国内BIM 在建筑遗产保护的应用研究

李东

（广州大学，广东 广州510000）

1 概述

这些年来，随着国内外BIM技术的不断更新以及遗产保护理念的不断深化,BIM 技术的应用范围已经不只停留在建筑单体的设计上，伴随着更多遗产对象的复杂性和保护实践不同需求,使得信息记录工作面临巨大的挑战，研究人员发现，不仅仅可以在现代建筑的设计以及建筑的周期管理中应用BIM技术，还可以将其延伸至遗产保护的领域中。2009 年墨菲（Murphy）提出了HBIM（Historic Building Information Modelling）的概念及相应的工作流程。研究人员认为HBIM不能只局限于具体信息的补充,应建立“索引框架模型”，能够展示全局信息的索引框架。点云仅仅是数据来源之一，BIM 模型对点云的映射不应成为HBIM建模的必要条件。利用BIM技术参数化、可视化、一致性的优势和特点，通过对个案的详细研究进行建筑遗产基础性数据的测量、提取、整理分析，开展基于BIM技术的对象信息模型建构思路和策略的初步研究，提出过程参数化保护、建筑可视化保护, 营造虚拟化保护的解决方案，建立可随时可以调用的点云数据族库。对近些年来国内研究人员在此领域的研究成果进行总结、归纳、整理以及分析,对BIM在我国建筑行业的未来发展及应用打下坚实的理论基础。

2 BIM 在国内研究现状及其发展趋势

美国乔治亚技术学院建筑与计算机专业的查克·伊斯曼博士于30 多年前提出BIM的模型概念:“建筑信息模型集成了所有的几何模型信息、功能要求及构件性能,利用一个单独的建筑模型涵盖建筑项目全寿命周期内的所有信息,包括过程信息,如施工进度、建造过程、维护管理过程等。”国际标准组织设施信息委员会（Facilities Information Council）对BIM的定义是:“建筑信息模型, 是在开放的工业标准下对设施的物理和功能特性及其 相关的项目生命周期信息的可计算或运算的形式表现,与建筑信息模型相关的所有信息组织在一个连续的应用程序中,并允许进行获取、修改操作。”

不同于GIS 只能收集地理信息数据，BIM 可以弥补GIS 技术的短板，对建筑所在地的气候条件、地理位置信息、内部构件等进行数据化处理及分析。还可通过BIM技术针对建筑物的特性进行模拟,使得规划建筑方位、体量、形态、立面更加合理及科学,从而创造出更宜人的建筑空间及舒适的公共空间。

2.1 国内BIM建模发展

十几年来，国内建筑遗产保护领域的专家在包括AutoCAD、GDL、SketchUp、Rhino 在内的软件平台上，研究了建筑遗产的参数化建模的可行性方法。自2002 年开始，重庆大学的陈越教授提出参数化技术与CAD 软件结合，提倡将参数化设计应用于建筑遗产的三维建模中，并且在其论文中分析并阐述了建筑遗产构件的分解技巧与相关参数设置，但可惜未能建成一套可行的系统。华中科技大学的谢步瀛、王婉等通过编写CAD 脚本文件，结合数据库技术，建立了古建筑造型系统，使得参数化建模不能共享的问题成为过去。王建华、谭洁等在对清代官式建筑进行特征分析的前提下，是国内首次应用GDL 语言编程建立参数化模型，并进行了相关应用的实践。随后，西安建筑科技大学的王东、郝志桃等利用Generative Component 参数化建模软件，巧妙地结合编程设计与阵列算法，通过参数对建筑遗产结构的规律与各构件之间的关系进行了详细描述，建成了可修改的建筑遗产结构模型。赵彦军、伊四清提出建筑遗产模型数据的获取途径，阐述了在SketchUp 软件中的建模步骤以及不同形状构件的建模方法。北京交通大学的张育南正在利用Rhino 软件中的Grasshopper 插件将古建筑建构与程序算法结合，进行古建筑建模的参数化研究，解决其建模效率与复用问题。近些年，一些学者尝试利用BIM平台自带的参数化设计功能，进行建筑遗产的参数化建模。南京大学的罗翔、吉国华研究了基于Revit Architecture 平台的古建筑参数化建模方法，并详细阐述了族库参数的设置方法与主题结构的建模过程。天津大学的孙伟超提出基于Revit 搭建建筑遗产信息模型的理论框架，详细介绍了模型的建立方法。朱磊提出了基于BIM的早期木结构建筑信息建模的建构方法，尝试对古建筑构件族库进行规划。云南省设计院的金小峰尝试将BIM技术应用于鸡足山佛塔寺项目，指导建筑遗产的修缮施工。北京交通大学的常磊提出了基于BIM的大木建筑遗产信息管理平台的理论框架，并对一些具体的操作问题进行了阐述说明。

这些研究及设想实现了建筑遗产单体的参数化三维建模，却没有考虑到信息的关联及适应程度。为了更好的使建筑遗产三维模型快速建造，已有研究机构开始研究建筑构件族库的搭建，更好的实现模型的调用和有效的管理。同济大学的袁洁等结合建筑遗产的实际构造，构建了基于ObjectARX 技术的古建筑参数化构件库平台，实现了可扩展的平台管理。西安建筑科技大学的王茹研究了人工测量、点云数据、二维影像等方式生成3D 模型的关键技术，提出斗口模数十一等材为基本模数，建立古建筑常用3D 构件库框架体系，阐述了古建筑工程结构3D 模型参数化重建方法，以及点云数据库的精简算法。在此基础上，其学生唐三元研究了构件库的框架结构，基于AutoCAD 平台，利用ObjectARX 技术的编程，详细阐述古建筑构件的参数设定方法，并结合MFC 界面编程技术进行参数化设计界面的设计；孙卫新教授研究了明清古建筑的构成方式，总结了各建筑构件的关键参数，提出建立古建筑构件约束关系数据库，并说明了向建筑遗产三维模型中添加附加信息的方法；张祥从计算机的角度研究了古建筑构件的具体参数设置方法，并详细阐述了实现参数化信息构件的技术方法。

2.2 建筑遗产信息管理平台建设

在信息技术快速发展的背景下, 相关建筑遗产管理部门逐渐建立了建筑遗产保护的数据库,对测绘图纸、文档、照片等有记录价值的文件进行了归档分类。但是在这种单纯的存储方法,往往存在信息遗漏、重复、细节分类不清晰等问题,信息没有关联性,导致使用者无法对信息便捷地的提取及使用。在遗产保护工作的具体环节中,数据库发挥作用受到了较大的限制,无法满足大量建筑遗产运维管理的需求。因此，天津大学的狄雅静、吴葱教授提出通过建筑信息模型管理建筑信息, 在模型的实体图元中添加非几何属性, 实现数据可视化与工作协同化,BIM相关软件的技术开发为基础进行建筑遗产信息管理平台的研究。随后，西安建筑科技大学的王茹在其建筑遗产参数化建模研究的基础上,提出创建明清建筑遗产信息模型设计平台,为建筑遗产构件信息模型库的建立和宵理提供了基础平台, 通过标准化构件与编码体系的创建,为建筑遗产的修绪、复原、研究及建筑遗产虚拟现实系统等提供精确的信息。

2.3 BIM技术在建筑遗产方面的发展难点及问题

BIM技术在建筑遗产中的建模平台是集信息存储、管理、提取、分析、共享的综合体,其涉及的相关领域包括建筑学、建筑遗产、信息管理、类型学等多个学科,由于领域之广，技术的复杂性，同时也产生了许多技术难点。

在组建参数化建模的过程中，挑选具有代表性的建筑遗产BIM信息模型是建筑遗产信息管理平台实现信息管理功能的前提, 其参数化建模技术直接影响到前期工作的协同效率与管理平台的拓展。因此,需要在考虑整个建筑遗产生命周期需求的基础上,确定具体的参数化建模方法、流程、标准,以及创建模型的精度,构成标准的信息结构层次,便于建筑遗产模型的复用与整个系统对信息的管理。

其索引框架在特点是，建筑遗产信息管理平台用于建筑遗产的运营、维护、管理的过程中,其服务对象涉及到建筑遗产的管理人员、设计师、工程师等。BIM遗产保护信息平台需要一套可靠的技术方案,通过对主要功能需求进行分析处理,确定关键技术,形成技术框架以满足不同服务对象对相关信息的需求,同时做到对平台全生命周期的管理。技术软件的开发成熟程度将影响到平台建设的时间周期, 其可适性则决定能否满足建筑遗产运维管理的需求,因此技术兼容性的比选是其重中之重。

由于平台包含的技术多样，因此解决不同平台之间的链接兼容问题是关键。BIM遗产保护信息平台的创建需要关联到平台系统、BIM建模技术、空间信息以及信息管理技术等多种应用程序的协同, 需将信息在不同的应用程序之间调用与转化, 达到实现具体信息的使用价值,因此，怎样解决信息使用过程中的高效传递,必须解决不同技术之间的信息链接问题。为了迎合科技发展的脚步，以及未来更多行业类型的应用需求,需考虑到信息链接的兼容性。

3 结语及展望

利用BIM 技术对建筑遗产进行保护是社会发展的必然趋势，在国内各学者的努力探索中，建筑遗产的参数化建模技术日趋成熟。但这些研究都是基于建筑遗产单体为单位，并没有考虑到单体在整体中所受的影响因素，且无法记录对使用过程、结构保护、构件维修、艺术价值等多样化的信息。

基于目前国内依然存在不少完整的古村落的现实，以及为了使建模索引框架更加的完整、信息关联更加的精准，利用基于BIM 与HBIM 技术原理以及建模软件对古聚落的建筑进行类型学分类并框架索引，再对建筑遗产单体内部的构件及结构进一步的信息处理，形成可链接的点云数据库，不但可以弥补GIS 技术的缺陷，亦能清晰地记录重要建筑单体内部构件的历史信息，使聚落中的重要建筑单体信息罗列在研究人员的眼前，令建筑遗产保护的维度从单体的层面上拓展至更详细周全的聚落维度。这也是我国遗产建筑多样化的国情下的必然选择，将会是BIM技术在我国建筑遗产保护方面应用的另一个起点。