BIM技术在古建筑保护过程中的应用研究综述

林丁欣 燕宁娜 赵振炜

(1 宁夏大学土木与水利工程学院 银川 750021)(2 宁夏施图建筑设计审查咨询有限公司 银川 750002)

1 内容

1.1 BIM相关理论知识

BIM技术是一种应用于建筑的数据化工具，能对建筑数据和信息化模型整合。

古建筑全生命周期的信息管理，包含建筑构造、参与方和时间3个维度[1]。(见表1)

表1 古建筑全生命周期信息分类Table 1 Classification of information on the whole life cycle of ancient buildings

1.2 基于BIM技术的古建筑三维虚拟模型

以一个常规的古建筑单体为例，介绍利用BIM技术的核心软件revit软件三维虚拟建模的特点。revit是以墙、柱、门窗、楼梯等基本构件建立信息模型，添加的构件本身带着参数信息。构件之间形成了层级关系，所有的参数信息形成了古建筑的数据库。通过古建筑中的“族”的建立，在构件之间建立起特定条件下的关系，使用参数化的图元或参数化修改引擎，实现参数对图元的驱动或反映到其他关联构件的变化。为了更为明确展现古建筑模型的历史信息及原有风貌，例如相关建筑构件物理信息的数据(构件的年代、尺寸、修缮情况、材料、重量等)，甚至可以记录每个构件小到每一块瓦件上，还可以配合说明文字参数记录下各个修缮时期所应用的材料、工艺等。

1.2.1 信息采集

古建筑的信息采集主要分为两种: 第一，空间信息的采集，主要包括古建筑形状、建筑 物比例、尺寸、方位等空间形态的信息; 第二，属性信息的采集，主要包括古建筑的建造材 料、工艺、风格、施工方法、年代和地域信息[2]。传统空间信息的采集主要是采用尺子、垂球等传统测量工具对建筑物尺寸进行测量，然后形成二维图纸，并配有一些文字记录，存在着数据不准确、使用不方便、效率低等问题。现代空间信息采集是采用现代电子技术手段，借助三维激光扫描、高清摄影测量等多种测量传感器技术，获取完整而精细的古建筑三维数字模型、纹理影像，经融合处理生成精准的古建筑设计图纸、现状图纸及结构模型等[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间信息采集的基础上，基于二维图纸、测绘数据以及图片等相关资料，借助目前常用的BIM建模软件revit建立三维模型。古建筑的建筑形式主要以大木结构为主，配有砖、瓦、石等元素，不同朝代或者同一朝代的不同时期，建筑风格会有相同或者相似之处，建筑构件的尺寸、比例一般也具有统一性，建造过程中一般只是调整构件的大小和位置。根据古建筑物的这一特性，在利用revit建立建筑信息三维模型中，通过对古建筑构件的参数化设置及族的构建，完全可以实现造型迥异的各类型古建筑物建筑信息模型的构建。

BIM 建筑信息模型的基础单元为“族”，所有图元都是基于族的，每个族图元都可以定义多种类型，每种类型都可以进行尺寸、形状、材质或者其他参数设置[4]。根据古建筑的朝代、风格、工艺、形状进行分类分解，利用revit建模软件首先建立不同类型的参数可变的族，然后根据拟建立建筑信息模型的古建筑的图纸及相关数据调入各类族，从而建立古建筑完整模型，这样既可以提高构件模型建立的复用性，还可以提升建模效率。古建筑信息模型的建立流程如下：

(1)大木作整体构造分析重点关注梁架、斗拱、翼角和屋顶等复杂部位。

(2)古建筑构件定位关系确立主要包括平面轴网定位和立面标高定位，点云在CAD中的水平剖切可以产生传统意义上的古建筑平面图，据此规整标注古建筑轴线位置; 在垂直方向的剖切可以输出剖面图，由此标注主要部位的标高位置。

(3)细化构件族的搭建顺序 模型的建立过程按照古建筑的营造顺序确定。

(4)古建筑构件装配参数化调整各构族，依据城隍庙大殿的构件和构架形式组装搭建，依次是台基、梁架/斗拱、围护结构、屋顶椽件、屋顶望板/灰背层、屋顶瓦片层和屋顶脊饰等部分[5]。

1.2.3 虚拟现实对古建筑复原的作用

作为BIM技术的一个拓展分支，虚拟现实技术又被称之为虚拟成像技术，能够将虚拟的信息以一种直观的方式展现出来，提供身临其境的视觉和空间感受。在古建筑研究保护中，利用虚拟现实技术，能够将损毁的建筑根据现存资料和在世老专家的记忆，先在计算机中复原重现。待到时机成熟再进行复建。虚拟古建筑，打破了时间和空间的限制。让观众零距离接触古建筑，身临其境的感受古建筑本身的魅力，在保护文物古迹不被损伤的同时满足了人 们的求知欲[6]。

2 结语

我国古代建筑多为木质结构，易受自然环境侵蚀，根据实际受损情况需要进行不同程度的修缮，每次修缮都会产生许多工程信息，传统的以图纸、文字、图片或者影像记载的方式工作量大、信息储存分散、调取信息困难，如何利用现代新兴BIM技术进行古建筑的保护，并且保证古建筑历史信息以及维护信息的真实性和完整性，是古建筑保护中亟需解决的难题。