基于建筑信息模型的历史建筑保护数据库建构

毛建东 河北八方锦秀工程设计有限公司，遵化 064200

历史建筑是一个城市的珍贵遗产，它们承载着城市的历史记忆，具有不可再生的历史价值、文化价值、艺术价值和科学价值。加强历史建筑的保护和合理利用，有利于展示城市历史风貌，保留城市的建筑风格和文化特色，是树立文化自信的一项重要工作。习近平总书记指出，要保护弘扬中华优秀传统文化，延续城市历史文脉，保留中华文化基因。要保护好前人留下的文化遗产，包括文物古迹、历史文化名城名镇名村、历史文化街区、历史建筑、工业遗产以及非物质文化遗产，既要保护古代建筑，也要保护近代建筑，既要保护单体建筑，也要保护街巷街区、城镇格局。

BIM 在建筑行业已经得到广泛应用，BIM 的核心是通过在计算机中建立虚拟的建筑三维模型，同时利用数字化技术为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑信息库。我国很多学者做了相关BIM 的研究工作并取得了成果。例如，中国建筑科学研究院和清华大学合作进行的国家“十一五”项目“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”和“基于BIM 技术的下一代建筑工程应用软件研究”，这个项目注重于对于BIM 软件的应用研究，项目研发了一系列应用软件如基于BIM 技术的建筑设计、建筑成本预测、建筑节能设计、建筑施工优化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性评估等。另外BIM 技术在水立方、鸟巢等这些知名的设计项目上也得到了实际运用。

同样，BIM 应用到历史建筑保护过程中也是势在必行，随着三维激光扫描、GIS、虚拟现实、增强现实、信息化建模等技术的应用，信息化技术在历史建筑保护与管理中的运用越来越广泛。历史建筑综合信息资源库的构建对于数字化保护至关重要。BIM数据库不单单指几何数字，而是包含计算机能够识别的任何形式的信息，包含计算机能够识别的任何形式的记录、描述、统计、说明信息，包括具有尺寸参数的几何数据、建筑构件的物理数据、保护修缮的造价数据、施工工艺和工序的技术数据、相关工种的工人数据、建筑病害的现状数据等。这些数据可以包括几何数据、物理数据、经济数据、技术数据、工人数据、现状数据等内容（图1）。构建历史建筑数据库可以为建筑保护与修缮、信息共享交互提供数据存储的媒介。历史建筑的数据库包括历史建筑的几何数据库、档案信息数据库、修缮保护方案库等几个方面。

图1 历史建筑综合数据信息

1 历史建筑几何数据库

历史建筑的几何数据库是历史建筑的基本信息单元，它包括建筑本体的几何尺寸信息、所有构件信息、环境数据信息等，包括历史建筑精细建模三维建筑物模型、BIM 三维模型，包括建筑相应的内外部环境、建筑物内水、电、暖等相关图件。这个数据库基本上是以数据的方式呈现，既包括建筑的历史图件，又包括建筑的现状图件，它们对于判断建筑的历史损耗有非常重要的意义。历史建筑的几何数据库主要是基于历史图纸，并结合现状调查和数据分析得到的建筑模型。BIM 技术在历史建筑保护的实际工程中也得到了一定程度的应用，例如中国建筑设计研究院参与设计的北京故宫保护与修复、敦煌的数字化工程、上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司在上海玉佛禅寺修建与改扩建工程等项目均表明当前BIM 技术在我国历史建筑保护行业中前景还是非常广阔的。在这些历史建筑保护的实际案例中首先要输入几何数据，这些几何数据主要表达历史建筑的各个构件的具体尺寸模数、相对关系、构造方式以及建筑造型。这个数据库的构建过程一般是通过获取的历史图纸档案进行分析、输入和建模，但是如果历史图纸档案丢失则需要进行现场测绘。

2 历史建筑档案信息数据库

历史建筑的档案可以根据需要进行有效的分类，比如可以根据历史建筑的价值类型分为历史信息、艺术信息、文化信息、科学信息等。这个数据库的格式是多种多样的，根据相应的历史信息有相应的文件格式。历史建筑档案信息数据库的建立非常重要，它的建立可以避免下一轮历史建筑修缮保护时对历史建筑的档案的再次重复性查找工作。对模型中无法用数据进行表达，或是无法具体归类的信息给予辅助说明的内容。这些档案数据在传统的制图软件中是无法记录的，如历史建筑的历史信息、文化信息以及相关的背景信息等。但在BIM 中我们可以给予这些档案信息详细的记录，将建筑的图形和信息充分结合。

3 历史建筑修缮保护方案库

历史建筑修缮保护方案库主要包括建筑物修缮方案信息、相应构件修缮记录等信息。历史建筑随着时间的推移和人为的使用会造成一定的损耗，相隔数年再次进行维修是必然的。历史建筑修缮保护方案遵循的原则必须根据有关历史建筑保护的条例进行，具有一定的时代性，带上历史的烙印。历史建筑修缮保护方案库主要表达构件材料、残损病害情况和设计修复措施等，可以基于历史初建模型或上一次竣工模型，通过修改构件的阶段、病害情况和材料等属性，得到能够表达当前阶段构件缺失残损、结构异形、残损病害以及初步修缮措施等的数据库。历史建筑在和人类社会共存的过程中损耗和修缮是必然的，不同的历史建筑都有各自独特的个性，不同阶段修缮内容也会存在不同。因此需要根据历史建筑的现状进行仔细勘察并根据现有设计要求形成对应的保护设计方案。

历史建筑修缮保护方案库的建构对于后期的修缮保护具有指导性的意义，也反映了修缮所处的年代对于历史建筑保护的策略性思考。例如古罗马斗兽场在19 世纪的三次修复反映了意大利对于古建筑保护的修复观点的转变（图2）。1806 年，圣卢卡学院的拉斐尔·斯特恩修复了斗兽场的东端，他的修复体现了极少主义的原则，即第一步就是尽量保存好每个建筑残片，对古建筑尽量不做过多改动，认为最好的保护就是基本的维护。1823～1826 年，圣卢卡学院专家瓦拉迪埃修复了斗兽场外环西端，他修复重建了建筑的部分缺失，体现了注重原模原样复原的“完形”观点。1844～1852 年，卡尼娜负责的是斗兽场内环的南侧部分的修复工程，她的修复观点是在完整保存残存部分的同时，以完型的形式以及与原有建筑不一样的材料进行修复。

图2 古罗马斗兽场（作者自摄）