王 茹 张 祥 韩婷婷
(西安建筑科技大学土木工程学院,西安710055)
我国现存古建群数量巨大,其保护工作需大量人力物力财力,BIM技术的引入可提高古建保护工作的效率,使古建保护工作更加科学合理。古建筑信息模型的建立可用Revit Architecture建模的方式完成[1],也可利用CAD二次开发技术,合理添加修改信息,完成信息模型的建立[2]。本文选用基于ObjectARX的CAD二次开发技术完成信息模型的建立,可较为自由的实现信息的添加修改[3-4]。将古建构件信息标准化,可实现古建构件信息库的规范化管理,同时标准化的信息模型构建完成之后,可将模型中的关键信息量化提取,以方便功能函数的建立,进一步发挥模型中的信息价值,使模型不仅作为一个信息平台,还可作为一个功能平台。
基于BIM的信息模型,作为信息平台,是BIM应用成功与否的基础。模型中存入的信息以设计功能有用性为原则,信息的存入以规范化的方式,信息的使用分为直接查看和量化调用两种方式。
该信息模型可选用相应BIM软件建立,本文选用基于AutoCAD平台,通过ObjectARX技术二次开发定制灵活添加信息的方法建立,如图1所示。
图1 古建筑信息模型设计平台的系统框架
古建构件模型——信息载体:在模型建立的基础上,cad环境中,对模型进行添加、读取以及修改相应信息。该算法的核心是利用扩展数据存储古建筑构件信息选项卡和每个选项卡中的字段信息,利用扩展字典来存储古建筑构件的所有信息,这种存储结构方便信息的写入、读取以及修改,并且可以实现信息的扩展功能,同时,模型与信息同在,可以方便我们对模型进行信息的读取,以及仿真分析及预定功能模块所需信息的直接调用。
信息被保存在实体内,与实体同生命周期,我们对实体的处理过程中,可以随时调用其上储存的信息值,方便快捷。
古建筑保护工作之所以困难,很大程度上在于古建信息的流失。古代建筑师们都是以经验相传,成文法典极少,造成了今天的科研工作者研究古建筑的工作极为困难,所以,信息留存是古建保护工作一项重要内容。据文物部门的统计,目前我国被列入保护的古建群有近30万处,每一座古建中又包含成百上千种类的零构件,每一种构件都有其独特的信息特征,古建保护及研究工作所需的信息量之大由此可见。
这些量大散乱信息的留存,不同信息储存方式之间交流困难,加上各种信息的交汇重复,错误及说法不一的情况,在信息时代的今天,迫切需要我们去进行优化梳理,以更精确快捷的方式使古建信息规范化,合理化,便于检索,便于调用研究。建立规范化的构件信息库,不仅可以解决这些问题,方便古建保护及研究工作,其意义媲美“工程做法则例”。
BIM应用成功与否需要有一个合适的标准,一套成熟的信息平台,一个完整的族库。在合适标准下建立的信息平台,便于管理,便于调用查看信息,方便应用。对于古建筑的BIM化保护来说,对古建筑构件信息平台的构建即为将古建构件信息合适的标准化。
由于我国古建筑的复杂性,古建筑信息的标准化,优化精简且又力尽详实,可以使得人们更高效实用地保存我国古建信息,以便信息的再次利用。信息标准化,整体上可依据调用该类信息的特点或预设功能函数的需要,以有用性为原则,根据信息的主次及逻辑性进行标准的制定,信息依照制定的标准添加入模型保存。个体上以构件作为基本单元来进行信息的标准化处理,古建构件信息的整理是使其规范化的基础,从典型明清古建筑及其构件再造的角度去研究记录其再造过程所需的信息。以坐斗构件为例,其标准化信息如图2所示。
图2 以坐斗为例的标准化信息
在信息模型的基础之上,需要的时候对其信息进行提取及量化以满足特定功能函数的需要,是古建构件信息规范化的目的之一。
古建构件信息中蕴藏着我国古建的构造规律,受力机理,构件制作与其施工及保护方法的合理性等这些与古建保护及研究工作密切相关的问题。要解答这些问题,就要对规范的古建构件信息进行关键信息的提取,部分关键信息进行量化处理,以便得出直观的数值表达。这是在规范化信息的基础上对古建信息的进一步应用,同时把信息功能化,模块化也是利用现代计算机的思想更有效地解决古建研究保护工作中的实际问题的方法。
虽然,现今各种CAE技术的日渐成熟,使我们可以完成大多数古建单个问题进行一定精度的分析求解,但是各种软件技术之间相对独立,相互间信息交流困难,在规范化的信息提取量化之后,对这些已有技术及预定实现的功能模块进行整合,以形成一套古建研究保护管理的综合解决方案,具有重要的现实意义。
古建信息数据及信息值储存于模型数据库的字典中,位置确定,根据功能函数的需要,对其进行调用提取,作为关键信息,但有些信息需要进行量化处理,以便功能函数调用处理,从而以具体的度量返回我们对该项功能的直观评估。
图3 信息提取量化调用流程
信息的量化提取可分两步进行;一,关键信息的提取,对于存入构件中的信息,不同用户所需不同,相同用户使用不同功能所需信息也不相同,所以实现设计功能需先对所存入信息进行关键信息的提取,以满足特定需求。二,关键信息中非量化信息的量化,对于经济型评价,我们总想以直观的量作为评价指标,对一些非量化的文字信息,其重要程度足以影响评价的结果,必须予以考虑。
古建研究保护是一个系统工程,信息贯穿于始终,流通过程中的信息损失应降到最少,规范化的信息平台无疑具有极大的优势。信息的流通建立在目的性的需求之上,以目的性的功能需求来扩展建立古建信息的应用系统,更有针对性,可以更加有效地解决保护研究工作中遇到的实际问题。同时,系统具有可扩展性,系统的可扩展性使得我们可以在后续工作中不断完善其功能模块,同时提供一个大家共同开发的平台,从而建立一个不断完善的古建信息及其应用系统。如图4所示,通过基础的标准化信息,利用功能函数,可以扩展功能信息,这些基础信息与功能性信息共同构成了古建筑构件的信息主体,从而建立功能信息平台。
所有信息来源于古建筑构件,应用于古建保护研究,且在同一平台下的进行各种操作,使得信息的可复用性、通用性较强。同时这个平台可以汇聚古建研究工作的各种成果,并不断更新,从另一个意义上讲,这是古建科研保护工作者成果的一个交流平台,这也在一定程度上解决了现在古建研究保护工作者相互间联系能力弱,交流困难的问题。基于BIM的古建筑构件信息化管理系统平台的构建,以期作为古建构件信息的一种规范性质的信息库,为我们古建研究保护工作提供方便快捷的所需信息的技术支持。
图4 不断扩展的信息平台
本文提出了利用标准化的古建构件信息,基于BIM的信息重用技术,提取信息模型中的关键信息,通过相关功能函数建立并不断完善古建构件信息平台的方法。古建信息的整理建立在大量工作基础之上,信息的不断扩展是一个持续的过程,需要大量专业人员共同的努力,并且信息的标准还有待优化,使其在不断改进的过程中趋于合理。
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