BIM技术在古建筑中的应用探讨

2021-06-22成丽媛威海职业学院山东威海264200

砖瓦 2021年6期

成丽媛（威海职业学院，山东威海 264200）

所谓BIM，Building Information Modeling，建筑信息模型的简称，是指在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称，简称模型。[1]BIM一词发明于美国，进入中国后，随着国内技术的发展，BIM技术已经不再是狭义的模型和建模技术，而是一种新的理念及其相关的理论、方法、技术、平台和软件等。业内人士称BIM技术是建筑领域继CAD应用的第二次革命，随着我国BIM标准的出台，工程项目BIM技术应用也会越来越规范化。BIM技术强调的是工程（包括建筑、交通、水利、民航等各类工程）全生命周信息的收集和可持续性的运用，静态和动态信息的及时掌握，3D视觉化的呈现，跨专业、跨阶段的协同作业，几何与非几何交互的整合，微观与宏观空间交互的整合等[2]。

BIM技术目前已经越来越广泛地应用于建筑工程的各个领域，逐渐在实现建筑生命全周期的BIM技术应用和管理，为提高工程品质，降低错误和变更成本，缩短工期，协同管理方面提供了很大的助力。

目前，BIM技术大量应用于现代建筑的建造过程，如何在国内数量可观的古建筑和仿古建筑中应用BIM技术成为建筑行业越来越关心的问题。笔者就此问题进行了如下探讨。

1 基于BIM技术的古建筑的修缮与管理

中国历史源远流长，中国古建筑以木结构为主体，以土、木、石砖瓦为主要的建筑材料，以榫卯为主要的结合方法，以模数为尺度设计加工生产，几千年来，中国建筑逐渐形成了自己独特的风格体系。[3]很多古建筑建设年代久远，大部分古建筑资料缺失，梁思成先生和林徽因女士曾经现场勘踏，手绘了一部分古建筑，例如《图像中国建筑史手绘图》，这些珍贵的资料相对于承载五千年文明的古建筑的数量实在是太少，那没有资料留存下来的古建筑应该怎么去维修、加固，达到修旧如旧呢？笔者认为可采用现行的三维激光扫描技术。三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，在国内越来越引起研究领域的关注。它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索[4]。例如在旧城区改造过程中，做管线拆迁和避让时就用到了三维激光扫描技术，能较为准确地探测到地下管线的位置、管径和数量，为拆迁改造造成了极大的便利。

在古建筑的模型还原过程中，先扫描现有古建筑，再基于点云模型逆向建模，最大程度将现有古建筑还原成为仿真模型，在兼容化的模型格式中，进行数据的录入和修改，确保后期维护保养，不仅不会盲目改变古建筑的现状，还能使现状资料永久保存。另外，在模型上模拟方案和模拟修复后效果这种可反复修改的特性也便于方案的斟酌、讨论和最后版本的确定。比如上海市芳甸路的改造便是运用了这项技术，最大限度地保留了城市的韵味和赋予了新的活力。

值得注意是，任何扫描和还原技术都不是百分之百的准确，模型还原者需要有一定的古建筑知识，并能和现场实践相结合，在模型还原的过程中进行补充完善，才可以比较完美地再现古建筑的原貌。这期间就可能要用到放线机器人等其他现代测量仪器，对一定特殊的部位进行二次测量，辅以人工补充。因此，三维扫描技术用于古建筑，目前还属于探索和不完善的阶段，鉴于机器本身对古建筑的名词和数据“缺失”，人工干预的作用会比较大，因此，获取单个古建筑的数据时间也会偏长，随着技术的发展和升级，古建筑对于扫描仪来说，识别度也会越来越高。

2 基于BIM技术的仿古建筑的设计和施工

仿古建筑的设计和施工，在当前建筑工程的数量中也占到了相当的比例，仿古建筑也因为所依据的时代不同，地域不用，呈现出了不同的风格和内涵，比如仿宋建筑、仿唐建筑、仿明清建筑、徽派建筑、闽南建筑等。各自对建筑形体、规制、构件有不用的要求，怎样在设计过程中，快速调用不用时代和区域的建筑元素进行创作和组合，也成为古建筑设计和施工者所关注的问题。笔者在设计过程中采用的方法是，用现形的BIM建模软件，比如Revit,Archcad等，将各种建筑的元素建成族样板文件。

这里有必要补充一下关于族的相关知识，它是建模软件Re⁃vit的专业术语。Revit中基本图形叫作图元，按照类别、族、类型的次第来对图元进行分类。所有的图元都是由族来创建的，可以说族是Revit的设计基础，族中包括许多可以调节的参数，用来控制图元的尺寸、材质、位置等信息。比如，在Revit中，柱是区别于梁、板的一个类别，而柱中又分圆柱和方柱，这个就是柱族，圆柱又分为直径400、直径500等等的尺寸，那个有尺寸的圆柱就是柱的类型。依据这样的原则，比如斗拱、雀替、飞檐翘角等根据年代不用，分别建成不同尺寸、不同材质、不同年代的类型，作为族样板文件在不同年代的仿古建筑中调用。

再将建筑形体，比如金钩滴水、举架等建成体量样板文件。体量模型是Revit中快速创建曲面的一种方式，像一些比较特殊的屋顶、墙体和幕墙等，都需要用到体量，同时，一些有难度的重复性复杂的构件也会用到体量，比如说嵌板单元、墙面装饰、装饰性构件等等，总而言之，用简单的方法无法创建出的模型就需要用到体量来绘制。

古建筑中的体量模型创建好后，以年代部位名称来命名，作为自建体量文件载入项目中，这样可以快速无误地设计出不同时代的仿古建筑，如图1所示。

图1 运用BIM软件创建古建筑族库

不仅如此，建好的BIM建筑模型还能导出为相应的格式，进行结构专业和机电专业的模型完善和计算，就是在正向设计中所谓的“条件图”，这样的专业协同在运用BIM技术的优势十分明显，任何一个专业的修改，不用特意通知，其他专业就会第一时间得到更改后的模型，我们也叫模型联动。这种协同保证了最后设计成果的完整性和一致性。

设计完成的成果可以用CAD图纸形式体现，作为施工图纸使用，可以用三维动画展示，作为复杂节点的技术交底，也可以用EXCEL导出各专业明细表。值得注意的是，模型和工程量之间几乎是零误差，只要是建模准确，明细表就会准确，这样作为建设方掌握预算，施工方提报计划都是重要的、准确的依据，最后的决算结果也就是套用不同的清单和定额罢了。

3 基于BIM技术的古建筑的维护管理

无论是已有的还是新建的古建筑，维护和管理都是一个极大的难题，耗费的人力物力都非常大。维护人员需要不停的奔波在现场和资料之间。如果采用BIM技术，将竣工模型完善，在图元属性中链接相关的主材、辅材、油漆、砖瓦、数量、建成年份、有效期、供应商、合同等等的信息，就可以实现无纸化的查看，如果能够和第三方的平台相连，开发相关程序，材料到期预警功能和保养提示功能就能轻松地实现，不仅能使古建筑各个部位在检测和保护之下，及时得到保养维护，也大量降低了维护管理人员的成本。