基于BIM 技术的传统村镇民居数字化维护探究

邓显石

（湖南环境生物职业技术学院 园林学院，湖南 衡阳 421005）

我国散布着众多的传统村镇，作为传统文化的综合载体，是承载“乡愁”的最后一座文化堡垒，也是可以造福社会的综合资源，然而由于气候环境以及乡村建设等各种现实原因导致我国各地传统民居遭受了不同程度的破坏。为了更好地传承传统文化，彰显地方文化基因，推行国家“美丽乡村”建设重大战略，如何科学有效地建设好、维护好传统村镇的民居尤为迫切。

之前学界对于传统民居建筑的记录一般是采用文字、手绘图本、影像、CAD 等方式进行信息记录与存储。然而，文字记录不能形象地展现传统民居的真实形貌及细部详细构造。手绘图本和影像记录虽能对传统民居建筑有直观真实的展现，却不能提供精确尺寸数据，让日后修缮维护变得困难。随着计算机技术的飞速发展，运用计算机辅助绘图软件，如将测绘数据运用CAD 软件绘制图形应用于传统民居保护，在此前基础上极大提升了传统村镇民居维护效率[1]。但CAD 软件长于将实际物体抽象的绘制成二维图形来收集储存信息，难以直观呈现出传统民居三维特性，并且图纸只是由普通图线组成，若没有规范标注或解析，只是把纸质图纸电子化，没有做到信息化。2015 年，来自地理学、建筑学、旅游学、信息技术等诸多领域的专家学者代表在《中国传统村镇协同保护与发展的南岳共识》一文中就明确提出：要充分利用现代科技手段，广泛开展传统村镇景观的数字化保护和三维虚拟展示。

1 传统村镇民居维护研究

传统民居建筑作为我国地方传统文化传承的物质载体，刘敦桢教授通过引证大量文献和记录资料，结合实地考察研究编写的《中国住宅概说》，详细地介绍了我国传统民居建筑，让传统民居建筑走进了大众视野[2]。我国传统民居建筑基本格局均是一堂二内，即一明两暗，经过基本单位组合形成建筑群，但在不同的地方，受不同的地理气候、文化等因素综合影响而形成各自特色的建筑格局。由同样的基本单元组合而成的合院式民居建筑，在南方和北方依据其尺度分别称为“天井式”和“院落式”[3]。现存的传统民居建筑都是由先辈们营建的为数不多的空间布局形式经过长期发展和变化得来的，这些空间布局形式已被绝大多数人接纳和认可，具有低能耗等宜居特点，借鉴传统民居的“原型”概念应用于新农村建设，既能保持历史风貌，又能优化绿色建筑设计。随着建筑业工业化进程的推进，很多地方千篇一律地建造同一种外形的建筑、随意改建传统村镇的民居建筑，失去了原有的传统风貌。为了保护和传承传统文化、弘扬地方特色建筑文化，学者们开始研究如何对传统村镇民居建筑区域进行整体规划、控制新建、拆除及已建房屋改造[4]。怎样科学有效地做好传统村镇民居的维护非常重要。

2 BIM 技术应用发展

BIM（building information model）即“建筑信息模型”， 20 世纪在美国兴起，BIM 技术是将一个工程建设项目在全寿命周期内的所有几何尺寸数据、三维图像信息、结构构造、构件材料属性等信息集成在一个模型中。

在BIM 技术发展之初，美国斯坦福大学基于建筑工程施工管理可视化模型开发了CIFE 4D-CAD 系统，借助三维立体模型可视化技术，能比较直观地发现工程施工管理过程中存在的一些问题，便于及时修正处理[5]。我国BIM 技术起步较晚，中文译作“建筑信息模型”，目前还未有一致认可的定义。一般将BIM 定义为在工程项目全寿命期的过程管理中信息交流与数字化共享[6]。在“十三五”规划中，住房和城乡建设部已制定相关政策将BIM技术在全国范围内推广，要求做技术突破，让我国建筑信息技术达到国际领先。目前国内一方面是将BIM 技术用于项目建设过程中三维可视化、信息共享、数据分析，采用信息模型进行动画模拟、信息传递的方式指导项目实施过程，解决问题等[7]；另一方面是从横向扩展BIM 技术的应用范围，纵向深化BIM 技术应用深度。

3 BIM 技术在建筑维护管理中的应用

每个建筑物都有自身的“服役”过程，在这个过程中外部环境的变化、建筑材料的老化、外部荷载的变化等因素，严重影响了建筑物的使用寿命。针对建筑物的维护研究逐步兴起，很多建筑物由于缺失施工图等相关信息数据，只能通过文字材料、现场检测等方式进行维护管理，需要耗费大量的人力、财力。BIM技术建立信息数字化模型能够集成建筑物各项信息建立平台数据库，将BIM 技术应用于建筑维护管理能够有效地提高既有建筑维护效率。

关于BIM 技术建筑维护管理应用在国外相对较多，主要用作建筑设备维护管理、建筑信息数据采集、计算机维护管理系统及能耗监测等领域。为了提高建筑数据等信息使用效率，美国相关机构基于BIM 建筑信息模型研制建设项目各阶段信息交换标准[8]。英国研究机构在项目全生命周期各个阶段都建立了BIM数据信息模型，能够更精细化地进行项目运维管理[9]。

国内BIM 技术应用在建筑物维护方面，主要是研究既有建筑维护、健康监测、能耗优化等方面[10]。古建筑作为我国特有的建筑形式，是中华文化传承的物质载体，许多学者们在古建筑的维护方面做了不少研究，他们主要基于BIM 技术通过内建古建筑构件“族”的形式建立古建筑局部或者整体数据信息模型，建立管理平台进行古建筑信息模型保护及开发古建筑结构健康监测系统[11]。

4 传统村镇民居数字化维护探究

（1）综上，国内外专家主要是将BIM 技术应用于现代建筑行业的设计与施工及运维管理，在传统建筑保护方面只在古代宫殿、寺庙等少数特定建筑物有一些研究，而在传统民居建筑维护方面研究较少。

图1 传统民居BIM 模型信息平台管理示意

图2 基于BIM 的传统民居数据信息管理体系

（2）应用BIM 技术参数化建模方法，建立各构件族库，建立传统民居整体三维信息模型，通过模型信息数据编辑建立传统民居信息管理平台如图1，综合管理其各项信息，并在日后修缮加固等情况时，能快速提取结构现有信息数据，分析其建筑功能、结构形式、关键节点及构件的构造情况、力学性能等，预判可能出现的加固情况，是否会对既有建筑的建筑功能或者施工产生影响，建立传统村镇民居维护信息管理系统，为传统村镇民居的日后维护提供信息化技术支撑。

（3）将BIM 技术的三维可视化、参数化建模、数据信息集成管理应用于传统村镇民居维护中，研究内容主要包括传统村镇民居构造特征分析、传统民居参数化构件库创建、构建传统民居协同信息数据平台以及建立传统村镇民居维护信息管理系统四个方面（图2）。