BIM 技术在古建筑保护中的应用研究

刘飞，詹秦川

（陕西科技大学）

1 引言

自我国工程建设行业引入BIM 技术之后，在各个大型公建等比较复杂的项目中的应用取得了一致好评。但在历史古建筑的保护领域，BIM 技术的应用仍处在初级阶段，存在大量的研究空白。利用BIM 技术在对历史建筑修缮上展开对历史建筑测绘，对历史古建筑的现状予以记录。通过详细的定量研究，利用虚拟复原技术对历史建筑的保护不再是遥远的梦想。

2 古建筑的历史意义与保护现状

2.1 古建筑的历史意义

中华是具有五千年的历史沉淀的文明大国，在五千年的时间里建造了无数的建筑物，如今已经成为具有历史意义的文化古迹，这些历史建筑物承载了几千年的历史文化和人类一代又一代的变迁，留下了许多城市发展的痕迹，是每座城市的真实载体。文献中的记录无论有多么生动形象，也不如历史上真正遗留下的具体信息更具有直观性的感受。所以对每一处的历史建筑物都要进行各个方面的了解，结合现代数字化技术和计算机技术，建立古建筑的信息模型数据库，在BIM 技术应用的平台上，才能对其原本拥有的独特样貌进行传承与修复，经过对古建筑物的保护和保证其安全的融合。进而达到实现历史古建筑物对城市记忆的保留和承载。

2.2 目前古建筑的保护现状

历史建筑的保护由之前对建筑物的简单保护上升为对建筑物的文化和历史故事的保护，从单纯的保护建筑物本身发展到对非物质历史文化的保护。然而过去学术界对历史建筑的概念定义比较模糊，没办法使用科学技术达到有效果的维护和对历史建筑物样貌的复原。现存的一些存储资料也不能将这些历史建筑物的真实样子展现出来，能用上的资料过于少，而用影像的方法记载又无法获取准确的尺寸，而且在实际中关于古建筑的文案记载较少，使其恢复原本的面貌变得越发困难起来。

3 BIM 技术在文物古建筑保护方面发挥的可行性

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)是一个从规划、设计、施工到管理各阶段统一协调的过程，是把使用标准的理念转换成相应数据的操作软件，使用可以将任何连续变化的输入如图画的线条或者将声音信号转化为一串分离的单元，来建设物体的功能特点，是一种共享的资源，可以为整个项目不同的决定提供靠谱的依据。由于古建筑信息采集方法的局限性，更能体现BIM 技术的优势。掌握古建筑的信息之后，就可以使用BIM 技术按照历史建筑物的真实尺寸，来制作出一个按照原本建筑物1 比1 的模型，这样可以将历史建筑物的真实样貌和其故事传承的历史信息显示出来，将现代化的电子信息技术手段与BIM 技术相融合，开展古建筑数字化保护和传承研究的数据平台，各种历史文物古迹的外貌、形状、地域和它具有的历史文化价值，都可以在数据平台上展现。方便科研工作者对于历史古建筑的维护和管理，使用计算机利用软件模拟三维形状而且可以记录古建筑的真实尺寸。

4 通过BIM 技术实现保护古建筑的途径

4.1 历史建筑物的信息收集

古建筑物的资料采集，可以分为两个部分，一部分是对实体建筑的信息资料收集，还有对其所承受的历史文化故事进行收集。实体建筑的信息是指建筑物的实际样貌、尺寸和方位朝向等。可以使用三维激光技术进行全面的扫描，来建立历史文物建筑的表面点云数据，获取需要的表面点云数据后，对收集到的所有数据进行集中处理，然后得到一个准确的建筑物模型。历史故事资料信息又可以叫做属性类信息，其中包括了建造建筑物的时候使用的材料和工艺，历史建筑物能够很好地呈现以前的地方特征和人文社会拥有的价值[1]。历史文化故事信息获得的途径相对麻烦，需要到实地去观察记录或者是去找相关的文字记载，最后通过整合分析，整理出建筑物的属性信息。

4.2 BIM 建构模型的含义

属于模型概念的BIM，不仅仅是以往的3D 形态，它是在2D 原本的图形上增添了更高的几何形信息，但还是几何的性质。当BIM 是模型时它的概念有五大特点，分别是可以看见的、可以模仿现成的、可以搭配得适当的、可以改变的更加优异的。它不仅有3D 几何形状的资料，也包含了项目设计从开始到结束整个过程的有关信息，如4D、5D 到n D 的有利作用。因为施工的日期需要合理安排，所以在3D 原本的基础上加上4D 的时间当做考虑条件，这样还可以掌控项目实施工作起来的进度。对于工程造价想要实现精准的掌控则需要3D之上的5D。对于建筑物的舒服程度和功能性进行模仿和分析需要将BIM 的应用开拓到n D 上，以达到社会大众和用户方对建筑物可持续发展的要求。n D 是把建筑物的进展程度、成本价格、节能和性能分析等比较全面的信息放在一起。BIM 模型的功能性和几何性较强，还可以把施工方、设计方还有管理方三者的信息来源一起共享。

4.3 实际属性信息录入

BIM 技术的历史文物建筑数字化保护是通过三维激光技术扫描建筑物表面，并将扫描数据传送到数据库中，通过导入BIM 的软件就能建立出所采集到的三维模型。也可以根据我国对历史建筑物的保护要求，对相关软件进行设置。历史建筑物的年代和材料，还有其损坏的程度，现在保存的情况和表面具有的划痕、复建记录等都可以收集在数据库中。模型建好之后还能在建立的虚拟模型中录入实际建筑的测绘图、照片、周围环境信息特征、相关的历史文献、修缮记录和管理部门信息等，还可将现存的历史影像资料导入，这样可以再现出相对完整、虚拟的建筑物景象[2]。BIM 建构出的可视化、交互式的资料共享平台，对历史建筑物的维护和传承历史价值有着极其重要的意义。也方便了从事古建筑物维护的工作人员可以及时的掌握建筑物的动态和维护的工作。

4.4 三维模型的参数化设计在古建筑保护中的意义

古代文明的载体是古代建筑，为现代人们研究封建社会的政治、文化以及当时的军事、民风等方面提供了资料。由于现代社会发展迅速，所以更加要注意对古建筑的保护，现如今信息时代高速发展，人们应用高科技的测量技术制作了三维模型，虽然能够给人们一个直观的印象，但是模型类大多数也只能做效果图或是动画，模型中无法体现工程的信息[3]。如果在建立三维模型时添加参数化的设计方法，就能够将古建筑的所有信息录入进去，例如模数、规则等信息。不论模型怎样变化，古建筑的内在规律是不会变的，这样模型不仅可以满足直观的视觉需求，内部结构和参数也会一目了然，如果后期需要修改模型时，古建筑中各类构件的空间位置与构件尺寸会随着改动而发生相应的变化，这种变化是符合古建筑的模数与空间关系的，这种约束关系能够起到驱动模型的作用，是通过计算机提取自动完成的。所以建立三维参数化模型，不论是在施工还是设计，都相当的便捷。

5 结语

自从改革开放以来，对历史建筑的保护是我国一直在做的，随着历史建筑保护发展越来越复杂，传统的历史建筑保护方法己经无法满足现阶段的时代步伐。在技术方面遇到层层阻碍，古建筑保护工作人员之间互相协助能力比较差，对数字技术手段和信息管理方法也比较缺乏。BIM 技术经过各种不一样的建筑模型类软件和分析类的软件来完成对建筑物的功能模仿、设计绿色环保建筑的指标、可持续发展建筑、施工优化等更好的开展保护古建筑[4]。通过将现代化信息技术手段相融合，来方便快速的建立一个历史文物建筑的三维动态模型，建立了历史文物建筑的科技技术信息资料库，支持了对历史古建筑物的恢复建成和历史意义的传承，更好的保护了历史古建筑物。