BIM技术在古建筑信息模型构建中的运用

陈 炜，陈俊松，赵水涛，韩燕虎

（无锡城市职业技术学院，江苏 无锡214000）

0 引言

古建筑往往是指具有历史意义、时代特征且建造时间较为久远的民用建筑和公共建筑。在中国，很多城市和乡村还保留着许多历史久远的古建筑，这些古建筑展现着一个地方的文化和历史底蕴。在许多城市的建设中还专门吸收传统古建筑的养分，建造一些仿古建筑或加入一些古建营造元素，让传统的古建筑文化产生新的现代价值。BIM技术的应用，为古代建筑的研究、保护和修复提供重要的现代技术支撑，也为传统建筑文化的呈现和传承提供重要的信息化手段。

1 BIM建模软件的应用概况

目前工程设计与建模可使用的软件比较多，各自有着不同的特点，传统的绘图和建模软件通常使用CAD、Sketchup和3dmax等软件。CAD绘图目前还是二维图纸设计的主要方式，但二维图纸缺乏三维的直观性；SketchUp建模比较方便，构图也较直观，修改创作比较方便，但缺点是不够精细、渲染麻烦；3dmax建模比较精准，渲染能力较强，但它的功能还是有限的，尤其是对特殊造型的处理能力不足。近年来一些新兴的BIM建模软件在工程中得到推广应用，其中Revit软件是广泛用于房屋与建筑工程的建筑信息模型建模软件，通过应用该软件建模，可实现对建筑工程数据的收集、整合和处理，除了可以生成3D可视化的数据模型外，还可以得到二维施工图纸和制作构件明细表，并且可以结合相关的软件进行日照、能耗、温度等绿色建筑分析和结构计算等附加分析，配合Navisworks软件还可以进行模型碰撞检查等，以提高整体工作效率，减少工程施工返工概率，较大程度节约工程建设成本，它的很多功能是传统的绘图和建模软件不具备的。此外，还有专门适用于基础设施工程建模的Bentley和用于钢结构工程的Tekla等许多专业BIM建模软件。

2 基于Revit的古建筑信息模型创建

2.1 古建筑建筑信息模型创建特点

近年来，建筑信息模型（BIM）成为建筑设计、建筑信息采集和存储的重要选择，也为古建筑的研究提供新的途径。但目前大家对基于BIM应用技术的古建筑信息模型创建的研究不是很多，加上古建筑建造中许多的组成构件与目前常规的建筑构件有较大不同，其细部构造大多较为复杂，且不同年代、不同地区、不同风格的古建筑还各有特点，古建筑建模时缺乏可直接载入的各种构件族，且许多构件族的通用性不强，使用受到限制，这给古建筑建模带来较大的麻烦，使古建筑的建模变得较为烦琐，一个看似不大的古建筑，需要花费建模员较多的建模时间，还需要建模员对古建筑构造较为熟悉，同时对建模技术人员的建模技能和信息化应用能力也提出更高的要求。

2.2 古建筑建模中族的运用

Revit软件中的族是一个非常重要的概念，也是软件中非常关键的构成要素。组建建筑模型的各种构件都是利用族工具创建的。由于古建筑构件细部构造较复杂，且不同的古建筑做法往往不一样，利用族工具创建构件是非常重要，也是花费建模人员时间较多的工作。古建筑BIM建模前，需对所用到的族进行相应分析规划，选择合适的族样板文件。Revit软件主要包含系统族、可载入族和内建族三种族。一般常规构件尽量使用软件自带系统族，以方便信息模型创建。其次尽可能创建参数化族，以便建立古建筑信息模型的构件族库，方便其他古建工程的BIM建模。以下的某小型古建BIM建模中，基础、柱、墙、地面等基本构件均直接采用系统族，门、窗等构件采用可载入族，而其他一些非标准化的异形构件可创建内建族。

2.3 古建筑建模技巧举例（见图1）

图1 古建筑三维图

现以一小型古建筑为例说明其建模方法。首先选择一个合适的样板文件，可以保证后期建模的顺利开展。接下来的建模顺序推荐为“标高—轴网—中式柱—墙体—门窗—地面—屋架—屋面—室外台阶等”，一般建议先标高后轴网，其他建模顺序可根据实际情况做相应的调整。

柱墩可单独按结构基础建模，圆形断面的中式柱可直接用系统族单独建模，在此情况下圆形中式柱底部标高应根据柱墩高度做出相应提高，否则下面的柱墩会降低至柱子下方；中式柱也可根据需要与下面的柱墩作为一个可载入族来创建。古建墙体可根据情况用系统族中的基本墙和叠层墙来创建；古建筑门窗往往因为样式各不同，没有现成的可载入族直接使用，所以需要根据门窗的实际做法，利用适当的门窗样板文件创建自己需要的、可载入的门窗族，见图2。

图2 创建的古建筑窗族

古建筑屋盖部分建模一般较为复杂，主要有屋架系统和屋面两部分组成，其中非标准化的异形构件比较多。建模需要花较多的精力和时间，因此建模人员需要有耐心。首先要把古建筑的屋盖构造做法分析清楚，各构件之间是如何连接的，各构件的平面位置和标高是多少。重复构件，可先建一个，然后用复制或阵列的方式布置到相应位置，见图3。

古建筑的屋面不同于现代常规建筑的屋面，常规建筑屋面大多是平面或斜面，而古建筑的屋面往往是曲面，而且屋面还铺设各类瓦材，给建模带来困难。本工程的做法是利用幕墙工具来创建瓦屋面的。首先是选择“公制轮廓—竖挺”族样板，来新建一个族，在该样板中绘制一个瓦轮廓，并保存为“瓦”族，同时载入古建筑工程项目中。

图3 古建筑屋盖结构部分模型

在建筑选项卡的构建面板中中选择“竖挺”，编辑类型中复制族类型并命名族类型为“瓦屋面”，将类型属性对话框中轮廓改为之前载入的公制轮廓族“瓦”，完成后点击确定退出。由于该屋顶为曲面，本工程在建筑选项卡中选择“屋顶—拉伸屋顶”来绘制瓦屋面，将其属性改为玻璃斜窗。编辑玻璃斜窗的类型属性，在类型参数对话框中将网络1竖挺内部类型改为“瓦屋面”，调整相关间距数据，之后可得所需瓦屋面模型，不同的屋面，其绘制的方式会不同，需要根据屋面的实际情况选择合适的建模方法。

3 古建筑信息模型创建中的技术协同应用

古建筑保护性建模，对已有古建筑进行精准测绘是难点之一，古建筑建造时间越早，其完好度越差，建筑物的沉降变形也可能较大，测绘误差导致的建模误差也较大。目前无人机和激光三维扫描仪在建筑测绘中的运用，提高了古建筑测绘建模的效率和精准度。Revit软件广泛适用于房屋建筑建模，但对古建筑信息模型创建来说由于相应族库较少，建模比一般房屋建筑难度大许多，由此开发相应的古建筑建模插件，建立古建筑构件族库并实现共享将对古建筑建模提供帮助。

4 结语

用Revit进行的古建筑建模是以“族”为基础的建模，创新族的构建方式，正确运用族工具，建立族库，开发相应插件，同时加强不同技术的协同工作，可提高建模的效率和质量。为了提高建模效率，不断探索、总结和分享BIM建模技巧是非常必要的。