建筑信息模型（BIM）在古建筑维护阶段的应用分析研究

王昊， 粘海宁

（1. 秦皇岛职业技术学院；2. 恒万实业有限公司）

1 引言

近年随着经济和技术的飞速发展，建筑行业转型升级加快，新技术更新迭代，BIM 技术脱颖而出。通过最先进的3D建模和可视化技术，实现项目全生命周期的协同应用，解决项目在设计、施工、运维中的诸多难题，降低工程建设成本。其发展势头迅猛，在建筑行业得到广泛应用，在国外正逐步取代CAD等2D 制图模式，在国内的地位也逐步提升[1]。BIM在常规建设项目中应用已经趋于成熟，但在古建筑的维护应用相对较少，这是BIM 技术应用的一个研究创新点。

2 我国古建筑维护中存在的问题

2.1 我国古建筑维护现状

古建筑容易受到破坏和损毁，这对我国传统文化是很严重的损失。如何在现代建筑大环境下对古建筑进行维护是一个亟待解决的问题。BIM技术作为数字建筑的核心，肩负的责任艰巨重大。早期建筑数字化技术不成熟，只能通过传统的施工和测量手段获取相关数据导入计算机设备完成基本模型的创建，虽提供了一定理论基础但由于受限于建模技术，无法保证数据的精准度和模型的可操作性。现阶段的BIM（建筑信息模型）技术更加成熟，可以更好地保证数据的准确性和信息的完整性。

2.2 BIM技术在我国古建筑建模和维护中的重要意义

BIM 技术在我国古建筑的建模和维护中，具有重要的意义。从理论角度来讲，现阶段国内BIM 在古建筑中的应用相对较少，针对这个方向的研究可以填补现阶段国内的理论研究空白[2]。

研究BIM 技术在中国古建筑维护应用，从现实角度来讲具有以下几点重要意义。

①通过BIM 技术在应用过程中的具体状况，总结古建筑建模维护中的疑难问题和解决方案。

②对古建筑文化传承起到推动作用，采用先进的BIM技术，保证相关数据信息的完整准确性，真实还原其建筑结构特点，客观反映其建筑风格和建筑文化。

③通过BIM 技术，保存古代建筑的数据和信息资料，为现代仿古建筑的设计施工提供更可靠、更权威的数据资源，使未来的仿古建筑项目建设有迹可循，不再盲目。

3 基于BIM技术的古建筑建模实施

3.1 基本信息资料获取

该建筑建模侧重土建部分，即建筑和结构部分，在建模实施前应当收集完备的数据信息，古建筑由于历史年代久远，一部分数据信息缺失，须对其进行测绘获取尺寸等信息。尤其对于上百年甚至上千年的殿阁型木质结构建筑，须对其建筑比例和尺寸作出分析。与常规建筑物不同的是，古建筑除了需要对常规构件进行建模之外，关键在于特殊族的创建[3]。

3.2 族文件创建

古建筑中存在大量的屋脊、枋、檩条、瓦当、鸱吻、斗拱等特殊构件，这一类构件我们称之为特殊族。因其形式各异，且曲线弧线居多，族的参数化和创建难度更高，有时需用体量加以辅助。使用REVIT 对构件和族的属性进行调整，对新建族赋予不同的材质属性和颜色。软件包含大量的材质库，在建筑部分主要分为外观材质和物理材质，可以调整构件外形的反射率、凹凸程度、透明度、渲染程度等参数，但不具备物理属性。物理材质库中所选材质除了基本外观属性，还包括材料型号、热传导率、比热、密度、渗透性等物理属性和机械属性，为模型后期使用时提供准确的参数信息，可应用于碰撞检查、能耗分析、计量计价和成本控制等环节。

4 基于BIM 技术的古建筑维护应用分析

4.1 构件族参数标准化

建筑构件族参数标准化主要包括族编码标准化、族名称标准化、材质属性信息标准化、族类别标准化等。须建立构件结果缓冲区列表，并确保族名称的完整性和独立性。建立数据库规范材质的物理信息和外观属性。规范构件族的类别，以本建筑为例，主要涉及屋脊、斗拱、梁架、柱台等族类别的标准化创建，斗拱样例族模型见图1所示。

图1 REVIT界面下斗拱构件样例族模型

BIM软件典型优势即可对新创建的古建筑构件族作参数保存，插入或链接到下一个建模应用中，以提高工作效率。

4.2 BIM模型3D可视化应用分析

4.2.1 可视化应用加强

SKETCH UP 和3Dmax 都可以实现虚拟3D 可视化，但是古建筑涉及构件族种类众多，参数信息烦琐，对建筑的运维等应用存在一定局限。模型可以更好地解决上述问题，有效防止信息缺失和信息链断裂，见图2所示。

图2 渲染前模型细部构造着色状态模拟

4.2.2 虚拟可视化设计分析

通过采用BIM技术，对古建筑整体建筑风格、建筑布局、材质颜色、细部构造进行深度分析和还原，再利用漫游等动态视频加以辅助，更加直观和多角度地反映某细部构造的做法，便于优化施工方案，加强建筑构件维护。

5 BIM技术辅助古建筑工程维护实施

5.1 施工方案动态模拟

在已创建3D建筑信息模型的基础上，动态分解施工环节甚至施工工艺的流程，针对古建筑维护常出现的施工重难点或技术问题，作出详尽的施工模拟和数据分析。甲方对已制定施工组织设计进行建设预演，对施工方案和进度进行调整完善。该古建筑维护的重难点是时间节点和施工工艺的掌控，通过BIM 进行施工方案的动态模拟和方案优化，提升了项目实施的安全性和可控性。

5.2 工程灾害分析模拟

将模型导入特定灾害分析软件中，针对各类灾害进行模拟，对各种突发状况进行分析模拟，利用BIM完善灾害应对措施，制定救援方案，提升救援效率。比如救援车辆和救援方式的选择，救援道路布置和场内协调疏散，对建筑内已有文物如何快速有效转移等诸多应急方案，利用BIM 模型为救援单位提供详尽数据信息，可以在有限的时间内协助消防、抢险、医院等救援单位紧急制定救援方案，避免最大损失。

5.3 BIM技术和古建筑工程维护的有机结合

如何处理好新技术和建筑维护之间的关系，实现二者的有机统一，将直接影响到方案可行性和维护效果。采用BIM 技术，是一个将古建筑从实体转换为建筑信息模型，再利用参数化的建筑模型，辅助制定各类方案和实现工期成本控制的过程。采用数字化手段，对古建筑的相关数据信息进行记录保存，将对古建筑的研究和保护起到重要作用。

6 结论与展望

6.1 结论

6.1.1 建模分析

以河北省内某古建筑为例，通过使用BIM 软件REVIT，构建古建筑3D 可视化模型和各类族模型，对特殊构件族建模作出分析，通过实际应用，体现出BIM技术在古建筑建模中的优势和特点。

6.1.2 应用分析

本文对BIM技术在古建筑维护中的应用效果作出分析，主要包括场地环境、可视化应用、施工模拟、灾害模拟等。对亟待解决的古建筑维护领域的问题提出了应对措施。对同类古建筑的建模维护应用起到了推动作用。此外，本文对仿古建筑的建设有重要的借鉴意义。

6.2 不足与展望

本文通过BIM技术对河北省内某古建筑进行建模分析应用。展示BIM技术在古建筑建模和维护中的重要作用。但由于古建筑维护工程本身涉及多专业、多学科，尚有进一步研究空间。主要有如下2点。

1）建模参数化待完善

建模过程中获取和生成的大量数据信息，对于这些信息保存和完善的工作量较大，由于建模时间问题，建模过程中有些构件的数据只能保证其准确性，但是未能导入参数化。今后需要进一步完善模型和构件参数化，利于提升同类族的建模效率。

2）建模应用待加强

BIM 技术在建筑异形结构处理中，古建筑构件细部构造出现异形的概率非常高，对于这一类异形构件的建模相对复杂，在模型导入分析应用的时候易出现问题，需进一步研究。

总而言之，BIM 技术是建筑行业内非常实用的新技术，在古建筑中的应用中体现强大优势。但BIM 技术只是一种项目建设的辅助手段，不管是在现代建筑还是古代建筑中，其终极目标都是工期、成本、安全控制和风险预判。只有将BIM 技术和工程实践应用深度融合，才能实现方案的最大优化。