BIM技术在古建筑保护中的应用策略探究*

张培兴 周静文 褚陈燕 牛远达 刘紫婵 李斯 宋智广，3 陈刚 刘帅

(1.河北经贸大学管理科学与工程学院，河北 石家庄 050061；2.河北省经济社会发展地理信息大数据平台，河北 石家庄 050061；3.合肥工业大学管理学院，安徽 合肥 230009；4.中铁十一局集团桥梁有限公司，江西 鹰潭 335003；5.河北地质大学，河北 石家庄 050031)

0 引言

古建筑具有极高的历史价值、科学价值和艺术价值，是我国建筑文化的宝贵财富。古建筑保护不仅是指对建筑物本身进行修缮与护理，更是对其承载的历史文化的保护。相关统计数据显示，我国古建筑数量每年减少5%以上，形势不容乐观[1-2]。因此，古建筑保护受到国家和社会各界的高度重视。

由于传统的古建筑保护模式效率低下、修缮工程量大且耗时较长，已无法适应古建筑保护工作的实际需要，急需通过新的信息技术手段助力我国古建筑保护事业。近年来，BIM技术快速发展且在古建筑保护领域显现出较大的应用价值[3]。基于此，本文通过分析BIM技术在古建筑保护中的宏观发展环境，进一步探究BIM技术在古建筑保护中的应用策略。

1 BIM技术在古建筑保护中的应用价值

1.1 BIM技术概述

建筑信息模型(BIM)是建筑工程领域的重要信息技术。经过多年的开发和应用，BIM技术在实现建筑信息可视化的同时，可以覆盖建筑工程的全生命周期管理，经过不断迭代升级总体趋于成熟[4-6]。

1.2 古建筑保护概述

古建筑是指具有历史意义的建筑物[7]，受所在地区环境及社会风俗的影响，呈现出不同的历史特色。古建筑保护是指利用一定的技术手段再现古建筑整体风貌、艺术风格，以及维持其原始色彩等，对于探究其历史发展特征、展现民族文化及文物保护传承具有重要作用[8]。时代变迁、自然环境、城镇现代化等因素加速了古建筑的老化与损坏，因此，我国古建筑保护面临较大挑战。针对当前古建筑保护的严峻形势，我国加大了对古建筑的保护力度。随着国家政策推广力度的加强，已有学者开始探究BIM技术在古建筑保护中的深化应用和持续发展。

基于此，本文依托中国知网文献数据库，以“BIM技术”“古建筑保护”为关键词进行检索，剔除无效文献后，得到2001—2022年BIM技术与古建筑保护相关文献数量变化趋势图(图1)。主要包括两个阶段：第一阶段为BIM技术应用的探索阶段；第二阶段为BIM技术应用的快速发展阶段，呈现出发文量激增的特点。

图1 BIM技术与古建筑保护相关文献数量变化趋势图

1.3 古建筑BIM模型构建流程

BIM技术能够将古建筑的外观信息数据转变为三维空间数据，通过融合其他技术手段，分析古建筑的地理位置、结构材质、外观纹理等信息；结合古建筑相关文献资料，建立古建筑专属数据库；通过数据库提炼有效数据后，利用BIM技术和相关软件建立精细化古建筑三维模型，达到可视化、参数化、协同管理的目的，为古建筑保护与修缮提供科学依据。古建筑BIM模型构建流程如图2所示。

1.4 应用价值分析

1.4.1 数字化留存

通过三维激光扫描技术进行古建筑数据测量，获取古建筑内外部以点的形式输出的大量点云数据，结合摄影测量相关技术在BIM软件中复刻出古建筑实体模型，将古建筑以数字化的方式进行留存与搭建。相较二维平面图形，BIM软件中的古建筑三维立体模型更加直观、全面，便于从多个角度观察古建筑构造细节，掌握古建筑信息。同时，利用GIS技术的空间分析功能对古建筑周边地域实施科学规划，提高古建筑保护的整体效果。

1.4.2 精细化施工

基于古建筑BIM模型对修缮和改建工程进行施工模拟、碰撞检测及技术交底等，便于对施工过程中的质量、安全进行控制。储存在古建筑模型中的信息数据能够为古建筑修缮和改建提供精准的尺寸、结构、材料等信息。针对建造工艺复杂的古建筑模拟修复，可借助古建筑数字化模型进一步对比细部残缺，制订更加合理、细致的修缮方案。利用BIM软件的施工模拟功能编制施工进度计划，实现古建筑修缮和改建施工的精细化进度管理。

1.4.3 协同管理

古建筑保护的参与方众多，如政府文物保护部门、施工单位及相关专家等，因此在古建筑保护中存在信息不畅、沟通效率低等问题。依托古建筑BIM模型建立协同管理平台，实现古建筑数据信息的同步修改或访问，便于参与方沟通交流，提高工程效率，及时掌握古建筑动态情况，避免信息不畅的问题。

2 基于PEST的BIM技术在古建筑保护中的宏观发展环境分析

2.1 政治环境

2.1.1 优势环境

我国政府一直保持高度重视和支持古建筑保护工作。在国家层面，2021年9月，中共中央办公厅、国务院办公厅发布《关于在城乡建设中加强历史文化保护传承的意见》，强调要将古建筑保护工作放在首位，建立由古建筑保护对象和古建筑保护管理制度两部分有机融合的城乡历史文化保护传承体系。2021年11月，国家文物局发布《大遗址保护利用“十四五”专项规划》，各省、市、地区也相继出台了“十四五”期间古建筑保护办法。在地方层面，2021—2022年，国务院陆续批复江西省九江市，安徽省黟县、桐城市等地列为国家历史文化名城，提出要保护好文物并加强历史建筑修缮保护，鼓励文物保护单位开放利用，充分发挥历史建筑的使用价值。2021年8月，住房和城乡建设部发布的《历史建筑数字化技术标准》有效推动了古建筑保护的数字化发展，也为BIM技术在古建筑保护领域中的应用提供了政策支持。

2.1.2 劣势环境

一方面，我国古建筑保护相关法律法规无法适应当前古建筑精细化保护的实际需要[9]。虽然我国逐步建立了古建筑传承与保护的制度规范，但是缺乏针对古建筑保护的具体法律条款，如仅在《中国人民共和国文物保护法》等法律法规中对古建筑保护进行了说明，或仅有一些地方性的古建筑保护条例或管理制度。法律条文更新缓慢，导致我国古建筑法律法规难成体系，各地方政府出台的古建保护操作细则等也缺少详细的指引和支持。

另一方面，BIM技术在古建筑保护中的应用和发展缺乏相关标准、规范的制约和引导，政府及相关部门未能充分认识并发挥其优势与作用，因此，BIM技术在古建筑保护应用中发展所需的政策支持不足。

2.2 经济环境

2.2.1 优势环境

改革开放以来，随着我国社会经济的快速发展，政府对于古建筑保护投入的资金逐年增加。财政部科教和文化司统计数据显示：2021年，文物保护的财政支出高达63亿元；2022年，文物保护资金预算较上年增长约5000万元。各级地方政府也相继拨付专项资金支持古建筑保护工作。

由于古建筑本身是稀缺的旅游资源，其本身的旅游收入为古建筑保护提供了资金保障。而将BIM技术应用于古建筑保护，能够节省人力、物力、财力，有效缩短古建筑修缮、改建周期，将古建筑的资源价值发挥到最大，促进旅游产业及相关产业的发展，对经济发展具有反哺作用。

2.2.2 劣势环境

目前，我国仅有少数院校开设了古建筑保护相关专业，招生规模较小且毕业生数量有限，掌握BIM技术并符合要求的复合型人才更加缺乏。在人才培养方面，需要投入的成本更高，仅依靠旅游业经济效益不足以建立更加规范化的古建筑保护人才市场机制。

古建筑修复后产生的经济效益主要来自旅游业营收，但运营周期较长，且受季节、天气等多种因素的影响，因此，高成本的投入和不确定的收益导致投资回报率有限，进而制约了古建筑数字化保护的体系化发展。

此外，当前古建筑维护人员对BIM技术的了解程度较低，较难设计出遵循古建筑修复原则的保护方案，导致古建筑被过度保护或二次伤害的概率增加。因此，需要在较长时间内持续投入大量资金，发展更加智能和易于使用的BIM技术平台，培养古建筑保护的数字化专业人才，实现各项资源的有效整合。

2.3 社会环境

2.3.1 优势环境

随着居民收入水平的提高，居民消费能力显著提升，消费观念也随之改变，消费重心逐渐转向第三产业。随着人们文化需求的日益增长，古建筑游览项目成为文化产业乃至整个第三产业的重要组成部分，因此，古建筑保护受到社会及媒体的广泛关注。

近年来，民众与相关社会单位对文物及古建筑的监管保护意识日益增强。将BIM技术应用于古建筑保护，能够有效保存古建筑的原本风貌，还原古建筑自身文化特征，包括材料工艺、地域特征及人文价值等，从而更好地满足社会各界对古建筑文化的需求。

2.3.2 劣势环境

当前，对于古建筑保护的宣传未能达到理想效果，社会层面对古建筑保护的自主意识较低，没有充分认识到利用数字化技术进行古建筑保护在古建筑整体性和还原度等方面的优势，导致BIM技术应用存在信息不全面的问题。此外，存在拆除古建筑转而建设其他较高收益性设施的现象，不利于BIM技术在古建筑保护中的持续应用。

2.4 技术环境

2.4.1 优势环境

目前，BIM技术在建筑领域得到广泛应用，极大地推动了我国建筑领域的技术创新和行业发展。BIM技术能够整合古建筑信息并建立完整的建筑信息模型、支持模拟施工及全生命周期管理。同时，BIM技术支持古建筑信息模型共享，提高了古建筑保护的效率和精度，也为古建筑保护提供了新的有效手段。

近年来，三维激光扫描技术、摄影测量技术、VR技术和GIS技术在建筑领域的应用，为BIM技术应用于古建筑保护提供了信息获取和信息展示方面的技术支持。

2.4.2 劣势环境

BIM技术通常应用于古建筑保护的中间环节。前期需要三维激光扫描技术、摄影测量技术等提供支持，后期才能在古建筑保护中发挥指导施工、要点控制等作用。从技术应用现状看，相关结构构件命名标准体系和编码规则等缺少统一规划，不同的软件需要重新编码设计数据接口才能够实现关联。因此，各项环节之间无法形成规范化衔接的问题制约了BIM技术在古建筑保护中的应用和发展，也增加了BIM技术在古建筑保护中的应用难度。

3 BIM技术在古建筑保护中的应用策略

基于以上PEST分析，从政治、经济、社会、技术4个层面提出应用策略，具体分析如下。

3.1 完善法律体系

由于古建筑的保存程度、物质构成及所处客观环境的不同，政府及相关部门应认识到BIM技术在古建筑保护中的优势，制定相关规范引导BIM技术在古建筑保护中的应用。

此外，为了消除地区城市化建设工程对古建筑保护工作的影响，应出台针对古建筑保护的法律法规，建立古建筑保护的监管机构。法律的出台能够为各省市制定相关政策提供指引，实现古建筑的级别、重要程度和保护手段等信息一一对应，促进古建筑相关法律法规的体系化发展，指导和规范古建筑保护工作。

3.2 加强专业技术人才培养

首先，应认识到培养古建筑保护专业人才的重要性。通过在高校开设BIM相关的软件学习课程和古建筑修复相关课程等，制订古建筑保护BIM特色化专业培养方案。同时，针对古建筑修复技术专业人员缺失的现状，鼓励职业技术学校开设古建筑保护相关操作课程，培养修复技术扎实的专业人才。此外，院校间可以举办BIM技术交流研讨会，聘请专家进行专业知识讲授及组织全国性建筑信息建模比赛，并通过设置与古建筑保护相关的BIM科研机构，加大对BIM应用技术的开发力度。

其次，加大古建筑修缮专业人才相关优惠政策力度，给予专业人才工作保障，避免人才流失，进而推动BIM技术在古建筑保护中的发展。

最后，适度开发利用古建筑相关旅游资源。通过相关部门的正确引导和科学规划促进古建筑旅游业发展，将旅游收入合理投入古建筑修缮保护与BIM技术人才培养，实现古建筑保护的可持续发展。

3.3 提升古建筑保护意识

首先，将古建筑保护知识教育落实到各大中小学，树立青少年文物与古建筑保护意识，结合普法宣传，明确法律责任义务。

其次，政府相关部门联合古建筑保护相关企业或协会举办BIM技术与古建筑保护专题论坛和讲座，宣传前沿的古建筑保护理念和技术，增强古建筑保护企业之间的交流，提高应用BIM技术进行古建筑保护的理论水平。

最后，提高古建筑保护的全民参与度。通过网络竞赛、线上直播等新媒体宣传方式及数字化古建筑展览，结合虚拟现实技术，选取经典的古建筑保护案例，让游客沉浸式体验古建筑环境，身临其境地感受古建筑的历史价值与艺术价值。通过数字化模型再现古建筑的独特魅力，激发公众对古建筑的保护意识，形成古建筑保护公众监督机制。

3.4 打破技术壁垒

古建筑领域的技术完善不仅需要行业内形成共识、行业间互相助力，还需要一定的资金投入。首先，古建筑保护与建筑材料产业、信息技术产业、文化旅游产业等密切相关，政府相关部门可以制定统一的古建筑修缮与保护标准，通过政策引导形成清晰的工程标准与验收要求，进一步推动各地区古建筑保护产业的发展。

由于古建筑保护的特殊性，在应用BIM技术时，应统一数据协议，出台模式化的应用规范，解决构件信息数据格式的兼容性问题。例如，由政府有关部门牵头，相关行业协会积极参与，探讨BIM软件中古建筑构件族标准化问题，实现修缮与保护中的构件属性信息的关联互动。再如，完善不同软件的数据接口，打破各项技术之间的衔接壁垒，并制定古建筑保护数字化技术应用的规范，确定各环节的技术应用范围及标准，完善古建筑保护数字化技术应用的统一流程，推进古建筑保护中的BIM及相关技术模式化发展。

4 结语

现阶段，我国古建筑保护面临严峻挑战，急需建立基于BIM技术的古建筑保护新模式。本文总结了BIM技术在古建筑保护中的应用价值，并以宏观环境为基础，从4个方面分析了BIM技术在古建筑保护中的优势和劣势，并从完善法律体系、加强专业人才培养、提升古建筑保护意识、打破技术壁垒4个方面提出BIM技术应用策略。

今后，应积极探索BIM技术在古建筑保护中的规范化操作流程，完善相关标准规范，形成国标、省标等系列文件；改革传统培养模式，积极推进网络在线课堂等多源化的教学形式，扩充掌握古建筑知识与BIM技术的专业人才储备；推进古建筑数字化展览，继续探索VR、3D打印等技术与古建筑保护工作的融合；突破三维扫描、BIM等技术屏障问题，在统一数据协议、古建筑构件族标准化的基础上，实现各产业协同发展。