基于BIM 技术的传统村落民居建筑保护研究

李昶嵘

（太原师范学院管理系， 山西 晋中 030619）

0 引言

传统村落民居建筑是传统村落文化的主要物质载体，承载着本地居民的生活智慧和地域文化。由于年久失修、技艺失传、现代化改造、自然灾害等原因，传统民居的建筑本体很容易遭到破坏，严重影响了传统村落的整体风貌。

利用BIM 技术绘制传统村落民居建筑，可以将建筑实体通过数字化方式转化为电子数据，通过建立传统村落民居建筑信息数据库，掌握传统村落民居建筑的现状，并进行有效的保护、管理与利用。本文尝试探索BIM 技术在传统村落民居建筑保护中的应用，为解决传统村落民居建筑在保护中存在的问题和指导改造更新与活化利用提供借鉴与建议。

1 BIM 技术在建筑建模中的应用

运用传统的建筑软件，例如Autodesk CAD，虽然能绘制出建筑的二维图形，但无法精确地展示其三维空间，再如SketchUp，虽然能得到建筑的三维模型，但是无法精确地反应各个构件之间的模数关系。与上述软件相比，通过基于BIM 技术软件建立的模型既可以展现静态信息，又可以包含动态的信息，如建筑物的侵蚀、沉降、变形等。传统民居建筑较为确定的结构尺寸及规律的模数制，各式参数类型由各种尺寸之间函数约束关系定义，有利于实现即时性建筑三维模型的参数化。BIM 的建模理念与技术支持使参数化的构件库的实现及实际应用有了可行性。将BIM 技术应用到传统村落民居建筑和整体风貌的保护中，贯穿于建筑的全生命周期，可以使传统村落得到更加科学合理的保护，使遗产保护工作更高效。

2 BIM 技术研究现状

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技术是一种在信息技术与建造技术发展的基础上所产生的建筑工具，能将建筑信息化、模拟化和虚拟现实化。通过Revit Architecture 软件，可以从模型图元、注释符号图元、视图图元与数据库四方面对古建筑构件族进行参数化模型的建立[1]，Revit Architecture 软件的尺寸驱动功能非常适合具有严格模数的古建筑进行建模[2]。通过不同新技术的综合运用，可在BIM 中对古建筑构件信息进行标准化分类整理，建立古建筑的参数化模型，并与其他软件平台链接形成数据库，为古建筑修缮保护与利用提供客观具体的信息资料，实现古建筑信息全生命周期的管理[3-6]。

综上所述，虽然在我国BIM 技术在古建筑保护中的应用依旧有限，但可操作性和应用的价值已得到一定程度上的认可，持续探索BIM 技术在传统村落民居建筑保护中的应用路径具有重要的意义。

3 BIM 技术在山西传统村落民居建筑保护中的应用分析

Revit Architecture 软件是BIM 技术主流的软件之一，集合了BIM 平台的各种功能，是一种综合性的分析软件。该软件中族功能的应用，在记录建筑属性以及有关信息上起着重要的作用。BIM 建筑信息模型是一个数字化的三维模型，由族库里的族构件（梁、柱、墙、枋、门、窗）等构成，可以通过对族的设置，对传统建筑如四合院进行参数化转化[7]，建立具有空间与属性数据的虚拟三维模型。传统民居建筑测绘的构件数据、建筑结构、材质、物理受力分析也能完整地记录在模型当中。

3.1 BIM 技术应用的基本操作步骤

3.1.1 传统民居建筑信息收集及分类

山西传统村落民居建筑形式多样，科学合理的对信息进行收集和分类有利于信息的管理和模型的建立，可将民居建筑信息统一划分为建筑构件信息和环境信息。

3.1.2 建立传统民居建筑构件库

在信息收集和分类整理的基础上，通过参数化可以实现族构件的建立。对相同建筑上的不同构件、不同建筑上的相同构件进行信息标准化。信息标准化主要包括编码、分类、关键信息标准等。

3.1.3 传统民居建筑信息数据库创建

在建立传统民居建筑构件库的基础上，通过Revit Architecture 软件建立传统民居建筑几何模型，实现对建筑的可视化呈现和整体性信息保存。

3.2 BIM 技术在传统村落民居建筑建模中的应用

3.2.1 案例地概况

山西谷恋村位于祁县贾令镇，以文化名人多、历史文化底蕴深厚而著称，是较早被评为“山西省历史文化名村”的传统村落之一。与相距不远的著名景点祁县乔家大院不同，谷恋村商业开发程度较低，基本维持了百姓生活居住的功能，传统民居建筑保存基本完好，建筑更能体现传统汾河流域四合院民居的形制，见图1，图2；三维模型见图3。

图1 谷恋村北大街14 号传统民居

图2 谷恋村北大街14 号传统民居航拍图

图3 谷恋村北大街14 号传统民居三维模型

3.2.2 谷恋村四合院的模型建构

Revit Architecture 软件中，族是构成项目的基本元素。在创建模型过程中，需要根据实际情况创建自定义族。传统民居建筑有很多异形结构，需要创建族构件来完成，对于复杂的异形结构，根据点云数据可以直观地还原真实形态，有助于族构件的创建。

在BIM 应用中，不同的构件之间存在着一定的上下层级关系，比如本文中的筒瓦就有：类别（瓦）——族（筒瓦）——类型（斜铺）——实例（建模中存在的屋顶筒瓦），所以，在最终进行建模之前，需要对不同构件进行分类和记录。结合Revit Architecture 软件中的设置和谷恋村四合院的具体情况，可将构件族分为主体族、构件族和特殊族。

表1 谷恋村四合院Revit 族分类列表

（1）主体族。谷恋村四合院的主体结构主要由梁、柱、板三部分构成。在Revit Architecture 软件中，可以找到对于这三种构件的相应族文件，通过测量四合院中梁、柱、板的尺寸数据，在软件中进行录入与构建，做成独立的族放入到相应的文件中。

（2）构件族。在谷恋村四合院中，除梁、柱、板以外，建筑上的墙、门、窗等部分都属于构件族之列，可根据Revit Architecture 中“门”和“窗”进行创建。比如四合院的“窗”族的建立，首先对窗的尺寸数据进行记录，创建时必须对窗的高度、宽度进行控制，还需要对雕饰部分的花纹等细节进行处理，对各种构件进行详细的参数化记录。

（3）特殊族。特殊族主要包括建筑的异形结构和细部构造。比如，依附于梁、柱上的脊、望板、瓦等。由于这部分在建模过程中技术操作上的特殊，而且Revit Architecture 软件并没有专门的族来创建，所以要定义特殊族来制作这些构件的样板。

依据CAD 与Revit Architecture 软件对最终模型进行了合模，实现了四合院整体模型的展现。见图4，图5。

图4 由BIM 模型生成的谷恋村北大街14 号传统民居剖面图

图5 基于Revit Architecture 的谷恋村北大街14 号传统民居模型图

4 结束语

在传统民居建筑保护的过程中，BIM 技术可以通过建立三维模型的方式记录并保留现有建筑信息，对于实现传统民居建筑信息化、数字化发挥着重要的作用。BIM 技术的应用，不仅仅有利于提升传统民居建筑保护的科学技术水平，还可以推动传统民居建筑管理水平的提高。

传统民居建筑的保护原则是保持其真实性和完整性，但是在现有传统村落和古建筑保护相关法规中，并没有针对传统村落建筑修缮保护和活化利用的程度和范围提出明确的要求，尤其是在部分地区“标本式冻结式”的保护要求之下，造成了“房坏不敢修,房倒不能修”的现象，一定程度上阻碍了居民生活水平的提高和传统建筑活化利用的效果。应当在保证建筑信息数据得到完整、真实的记录后，放宽改造更新的标准，在一定程度上鼓励进行传统村落民居建筑的改造与更新。改造完成后，应当及时记录和上报改造更新后的形态，更新在古村落建筑档案数据库中，以便后期追溯更新历史，在需要时恢复古建筑原貌。这样的记录可以更好地动态管理传统村落民居建筑的保护与利用，提升活化利用的质量与效果，为乡村振兴的发展提供更好的条件。