基于BIM 的古建筑内部构件透明模型研究

苗 壮 刘亚红

（1、西安科技大学，陕西 西安710054 2、北京中勘迈普科技有限公司，北京100000）

作为世界四大文明古国之一, 祖辈们以勤劳和智慧的双手为我们这些后辈子孙留下大量珍贵宝贵的古建筑, 这些包含重要的历史信息的古建筑不仅仅是我们遮风挡雨的场所，还传承着所有民族、不同区域、不同宗教信仰的精神和智慧，蕴含着醇厚的历史价值、人文价值和科研价值。

古建筑自建成之后就开始承受着不同程度的破坏和侵蚀，为了尽量减少古建筑以及古建筑技术的泯灭。新中国成立之后，随着国人对古建筑保护思想萌芽，一大批古建筑学者开始对古建筑进行测绘，手工绘制纸质图纸，用于保护修缮古建筑和对古人建筑技术思想进行保存。但由于社会科技的快速发展，手工绘制图的不利于保存性并不能云平台共享，以及可视化程度低问题暴露出来，故之前纸质手工素描图纸已经接近淘汰。BIM相对于纸质手工素描图纸正好弥补其所有缺点，BIM不仅对于建筑可视化程度高，并具有信息整合的能力。

目前对于古建筑建立三维模型基本都是表面三维模型，表面三维模型是带有表面渲染的模型。当前古建筑表面三维模型数据来源基本来自于三位激光扫描点云，三维激光扫描由于扫描盲区，并不能清楚表达古建筑构件以及构件连结性的细节。透明三维模型能很好表现古建筑构件及构件连接的关系，对于古建筑研究构件具有很大意义。

1 相关理论基础

古建筑是指具有历史意义的建国之前的民用建筑和公共建筑，其包括民国时期的建筑。古建筑最显著的特征木头框架结构，除了古建筑的基座，其余全是木头组成的框架式架构。因古代无金属构件技术进行构件的连接，致使古建筑中构件的结构最复杂。

建筑信息模型，简称为BIM。BIM技术是一种应用于建筑的数据化工具，能对建筑数据和信息化模型整合。BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化型四大特点。

随着当代科学技术的不断发展，BIM技术逐渐被应用到古建筑模型信息中，很好解决了古建筑修复、保护与扩建的问题，从而使得建筑中的构件信息得以永久保存。目前，我国古建筑保护应用BIM技术主要体现在:记录古建筑生命周期的信息、古建筑三维整体模型与局部模型的建立等方面。由于我国古建筑的数量巨大性、结构复杂性，必须加强数字信息化研究，利用BIM技术来保护和传承珍贵的古建筑信息。

透明三维建筑模型按建筑物视觉表现来可分为外透明三维建筑物模型和内透明三维建筑物模型，外透明是建筑的外表特征的一种表现，通过外透明可以清楚的看到建筑物的外形特征和建筑物的内部结构特征，建筑物外透明是人们视觉上一种直观性的表现；内透明是将三维建筑物模型与其他信息系统结合起来，可以实现对三维建筑物内部的结构查询，实现建筑物室内外可视化浏览。

2 透明模型建立及透明模型优势

古建筑测绘的意义主要是保护古建筑以及用于修复古建筑，故必须保持古建筑的原型精确性。因保证数据准确性，故对古建筑都应精确测量，虽然三维激光能大规模能测量整体古建筑，但不能精确表达横梁立柱构件之间的连接性，以及构件的内部构造，并会存在一定的扫描盲区，所以采用最传统的测量方法，例如全站仪、人工尺量等方法，以保证数据的最准确化，达到古建筑建立电子档案的初衷。

（1）01、根据全站仪以及手工测量的数据在导入AutoCad 数据以及人工按照草图勾绘古建筑构件特征线继而生成平面设计图以及立面图。02，使用BIM系列中revit 软件根据二维平面设计图特征曲线以及立面图实现三维模型的建立。03，对三维模型无渲染进行透明处理。

（2）创建一个构件“族”的概念。中国古建筑构件大部分都是年轻人从老辈人身上传承下来，故一般构件大部分几何模型一致，在BIM系统中设置构件的“族”就显得特别有重要性。之后创建三维古建筑模型时需要此构件可直接从BIM“族”中提取。在revit 软件中新建公制结构框架，导入构件CAD 平面设计图、立面图，利用移动，拉升，连接、旋转等命令，制作构件“族”，之后赋予三维模型属性信息，最后保存至“族”。

（3）透明建筑物三维模型具有可视性、层次性、真实性、查询分析的特性。透明模型对于古建筑保护，还原，监测的重要性显而易见。现阶段基本都是古建筑仿真三维模型建立，进行渲染，专注于整体真实模型。本文专注于古建筑复杂构件之间的连接专题三维模型，之所以用透明三维模型表达，是由于古建筑没有现代金属构件来固定其稳定性，构件连接内部有相应的部位能使构件完美的结合。下表为传统三维建筑物模型与透明三维建筑物模型的比较。

表面三维建筑物模型与透明三维建筑物模型的对比

图1 构件分离图

图2 古建筑透明模型图

图3 表面模型图

图4 族透明模型

图5 族表面模型

3 结论

在数字化今天，古建筑的纸质图纸以不能完全满足古建筑的保护、还原、检测的功能，只有建立古建筑的电子档案才能实现古建筑的保护、还原、检测。并BIM相对于二维CAD 具有信息分析的优点，可视化增强。本文最大缺点是方法对于整体建筑工程量大，但基于BIM的古建筑内部构件透明模型表达能很好表达古建筑局部构件内部的具体信息，相信对古建筑研究行业有很大意义。