BIM技术在古建筑保护中的应用研究

BIM技术在古建筑保护中的应用研究摘要：BIM是以三维数字技术为基础，集成建设工程项目各类相关信息的工程信息模型，同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化技术。近年来，BIM技术因其可视化、协调性、模拟性等特点成为了有效的历史建筑建模和建筑信息集成工具。在历史建筑的保护中运用BIM技术有着非常重要的意义，国内对于BIM技术在古建筑保护中的应用尚处于初步阶段，对以往研究成果进行探讨，对于我国古建筑的保护和维护具有重要的指导意义。关键词：BIM技术；古建筑保护；应用；我国现存古建群数量巨大，其保护工作需要大量的人力物力财力，BIM技术的引入可提高古建保护工作的效率，使古建保护工作更加科学合理。古建筑信息模型的建立可用RevitArchitecture建模的方式完成，也可利用二次开发技术，合理添加修改信息，完成信息模型的建立。一、中国古建筑特点分析古建筑造型优美，形式多样，直线与曲线相结合，巧妙而独特，与现代建筑相比，大多显得更为复杂与精致，建筑有很多不同层级的建筑构件及装饰构件，就像一个个精雕细琢的工艺品。但是，古建相对易损。古建由于多采用木质构架，虽然在结构体系上有很多优点，但是和砖石建筑比较，木构架本身更容易受到外界自然环境的影响，易被腐蚀、风化或收到火灾的损毁。同时，由于人为的破坏，战乱、政治因素或个人因素，导致很多优秀的古建筑荡然无存。所以，更应该选择一种先进的技术和方法对现有的古建筑加以数字化的保存，减少人类文化遗产的遗失。二、BIM技术在古建筑保护中的应用信息采集。惠山古镇祠堂古建筑群的信息采集分为空间信息和属性信息的采集。空间信息包括建筑物的具体空间形状、尺寸、复杂构件和节点的空间形式和尺寸等，属性信息包括古建筑本身的构建方法、建筑材料、工艺风格、时代地域特征以及古建筑在人文、艺术和科学等方面的价值。空间信息采集借助GIS技术，用三维激光扫描仪快速采集古建筑的海量点云数据，经过去噪、平滑、配准等预处理，再利用GIS系统对采集的海量数据进行集成处理得到建筑物各构件的精确三维尺寸。属性信息的获取主要通过实地调查、文献查阅等方式来进行人工整合筛选。模型构建。利用BIM软件来实现惠山古镇建筑模型的构建。通过GIS技术逆向建立古建筑三维高精度模型，再通过Revit建立古建筑构件“族”模型，进而正向建立古建筑BIM三维模型。根据古建筑构件内在结构规律，总结参数化建模需要的关键参数，并设计输入界面由用户输入这些关键参数。在总结每类古建筑构件关键参数的基础上，将生成古建筑构件所需要的其他参数与关键参数的关系存入数据库，用户输入某古建筑构件的关键参数后，系统将在构件参数数据库中检索生成该构件三维模型的其他所有参数。这种建模思路不仅能满足古建筑逆向模型重建，而且能够记录和管理古建筑各构件上的建筑信息，建立古建筑构件“族”模型库。3．属性信息录入。古建筑信息模型的属性信息不仅包括建筑本身的材料、构建方法、时代地域特征、工艺风格，以及古建筑在人文、艺术、科学等方面的价值信息，还包括构件的长、宽、高、插入点、基准等数据。属性数据不仅有各类矢量图形，还包括图纸、照片、历史文献、现保存状况报告、修缮记录、特征描述介绍、周围环境信息、数据资料、管理部门信息等文字资料以及各类影像资料。以建筑构件本身的属性信息录入为例，数据录入时系统可以按构造信息、材质信息、物理信息、油漆彩绘信息和说明备注信息存储古建筑构件的信息。这些属性信息与空间信息存储在同一数据库中，属性信息作为模型的一部分进行存储。打开信息系统时会同步加载空间信息和属性信息，同时系统的所有信息都是相互关联的，修改了一处信息，其他相关表格和属性信息也会得到同步更新。4.VR虚拟展示。虚拟现实（VR）技术，是随着计算机技术的发展进步而出现的一种仿真虚拟技术，它的核心技术原理，就是通过计算机本身进行模拟，在模拟状态下生成一个虚拟的三维空间，三维空间是对现实世界的一种抽象，并且结合设计人员的参与，在计算机屏幕上形成一种高度仿真模拟现实世界人与环境的一种虚拟仿真技术。这种技术可以使得人的视觉、听觉以及动作等完全同现实世界中的感官密切联系起来，虚拟现实技术把抽象的文字描述转换成一种仿真的立体三维空间模型，从而可大大提升建筑建模的设计效率和质量水平。在数字化保护过程中，将古建筑BIM模型数据导入到虚拟漫游程序中，从而提供游客真实的浸入式体验，游客也可异地通过互联网进行交互式的体验。古建筑VR的制作通常分为三大步骤：①资料收集，包括文献资料的收集和实地考察考证；②建立基本的古建筑模型，包括古建筑建模方法和工具的选择及模型建立后的优化工作；③在VR场景中进行视觉效果的制作，主要的工作有光线处理、材质处理和体积处理等。三、古建保护方案经济性评价我国现行古建筑保护工程，大体上分为六种，即保养工程、抢救工程、修缮工程、修复工程、迁建工程和复原工程。古建筑保护维修方案的确定，首先根据构件残损情况，按照该小修的不要大修，可以修补使用的不轻易更换的原则，尽量保存原来古建的历史和艺术价值。修缮方案的确定是力求坚固但不是无限制地加强，因为本身力学性能不高的构件如果施以高强材料，反而会都会对原构件造成新的损坏。另外，保护方案应该做长远考虑，一次的修缮不可能永久使用，故方案的确定应该尽量为后代修理留有方便，所制定的加固措施应该具有适当的可逆性。修缮保护方案的确定，除残损情况外，还受到许多条件制约。如维修的目的如何？根据“古为今用”的方针，急需的先修，不急的缓修，此外还有经济条件技术条件（包括设计技术力力量和拖工技术力量）、施工机具、建筑材料等都是要综合考虑。综上所述，古建筑的保护修缮原则是修旧如旧，故其经济性评价需结合其本身特点。对于一般古建筑来说，其修缮工作是古建构件的修旧修残工作。古建筑保护工程方案的确定需要综合考虑其经济条件及修缮效果、技术条件等因素。古建保护方案的经济性评价考虑费用、效果、技术等原因，是一个综合效益的评价，所以对多方案的评价比选，首先需建立评价的指标体系。构件修缮技术措施的选择应该予以重视，传统工艺技术手法渐渐失传，人才缺乏，对技术指标的重视是鼓励古建修缮技术得意延续的方法，是古建保护长远规划的一个环节，所以对技术的评价需要考虑进入古建保护的经济性问题，不能只顾眼前利益，忽视长远利益。古建筑保护技术评价指标包括该技术方法的难易程度，该技术的价值，该种方案所需工期等。对于技术评价指标可采用综合评价的方式，按该保护方案中技术所占的权重，确定其量的指标。文中通过对古建筑的特征分析，选择BIM作为技术平台，探求一条应用崭新技术解决老问题的创新道路。随着这种技术的不断发展和完善，理论上所有古建筑的不同类别的信息均可录入和实时调取，可以为我国古建筑的保护和修缮、研究等各项工作提供更为真实、系统、精准，且具有大量历史文化信息的模型。模型的灵魂是信息，信息可以给研究者、应用者及学习者提供更好的支撑。参考文献盛茹，孙卫新，徐东东.明清古建筑信息模型设计平台研究[J].图学学报，2018，34(4)：7