BIM技术在徽州古建筑保护与修缮中的应用研究

李程蓓，张 永

(安徽三联学院，安徽 合肥 230000)

0 前 言

中华文化源远流长，中国古建筑对于中华民族甚至全世界都具有极高的文化价值。在中国众多的建筑风格中，徽派建筑以其别具一格的样式脱颖而出。然而，随着时间的推移和历史的变迁，大量的徽派建筑都不同程度地受到了自然侵蚀和人为破坏，徽州古建筑的保护形势十分严峻。而使用图纸、文字、照片、影像等传统保护与修缮方法需要大量的人力和物力，并且每次的保护与修缮过程都会产生大量的技术资料，需要进行大量的信息存储工作。更棘手的是，每项信息之间相互分离，缺乏系统性与联动性，这使得调取信息困难，信息易丢失且管理利用难度极大[1]。如何利用新技术对徽州古建筑进行保护与修缮，并且保证其历史和维护信息的真实性和完整性[2]，是徽州古建筑保护与修缮中迫切需要解决的问题。

BIM技术是建筑行业的新兴技术，即通过数字化方式建立一个完整的建筑信息模型。考虑到徽州古建筑保护与修缮工作中的诸多弊端，引入BIM技术可以系统地记录徽州古建筑全生命周期的信息，将徽州古建筑保护与修缮工作从传统方式转变为数字化方式[2]，为徽州古建筑的保护与修缮提供准确的信息数据。

1 徽州古建筑保护与修缮现状分析

1.1 徽州古建筑知识信息体系不完善

在徽州古建筑的保护与修缮中，随着数字信息技术的不断普及和应用以及人们数字化理念的加强，现在已逐步开始采用多功能的数字信息技术进行古建筑保护与修缮，并采用数字摄影测量、数字地图、三维激光扫描测绘、红外测量等方式进行测绘。然而，目前这些数字信息技术在徽州古建筑保护与修缮的实际应用中还存在一定局限性。通过数字信息技术短时间内可以获取大量徽州古建筑的信息数据，而面对大量的信息，信息整理异常困难。相关部门对这些数据的管理会出现如数据损坏、数据丢失、数据错乱等问题，而且每项信息之间相互分离，缺乏系统性与联动性，这使得调取信息困难且管理利用难度极大。这些问题使得建立徽州古建筑模型时难以保证建筑结构、建筑尺寸、建筑材料工艺等各项信息的完整性、关联性与准确性。所以目前徽州古建筑的信息存储仅仅是以简单的数字技术应用于文字、表格、图纸或其他多媒体中，缺乏对多维价值的挖掘，没有形成通用的徽州古建筑三维模型的建立方式，不能准确反映徽州古建筑的材料、空间和结构之间的逻辑关系，已无法满足现阶段对徽州古建筑保护与修缮的需求[3]。

1.2 徽州古建筑修缮方法不恰当

20世纪70年代以来，虽然徽州古建筑的修缮技术有了很大的提高，但由于修缮知识与技术不成熟，所以修缮水平及品质仍较低。

目前，由于徽州古建筑内部构造相对较复杂，所以对其的修缮重心依然在建筑的外观上，而对内部结构的关注较少，这使得徽州古建筑修缮后的外观与内部对比不协调。在保护修缮过程中，一方面，修缮时大多采用许多相似的现代材料来修缮古建筑，最终只保留了古建筑的外貌，而忽视了原有的结构问题。在某些情况下，修缮工程甚至会破坏原有古建筑的结构，危及整个古建筑的安全。在修缮古建筑的内部时，有些会采用钢筋混凝土加固，而有些则是在原有的木质结构基础上用水泥浇筑，并用现代木板进行装饰，使得修缮后给人一种全新徽派“仿古”建筑的感受，完全破坏了原有建筑的特色。另一方面，由于没有严格的法律和法规来规范古建筑的保护与修缮，而且很多古建筑修缮的设计人员没有熟练掌握相应的古建筑知识，再加上修缮工程通常由承包商进行，修缮过程没有得到严格的把控，承包商为了获取利润，大量使用廉价的修缮材料，这使得徽州古建筑在保护与修缮过程中受到了大量破坏，也造成了徽州文化的损失[3]。

2 BIM技术在徽州古建筑保护与修缮中的价值

2.1 BIM技术概述

建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)，是创建建筑项目虚拟三维模型的技术基础，利用数字技术，建立一个完整的，反映实际情况的建筑工程信息库。这个信息库不仅包括建筑构件的几何信息、专业属性及状态信息，而且包含了非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息，从建筑的设计、施工、运营到建筑生命周期的结束，所有的信息都被整合到三维模型数据库中[4]。这样来自不同岗位的人，如设计师、施工人员、运营部门、业主等都可以基于BIM进行协作，实现信息的共享。

2.2 BIM技术在徽州古建筑保护与修缮中的价值

考虑到徽州古建筑保护与修缮面临的诸多挑战，BIM技术通过对所取得的徽州古建筑的信息数据进行建模，使得用模型再现徽州古建筑的真实成为可能。徽州古建筑实物和所有信息数据的结合不仅可以使建筑的尺寸和细节可视化，而且可以存储徽州古建筑整个生命周期包含的所有数据，这有利于基于BIM技术的徽州古建筑的数字化保护，BIM在保护与修缮徽州古建筑方面的优势已经得到充分证明[5]。

2.2.1 提高徽州古建筑保护与修缮工作效率

BIM平台为参与徽州古建筑保护修缮过程的各参与方提供了一个共享模型，并使来自不同领域的参与者能够在项目早期阶段参与进来，及时进行相互沟通，避免信息隔离，发现项目的潜在问题，并及时提出协调和解决方案，实现了跨学科的融合，从而减少因后续设计和施工的变化而带来的重复劳动。通过明确分工，所有参与者可以更加专注于自己的责任领域，设计更好的工作方案，并尽最大努力维护后期发展，使徽州古建筑的保护和修缮工作得到更加协调的管理，提高了各专业的管理效率。此外，BIM模型可以在软件中进行后期模拟试验，以减少错误和工程预算，从而提高工作效率[6]。

2.2.2 提高徽州古建筑数据精准度

徽州古建筑保护与修缮的每一个环节都至关重要，人员、资金、材料和其他调查数据的误差都会对施工进度产生重大影响。而BIM技术使处理各种数据信息的效率和精度比传统的人力劳动更高，每个阶段的准确数据不仅有助于控制成本，而且还能更好地监测和优化整个项目[6]。同时徽州古建筑的信息数据可以储存在模型中，模型和信息可以结合起来，为以后的修缮和重建工作提供准确的尺寸、结构、材料等基本信息。它打破了徽州古建筑信息的封闭和缺失，为徽州古建筑的保护与修缮提供了精准的数据，为确定最佳的保护与修缮方法起到了科学的指导作用。

2.2.3 整合徽州古建筑环境信息

环境因素对建筑物的设计有很大影响。例如，在气候寒冷的地区，建筑师在设计建筑时需要注意建筑对气候变化的适应性。有了BIM技术，设计师只要对建筑的能耗有基本的了解，就可以获得所需要的数据，并对设计做出相应调整，从而优化整个设计。除气候因素对建筑有影响之外，BIM技术还可以用来分析其他环境因素对建筑的影响，如噪音强度、人流密度、空气质量等。通过BIM技术，能够及时高效地获得这些附加信息，可以更好地帮助设计师进行有针对性的优化调整[7]。

徽州古建筑的保护和修缮与环境密切相关，所以保护与修缮工作必须因地制宜。徽州古建筑分布范围广，气候、水文、地势、人文、历史等环境较为复杂，受环境因素影响较大。利用BIM技术，可以有效整合徽州古建筑周围的环境信息，根据环境的特点选择最佳的保护修缮方法[8]。

2.2.4 实现徽州古建筑信息共享

徽州古建筑BIM平台的建立，是保护与修缮工作中不同专业之间信息共享与交流的基础。由于徽州古建筑的信息多种多样，而且没有统一的管理标准，研究人员和保护人员要获得数据和信息并不容易。而徽州古建筑BIM平台的建立，为所有参与人员提供了一个沟通、交流信息的平台，为不同领域的人员提供了相关的研究数据，为研究工作提供了便利的渠道。例如，BIM信息模型中的物理信息可以用来分析结构受力情况，模拟徽州古建筑的抗震情况[6]。同时，这些信息可以在网络平台上共享，为其他想要了解徽州古建筑详细信息的人们提供便利，也为中国现代文物建筑保护的信息化和现代化发展做出贡献[3]。

3 BIM技术在徽州古建筑保护与修缮中的应用

3.1 徽州古建筑信息采集

在使用BIM技术对徽州古建筑进行建模之前，需要收集关于古建筑的各项参数信息。关于徽州古建筑的信息内容采集可以分为两大类：空间信息采集和属性信息采集[9]。

空间信息的采集是指收集有关徽州古建筑实体的信息，包括徽州古建筑的形状、建筑的比例、尺寸、方向、空间布局等[9]。传统的空间信息采集主要是利用传统的测量工具，如尺子、梯子、测距仪、相机等。而使用这些传统测绘工具，需要由多个人进行协同工作。用尺子和测距仪等工具测量建筑物及其部件，较高的部位还需要使用梯子，然后用纸、笔和相机记录数据，并进行比较和分析，再依据这些数据来进行二维图纸的绘制并配以文字说明。这样的传统信息采集方法耗费大量时间，有些复杂的构件数据无法准确记录下来，还会遗漏掉隐藏在结构内部的构件，导致采集的数据不准确，效率低下等问题。甚至由于人的高频率测绘活动，会对徽州古建筑产生破坏，并且在登高测绘时，对测绘人员来说也存在一定危险性。而利用现代三维激光扫描等技术能够高效获取全方位、高精度的空间信息，合成准确的徽州古建筑设计图纸、现状图纸并加工制作结构模型等，而且不受水体、植被等特殊物质的干扰，也不受外界环境的干扰，操作方便，并且避免了测绘人员亲自测量危险项目，保障了测绘人员的生命安全，保障了徽州古建筑不受人工测绘的二次破坏。

属性信息的采集是指收集徽州古建筑的特征信息，包括建筑材料、技术、风格、工艺、历史、文化和地理信息等。属性信息的采集一般是通过实地考察，走访调查或查阅相关历史文件然后分析这些所有的文件以获得更完整的信息[9]。

3.2 BIM建筑信息模型的建立

根据收集到的有关徽州古建筑的信息数据，以及在二维图纸、测绘、照片、影像等其他相关资料的基础上，使用当今广泛使用的BIM建模软件Revit建立三维模型。BIM建筑信息模型的基础单元为“族”，每个族图元都可以定义多种类型，并且可以为每种类型设置尺寸、形状和材料等参数[10]。徽州古建筑在形式上大体相似，但局部的构件细节有所不同，如果使用传统方法对图纸进行建模，则工作量很大。BIM平台可以通过参数化调整生成不同尺度的同类组件，并建立一个标准化构件库，其中包括常见的墙、门和窗组件。构件库使用户不仅可以通过名称或形状找到所需的构件，而且可以通过调整构件的参数快速调整其状态，并快速应用到建筑中，以适应不同的项目，从而提高建模效率[7]。

徽州古建筑的属性信息很多，如建造方式、建筑材料和质地、结构尺寸、施工工艺、地方特色，以及照片、历史文献、现存状况、修复和重建文件、环境信息、管理信息、视觉信息等。在使用Revit创建建筑信息模型时，空间信息和属性信息与模型相互联系，所有信息都可以同步修改或访问，这样可以充分实现信息的共享和交流[2]。

3.3 VR虚拟现实技术展示

虚拟现实技术是BIM技术的一个拓展分支，可以将抽象的文本、图纸和其他信息建模并转化为仿真的三维空间模型。这项技术的基本原理为：虚拟的三维空间是由计算机在模拟状态下生成的，加上设计师的参与，在计算机屏幕上形成一个高度仿真的现实世界。这项技术使得人类的视觉、听觉和动作等感官与现实世界的感官紧密联系起来[9]，仿佛身临其境，真实处于现实世界一般。虚拟现实技术展示作为一种新的展示形式被广泛用于建筑、室内设计、旅游和其他项目中，将收集到的信息转换为逼真的立体模型，利用虚拟现实技术创建所需的虚拟环境后，在虚拟现实中展示出来。它因其逼真的体验感、高级的技术性和强大的互动性而受到人们欢迎。

在徽州古建筑展示中使用虚拟现实技术，参观者在戴上VR眼镜的那一刻可以瞬间进入到徽州古建筑内部，这是一种时间和空间快速变换的新体验。它为人们创造了一个逼真的徽州古建筑环境，实现了人们与徽州古建筑的直接接触，人们可以身临其境体验当时建筑主人的日常起居和风俗风貌。VR虚拟现实技术展示不仅可以使人们体验到徽州古建筑的原貌，而且可以感受到历史的沧桑[11]。

4 结 语

徽州古建筑是徽州文化的重要组成部分，也是中华文化的瑰宝。由于古建筑具有历史性和不可逆转性，记载和传承其历史和文化越来越重要。BIM技术对徽州古建筑的保护和展示是对徽州文化遗产保护和传承的重要补充，是徽州古建筑保护发展的必然趋势。随着科学技术的发展，BIM技术将不断完善，BIM技术在各方面的影响将为弘扬徽州文化做出更大的贡献。为了顺利推进BIM技术在徽州古建筑保护与修缮工作中的应用，还需要努力完善相关软件功能，积极培养专业技术人才，加快推进徽州古建筑保护与修缮工作的数字化和信息化。然而，BIM技术在徽州古建筑保护与修缮中的应用还处于初级阶段，如何有效利用BIM技术对徽州古建筑进行保护与修缮，是一个需要不断研究的课题。

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