案例，讓游客沉浸式體驗古建筑環境，身臨其境地感受古建筑的歷史價值與藝術價值。通過數字化模型再現古建筑的獨特魅力，激發公眾對古建筑的保護意識，形成古建筑保護公眾監督機制。

3.4 打破技術壁壘

古建筑領域的技術完善不僅需要行業內形成共識、行業間互相助力，還需要一定的資金投入。首先，古建筑保護與建筑材料產業、信息技術產業、文化旅游產業等密切相關，政府相關部門可以制定統一的古建筑修繕與保護標準，通過政策引導形成清晰的工程標準與驗收要求，進一步推動各地區古建筑保護產業的發展。

由于古建筑保護的特殊性，在應用BIM技術時，應統一數據協議，出臺模式化的應用規范，解決構件信息數據格式的兼容性問題。例如，由政府有關部門牽頭，相關行業協會積極參與，探討BIM軟件中古建筑構件族標準化問題，實現修繕與保護中的構件屬性信息的關聯互動。再如，完善不同軟件的數據接口，打破各項技術之間的銜接壁壘，并制定古建筑保護數字化技術應用的規范，確定各環節的技術應用范圍及標準，完善古建筑保護數字化技術應用的統一流程，推進古建筑保護中的BIM及相關技術模式化發展。

4 結語

現階段，我國古建筑保護面臨嚴峻挑戰，急需建立基于BIM技術的古建筑保護新模式。本文總結了BIM技術在古建筑保護中的應用價值，并以宏觀環境為基礎，從4個方面分析了BIM技術在古建筑保護中的優勢和劣勢，并從完善法律體系、加強專業人才培養、提升古建筑保護意識、打破技術壁壘4個方面提出BIM技術應用策略。

今后，應積極探索BIM技術在古建筑保護中的規范化操作流程，完善相關標準規范，形成國標、省標等系列文件；改革傳統培養模式，積極推進網絡在線課堂等多源化的教學形式，擴充掌握古建筑知識與BIM技術的專業人才儲備；推進古建筑數字化展覽，繼續探索VR、3D打印等技術與古建筑保護工作的融合；突破三維掃描、BIM等技術屏障問題，在統一數據協議、古建筑構件族標準化的基礎上，實現各產業協同發展。