BIM技术在古建筑工程保护中的应用研究

张学林

摘要：古建筑是一个国家、一个民族历史文化的载体，是劳动人民勤劳与智慧的结晶。然而，在历史文化长河中，一些古建筑由于人为因素（战乱、政治、有意破坏等）和自然因素（侵蚀、风化等），造成了古建筑不可逆转的破坏。在对古建筑重建、修缮及保护的过程中，又由于图纸的缺实以及传统测绘方式所绘制的二维图纸的局限性，很难满足施工方的要求。本文利用三维激光扫描技术获取古建筑的外部点云数据，对点云数据进行预处理后，利用REVIT软件创建古建筑BIM系统，通过对模型和信息的数字化存档，可以永久的保存古建筑的基本信息，为以后古建筑的保护、修缮及古建筑遭到破坏后重建提供数据支持，也为今后类似项目提供参考。

关键词：BIM技术;古建筑保护;信息化

中图分类号：TU-87 文献标识码：A

引言

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。BIM技术作为建筑行业的新兴技术，可以通过数字化手段，建立一个完整的涵盖项目全寿命周期全部信息的建筑信息模型，可以使古建筑的保护工作由传统形式改为数字化保护，这是古建筑保护的必然发展趋势。

1古建筑数字化保护所具有的意义

我国是有着五千年历史积淀的文化大国，悠久的历史留下了数以万计的历史文物古迹，这些古建筑见证了人类一代又一代历史的变迁，承载着几千年来的历史文化，对于它们的研究具有重要的历史意义。近年来，随着人们对于自然资源的严重利用，导致环境气候恶劣变化，发生一系列自然灾害，比如说酸雨以及冰雹等等，除此之外加上人为的破坏，对于这些古建筑的破坏非常大，可以说这些文物建筑遗产已经面目全非，部分甚至大部分的古建筑受损程度严重，已经不能复原为原来的模样。就目前的问题来说，如何科学有效的保护这些古建筑使它们重新恢复原有的历史模样是当前的重中之重。传统的古建筑信息在储存方面主要是通过以下几种方式，包括文字、影像或者图表等等，但是这些所储存的建筑图纸并不能够完全反映古建筑的真實面貌，由于历史之久远，所存储的资料也并不是十分周全。如果采用影像的方式来记录历史古建筑，虽然看起来给人一种直观的感受，但是并不能真实反映它的实际尺寸，无法直接获取。如果遇到某些古建筑，虽然有图像影音资料，但是实际中对于它的文案记载少之又少，这样一来就无法复原它的真实面貌，因为复原工作难度极其大，信息数据残缺不全。面对这些种种的难点，如何利用现代信息技术保护以及传承这些对我们有着非常重要历史价值的古建筑就具有十分重大的意义。

2BIM技术在古建筑保护中的应用要点

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。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。属性信息的采集一般是通过实地考察或者查阅相关历史文献，再进行整体分析而获取较为完整的相关信息。

2.2BIM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。我国古建筑造型错综复杂，但是根据现代建筑类型学对古建筑构件的分类，古建筑构件的建造过程是存在一定内在规律的。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。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。另外，可以根据古建筑的不同分类，建立不同种类的构件族库，方便古建筑研究的族库共享。

建筑信息模型应用的一大特性为建筑信息的传递性，不仅包含空间信息的存储，还应该包含属性信息。古建筑的属性信息众多，除了建造方法、建筑材料及纹理、建造工艺、地域特征外，还有照片、历史文献、现存状况、修缮及复建记录、周围环境信息、管理部门信息等多种文字资料以及影像资料。在利用Revit软件建立建筑信息模型时，模型中各构件的属性信息一般分为构造、材质、物理、油漆彩绘以及说明备注等几种形式，空间信息、属性信息与模型相关联，修改或查阅信息全部可以实现同步，从而全面实现信息的共享与传递。古建筑保护的重要内容是古建筑的修缮，建筑信息模型可以为古建筑修缮提供最基础的数据和资料，便于提取和使用。

2.3基于BIM技术的施工现场布置

古建筑的维护受古建筑已有场地和建筑物的限制，施工现场的布置需要考虑众多因素，如材料的运输及堆放、设备的进场、现场区域平面布置等。基于BIM技术的施工现场布置可以根据古建筑维护的施工组合设计或施工方案，将建筑信息模型导入施工现场布置软件中，通过软件内置的大量构件库，对场地各项布置进行模拟，将平面布置中需要考虑的问题形象地展示出来，解决以往二维图纸中考虑不周的问题。例如：以古建筑修缮常用脚手架搭设方案为例，施工现场的脚手架搭设需要根据现场需求随时进行调整，可以利用BIM技术模拟古建筑修缮施工现场，分析施工过程中需要防护的部位，制定脚手架最佳搭设方案，合理安排脚手架进场以及搭拆时间，降低脚手架租赁以及人工费用，合理缩短工期。

结束语

通过BIM技术可以赋予古建筑属性信息，建立带有古建筑属性信息的三维模型，为古建筑修缮、重建提供数据支持。在信息技术高度发达的今天，BIM所建立的古建筑模型可以进行充分的数字化展示，可以促进公众对古建筑的了解，使公众自觉的参与到古建筑保护中。本文在研究过程中由于作者理论和技术水平的限制，还存在着很多不足，例如地面三维激光无法采集到建筑物顶部点云数据，BIM所建立的数字模型与3D打印技术结合进行实体模型打印。日后的研究也将会结合三维激光扫描技术与无人机测绘技术，利用无人机的优势获取建筑物高处的点云数据进行建模。

参考文献：

[1] 王宁.三维激光扫描仪在BIM中的应用[J].四川水泥，2017（06）：206.

[2] 马宏毓，赵新.三维激光扫描技术及BIM技术在古建筑保护测绘中的应用[J].岩土工程技术，2019，33（04）：222-225.

[3] 陆泽荣，刘占省.BIM技术概论[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2018.

（作者身份证号码：130229198605266637）