古城复原前期策划阶段BIM 应用分析——以江都宫为例

扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127

0 前言

隋大业元年（605 年），隋炀帝废除扬州总管府，改设江都郡，大兴土木修建江都宫［1］。在隋炀帝第二次巡幸扬州时，江都宫建成，江都宫是一座规模巨大的宫殿群，内有归雁宫、回流宫、九里官、松林宫、大雷宫、小雷宫、春草宫、九华宫、光汾宫、枫林宫等宫室［2］。近年来，随着曹家庄隋炀帝墓，扬州城蜀冈古城址的相继发现，人们的目光再次聚集在这个短暂的隋王朝。纵观扬州这座古城，发现其往往伴随着国家的兴盛而繁荣，曾三次到达鼎盛，第二次鼎盛时期便是隋唐时期。复原江都宫也就是重新唤起人们对这个繁荣时期的记忆，再次激活隋文化。

建筑本体所保留的信息是复原保护设计的重要依据［3］，江都宫建筑保存信息少、史料记载不多，给江都宫的设计复原工作带来了阻碍。古建筑复原的不可逆性的特点使得其前期策划显得尤为重要而BIM 技术的协调管理、可视化、信息集成等特点，可有效解决传统前期策划中的问题。在综合管廊项目的前期策划中，BIM 技术以信息共享的特点，连接各项目参与方，构建项目信息共享平台，打破了之前的信息孤岛状态，成功的将综合管廊项目与BIM 技术相结合，建立适合于政府投资项目中BIM 技术应用的组织管理形式［4］。因此本团队以BIM 技术为核心，研究其在进度计划管理、数字化建模、格局复原等阶段的应用。

1 研究方法

从物质形态角度出发，古城复原可分为实体复原和数字复原两种形式。数字复原是当今科技时代的热点，通过计算机技术对古城项目进行复原。例如运用VR 技术复原的罗马古城，通过其广角结合、永久的数字化信息存储、三维图形、行为跟踪等功能，使得人们足不出户，就能享受到视觉和听觉上的饕餮盛宴，并且弥补了历史的残缺，古罗马斗兽场完整重现。张璐于2019 年所探究的菏泽古城复原研究中发现，VR 技术创造的场景兼具感知性、交互性与沉浸性的同时，保留了对文化的追溯与融合。又如，曹静、李峰于2011 探究的基于GIS 技术在古城地下管网数字化建设的应用中，在策划阶段，将虚拟项目结合实际地址建立起管网的属性和空间数据，优化整体设计、加速后期施工、便于全周期管理。再者，唐满于2016 年钻研计算机动画在汉代古城数字化复原的过程中，通过运用Maya、3D Max 等技术对于古城的2D 图纸进行数字化恢复与三维重建，使得项目的模型制作趋于精细、符合历史原貌，场景的布置、渲染更加自然贴切、古色古香。

同时，数字复原也是实体复原的基础，通过此技术在古城复原项目前期策划的综合运用，能够有效地缩短工期、提高质量、压缩成本。以BIM 技术为例，通过其在设计策划阶段的运用，基于其可视化、共享性的特性，便于多用户同步修改。例如载入与江都宫的同时期建筑模型的斗拱、门窗族，使得宫殿外观符合历史原型，也避免浪费重复性制作时间。又如在施工前期策划的运用，Revit 三维模型的客观真实以及数据的精确性，将其以CAD 格式导出的平面图可轻松快速地与纸质图纸比对，并精准购买材料；通过虚拟漫游模式，超前预见施工过程中可能存在的问题，例如管线搭接是否合理，修正其误处以节省开支、节约人力。

因此，本团队研究以BIM 技术为核心的手段，将BIM 技术的精致微观性与GIS 的空间宏观性相结合，促使江都宫的一栋栋琼楼玉宇与扬州江都宫遗址现状的真实地理大环境合二为一，实现江都宫古城格局的复原；以Navaisworks 和Fuzor 两款方案优化软件作为实施基础，以广联达BIM5D 作为实施核心平台［5］，实现项目进度控制。

2 江都宫背景研究

隋炀帝曾在扬州担任10 年总管，登基之后又三次南下扬州，其对扬州的喜爱可见一斑，此后扬州成为陪都，政治地位上升，由此可见江都宫的规格之高。

扬州城遗址（隋-宋）是中国唯一一座现代化城市和古代城市遗址大部分重叠、整体列为全国重点文物保护单位的古城址。历代城池四至清晰，水系完整，反映出城市发展的历史脉络。今天无论是从扬州行政区划图还是从卫星遥感图上，都能清晰地看到呈倒品字形的隋江都宫城、东城、罗城［6］。汉唐时期的城圈大致相同，城门和城内道路亦有重叠现象，由此确定江都宫的范围和主要道路网；在此基础上本团队前往扬州现有的隋炀帝墓、大明寺等地实地勘测，并采集相关图样作为图纸基础。

3 江都宫复原前期策划BIM 核心应用点

3.1 城市格局复原

江都宫历经风雨，年代久远，目前只能通过考古探测出城墙遗址大样，因此本团队在实地调查的基础上搜集相关历史资料，与同期的隋代宫殿横向比较，推测出地形布置，如图1 所示。（1）将古城的地形布置的dwg文件导入arc gis软件，利用其浏览、分析地理数据的特点，提取线数据，进行GIS 建模。（2）Revit软件具有参数化设计和三维表达等优点，利用Revit 软件对主要宫殿建筑如归雁宫、九里宫、大雷宫、小雷宫等进行快速参数化建模。结合历史资料分析，归雁宫作为主宫殿，开间为11 间，屋顶采用庑殿顶。（3）同时横向比较隋唐时期的宫殿建筑布局，采用先总体再局部、先准确再模糊的方法，合理推测其内部布局，进行建模，建模内容在下文中介绍。

图1 江都宫地形布置图

3.2 重要建筑数字化建模

采用历史文献搜集与实地踩点调查相结合的方法，推测出主要建筑物的名称、占地面积、楼层高度、层数、开间等基本信息。在建模时，参考同时期的含元殿建筑，合理推测其建筑材质、屋顶构造、门窗花纹、斗拱形状等信息。利用Revit 软件根据已有的古城建筑物数据开始建模，基于所搜集的信息构建大概框架，完成各个宫主殿的建模，如图2、图3 所示。Revit 中的标准构建族具有在项目间传递的特点，因此建模过程中将门、窗、斗拱之类的族保存为独立的rfa 文件，在建立其他宫殿模型时，通过“插入-载入族”的命令，将族文件导入，节省了时间，提高了效率。屋顶的建模较为特殊，需预先在CAD 软件中根据所建建筑的层高绘制出二维图，之后将dwg 文件导入Revit 软件中，采用内建体量的方式建模。将已建好的模型导入SketchUp 进行室内和景观布置，根据先前推测的布局来整合。之后利用软件的纠错功能进行模型整改，尤其留意层高、柱子等与现代建筑差异较大的地方，优化其工程设计。形成一套集建筑物、绿化、道路、河流为一体的可视化的完整古城信息模型，如图4 所示。基于初步设计完成的模型，利用lumion 软件进行后期的渲染，以增加情景效果，如图5 所示。将模型进行整合、贴材质等处理后，基于制定的路径形成三维视频动画设计，以全方位多角度的效果展示本项目，并为整个古城模型项目数字建模画上句号。

图2 归雁宫主殿

图3 殿内布局图

图4 枫林宫SU 景观布置图

图5 归雁宫lumion 渲染图

3.3 钢筋与土建算量造价实现总投资估算

江都宫复原作为大型投资建设项目，前期的投资估算尤为重要。传统做法是搜集往年同类型建设项目的投资数据并对其进行分析总结然后编制投资估算指引，然而数据资料难以搜集且不能确保其准确性，此时基于BIM 的投资估算可解决此类问题。BIM 技术可调用云数据历史积累的资料，可筛选出相应的参考数据，结合本项目的具体情况展开分析。

以钢筋算量为例，利用相应BIM 软件，由已建好的Revit模型生成STAT 的工程模型，手动录入或导CAD 图完成钢筋录入，可自动套取定额或清单编码，快速完成土建工程量的计算。钢筋算量结束后进入土建算量，可通过BIM 技术实现土建与安装系统的融合，通过安装算量软件，导入模型后按照安装设置即可实现水管、电路、水路等土建工程的完成，可同时生成土建工程量与安装工程量，在此过程中，可根据BIM 技术的可视性的特点进行实时修改，保障工程量的正确计算。

目前国内BIM 软件如鲁班算量软件，都有自动汇总功能，能够精确地汇总各项数据信息，再结合当时市场价格信息，即可完成项目投资估算工作，为项目决策提供有力的数据支撑，也可发挥指导后期成本控制的作用。

3.4 BIM 进度计划管理

工程项目管理的重要环节之一就是进度计划的管理，项目造价成本的高低在很大程度上受进度计划管理好坏的影响。施工过程中数据信息交换频繁，参与方众多，难免产生信息不对称的问题，从而影响对实际施工的进度控制。BIM 技术的三维可视化特点使施工模拟成为可能，通过及早发现施工过程中的难点，及时改进施工组织设计方案，实现了可视化管理。（1）将Revit 三维模型导入Fuzor 软件，在其提供的虚拟场景进行编辑修改，做出标记，最后统一在Revit 模型中修改，由于软件之间存在关联性，Revit模型的修改也会同步更新到Fuzor软件之中。（2）将修改后的Revit 模型先导出为nwc 格式，然后与Project编制的进度计划导入到Navaisworks软件之中，进行施工进度计划模拟。对比实际进度计划和计划进度计划两者差别，对施工组织设计进行优化。（3）将3D 模型，进度信息与其他材料数据信息导入BIM5D 软件，赋予构件以量和价的属性，以准确估计工程量，实现成本管理。

3.5 项目管理平台的建立

传统建设项目的项目管理存在管理数据冗杂且可追溯性差、数据资产汇集难度大、管理效率低且成本高等诸多问题，而通过BIM 技术建立起项目管理平台，可以在很大程度上改善以上问题。

在本项目中，本组成员将构建项目管理平台来实现项目由前期策划到后期施工及维护管理全方面的智慧管理。本平台由项目规划、任务分配、进度管理、信息发布四个模块组成，其中项目规划模块储存本项目的基本信息，包括项目名称、项目编号、项目工期和相关文档、图纸等，出图和查阅图纸可节约大量时间；任务分配模块是由负责人将项目进行分解，子任务分配到相应的子任务负责人，多方协调完成工作，涉及到成本管理和安全管理；进度管理模块以进度控制为主，由负责人监督项目进展，合理统筹和调度项目资源，期间成员将现场实际进度实时录入平台，与进度计划进行比较并采取相应措施；信息发布模块针对于管理数据繁多而生，利用网络信息快速及时地反应项目中相关信息，该模块由公告、论坛、留言等多种形式实现，不同级别的管理人员有不同发布权限，可实现层层递进的沟通和信息传达。

该平台可通过手机端进行信息查阅和录入，施工人员若发现安全问题可直接拍照上传，追寻责任人，管理人员可通过查看平台现场信息进行实时监督，提高工作效率。借助该平台可实现管理智慧化，达到项目进度的精细控制，有效降低现场质量和安全问题的发生，节约大量时间和人力、物力。

4 结论

三思而后行、谋定而后动，项目策划是项目建设、管理、运维的不可或缺成分，起着举足轻重的作用。随着BIM 技术的不断突破与完善，在古城复原的前期策划阶段，BIM 技术通过对数字化建筑模型设计、真实场景与现场布置、进度计划与物料估算等在项目策划中的具体应用，有效地起到精确模型算量、优化结构设计、渲染加强可视化效果、经济地节约资本、合理地安排工期、科学地结合实际等作用，对项目策划的调控和引导能力的增强以及项目目标的保证程度的提高起到大有可观的作用。本团队将BIM 技术、项目策划以及古城项目的具体情况加以分析，合理协调三者地关系，并有机融合，使其效益最大化，推动古城复原项目的后续发展。