基于Revit的壮族铜鼓BIM族模型创建初探*

王金燕 柳子炎

1. 广西农业职业技术大学 广西 南宁 530000；

2. 广西大学行健文理学院 广西 南宁 530005；

3. 广东省基础工程集团有限公司 广东 广州 510620

引言

铜鼓起源于春秋时期，最初作为一种打击乐器，后慢慢用于祭祀或彰显权力。随着铜鼓在我国南方和和东南亚地区广泛传播，形成了具有地域民族色彩的铜鼓文化。然而，壮族铜鼓文化作为广西的民族特色文化，在现代文化的冲击下正逐渐式微。为此，越来越多人对于壮族铜鼓文化的保护、传承和发展发起呼吁并提出自己独到的见解[1]，但均没有涉及建筑领域的新方式方法。BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，它以三维数字技术为基础，通过集成建设工程项目各类信息，为工程项目全寿命周期各个决策阶段提供可靠支持的工程数据模型。BIM技术的出现可认为建筑业的第二次“科技革命”，因其具有可视化、协调性、模拟性、可优化性、可出图性等特点，可以说是对传统工程技术的巨大革新。近年来，壮族铜鼓元素在一些城市景观设计中得到运用[2]，若能与BIM技术结合起来，不仅是顺应建筑行业革新的需要，也是保护和传承壮族铜鼓文化的新思路和新方法。

1 研究现状

1.1 BIM的推广应用

BIM的概念由美国乔克伊士曼（Chuck Eastman）教授于1975年率先提出，最初在欧美发达国家迅速发展。而我国对于BIM技术的推广应用起步较晚，最早于2003年开始引进，主要应用群体以建筑设计单位、施工单位为主。2017年，广西发布实施了BIM应用的地方标准——《建筑工程建筑信息模型施工应用标准》，随后将南宁市确定为广西BIM技术推广应用试点城市，进一步加强BIM技术的发展力度。但总体而言，BIM技术在广西还未完全普及，应用深度和层次尚浅，许多潜在的应用前景有待发掘。

1.2 基于BIM的传统文化保护相关研究

目前，利用BIM技术进行传统文化保护研究的主要集中在建筑保护方面，如历史建筑、文物建筑、传统民居建筑等，采用的方法诸如创建建筑构件的BIM族库[3]，或结合三维扫描、遥感测量、红外线测量等手段建立整体建筑信息模型[4]，以期为建筑保护的问题决策提供先进的解决途径。

壮族铜鼓文化作为传统文化的一部分，利用BIM技术进行保护研究目前尚无案例，而国内较大的BIM族库——柏慕族库，也未有关于此方面的族研究。因此可以说，壮族铜鼓在BIM领域尚未有明显的留存痕迹。故本文基于BIM针对壮族铜鼓展开研究，探索创建壮族铜鼓BIM族初步模型，为后续完善铜鼓族库打下基础。

2 铜鼓结构解析

2.1 铜鼓结构特点

铜鼓由铜釜演化而来，在结构造型上总体表现为“中空、无底、腰曲”，具体又可细分为鼓面、鼓胸、鼓腰和鼓足等结构。根据铜鼓类型的不同，各细部结构在尺寸、高度、线型上有着明显差异[5]。

在广西出土的铜鼓共有八种基本类型，分别为石寨山型、万家坝型、冷水冲型、麻江型、遵义型、灵山型、北流型和西盟型。其中，以广西出土地命名的铜鼓为北流、冷水冲、灵山三型，具有体型大、气势磅礴、装饰华丽的特点[6]。本文选取高大厚重的北流型铜鼓作为研究对象，分析其形体特点，为创建族模型提供理论依据。

北流型铜鼓由上至下主要由鼓面、鼓胸、鼓腰和鼓足等部分组成，在平面上为中心对称。鼓面略宽于鼓胸上沿，鼓胸、鼓腰和鼓足在侧面轮廓上呈现为或凸或凹的三段曲线，相接处具有明显棱角，一对鼓耳附着在鼓胸和鼓腰上，并对称分布于铜鼓两侧。有学者通过研究，认为铜鼓的尺寸大小、宽高比例符合黄金律的美学特征[7]，或探究得到铜鼓形制曲线的数学规律[8]，这对于建立铜鼓BIM族模型是一种启发。

2.2 铜鼓轮廓规律分析

实测铜鼓主要构件的基本尺寸，如表1所示。

利用Auto CAD软件描绘铜鼓外轮廓线，为提高精度，曲线段描点应尽可能加密，对于曲线折点的定位应准确，而铜鼓的底面和顶面轮廓按直线描绘。因铜鼓结构对称，故可只描绘左半部分，右半部分使用“镜像”功能复制得到。然后以铜鼓底部中心作为原点，建立直角坐标系。

表1 铜鼓基本尺寸

鼓胸、鼓腰、鼓足的轮廓曲线之间具有明显的分界点，在该处曲率发生突变，为提高分析精度，对3段曲线分别进行拟合寻找函数关系，结果如图1-图3所示。

图1 鼓胸拟合函数

图2 鼓腰拟合函数

图3 鼓足拟合函数

由此，可建立铜鼓侧面轮廓的函数表达式：

综上可知，鼓胸、鼓腰、鼓足的轮廓曲线满足二次函数关系，且拟合相关系数R2均接近于1，说明拟合程度高。若需进一步提高拟合精度，还可按三次或四次函数进行拟合，但鉴于拟合精度提升有限，故按二次函数拟合已能满足本次研究需要。

3 铜鼓模型创建

3.1 BIM建模软件选择

目前国内外的BIM软件类型较多，但国内软件由于起步晚，在成熟性和适用性上与国外软件尚有一定差距。国外软件有Revit、Bentley、ArchiCAD、Digital Project等，其中Revit适用于各类民用、工业建筑，应用范围较为广泛，且本身功能强大，故选取作为本次研究建模软件。

3.2 鼓身、鼓足模型创建

根据铜鼓侧面轮廓的函数表达式，可以得到x取值区间内任意横坐标对应的纵坐标。显然，越小，坐标集合包含的元素越多。根据坐标集合数据，利用Auto CAD软件反生成符合拟合函数关系的铜鼓侧面轮廓曲线，相比最初描点得到的曲线，反生成曲线线型过渡更加平滑自然，视觉上更具审美感。通过“偏移”命令设置铜鼓厚度为10mm，对上下边界进行适当修饰。打开Revit创建族文件，选择“公制常规模型”样板，创建“实心旋转”形状，将铜鼓侧面轮廓从Auto CAD软件导入，导入单位选择“mm”，按鼓身顶部外圈半径为424放置到适当位置，设置好对称轴后生成鼓身、鼓足模型。

3.3 鼓面模型创建

鼓面模型的创建则较为简单，首先创建“实心拉伸”形状，以鼓胸上边界设置工作平面，以鼓身中转轴为圆心绘制一个半径为440mm的圆，拉伸终点设置为“10”，最后确定生成鼓面模型。

3.4 鼓耳模型创建

参照铜鼓侧面轮廓的提取方法，得到鼓耳轮廓中心曲线，创建“实心放样”形状，导入鼓耳轮廓中心曲线作为放样路径，再绘制鼓耳横截面轮廓，确定后生成鼓耳模型。

3.5 完整模型创建

将鼓面、鼓身、鼓足、鼓耳模型融合在一起，并根据收集的资料，对铜鼓赋予材质属性、色彩、历史年代等非几何信息，并通过“贴图”功能完善鼓面纹饰，得到真实模式下相对完整的北流型铜鼓初步模型。经载入项目测试，证实模型可用。

4 结束语

本文以广西壮族北流型铜鼓为研究对象，通过对其结构进行解析，探究得到铜鼓侧面轮廓曲线函数关系，并基于Revit成功创建铜鼓BIM族初步模型。其中的难点在于鼓身和鼓足部分，需要找到其内在规律，才能创建出接近于实际的族模型。其他类型铜鼓BIM族模型的创建可以参考本文的思路和方法，这为完善铜鼓BIM族库夯实基础，对于保护、传承和发展民族特色文化具有一定的促进意义。