古建筑BIM模型创建技术初探

范文东　金薇

摘 要：本文通过对古建筑建造技术和构造材料进行分析，运用BIM技术生成数字化信息模型，在熟练运用 Revit软件基础上，以适应古建筑特点为着力点，创新的研究了一套自己的古建筑模型建模方法技术，有许多创新点，为古建筑BIM模型技术探索出一条新路来。

关键词：族；属性参数；Dynamo

1 前言

中国古建筑技术发展十分成熟，源远流长，BIM技术应用于古建筑是近几年发展起来的，BIM技术以它的强大功能在古建筑领域应用广泛。无论是在数据模型还是信息数据方面，都有着很好的发展前景。本文研究主要从模型创建和信息数据方面着手，为古建筑BIM技术探索道路。

2BIM与古建筑

基于历史建筑和Revit软件的特点，将项目中的模型图元分为主体族、构件族、特殊族，其类别、族名称及使用族样板文件如下表所示。

3BIM模型创建

3.1主体族

古建筑项目BIM中的构件图元，主要是指古建筑中除去梁架体系外的其余部分，包括门窗、砖墙、斗拱、墀头、屋脊部分。对于构件族，BIM同样能进行详细、准确的表现。

檐墙为檐柱之间的墙体，有前、后檐墙之分，后檐墙按照其构造可以分为老檐出和封护檐两种形式。老檐出构造做法有下碱、上身、签尖，签尖堆顶至额枋下皮，采用抹灰八字的形式[1]。利用软件对墙体的属性编辑类型中编辑部件，显示剖面操作中，修改垂直结构，添加分隔条轮廓，结合创建公制轮廓的分隔条族，添加八字轮廓分隔条功能，对墙体抹灰八字进行布尔剪切，完全依据古建筑砖石工艺，准确生成。软件系统中强大的墙体剖面编辑功能完美实现了古建筑砖石建造工艺（见图1）。

3.2构件族

第一，晋陕民居中，墀头墙由下肩、墙身（垫花活）和挑檐三部分组成。下肩构造做法与北京官式建筑相似，厚度与山墙相同，墀头前沿从阶条石向后退出一个小台阶尺寸；墙身后退花碱，在墙身与挑檐相交部分一般垫有石活，题材各异、雕饰精美，形成整个墀头最为精彩的部位[2]。上部做法简练，仅从石材花活的外缘向屋顶连檐部位做了一个弧形连接，形成挑檐。

在公制常规模型族中，创建形体，使用放样命令结合CAD图纸墀头样式，对线脚凸凹轮廓线进行生成，给出路径及放样轮廓，精准生成。再将族载入项目中，对号入座即可。

第二，屋脊包括正脊、垂脊和戗脊，且均具有细小、繁多的剖面线脚，很难运用简单的尺寸参数对其进行准确、完备的定义。基于建模和参数化实现的难度，建议定义较为重要的脊高、宽、厚参数，这样在明细表中方便统计和查阅[3]。同时，在已经建好的望板椽的基础上直接进行绘制，而不是针对屋脊构件进行单独的建模，以保证脊和屋面的贴合程度。

第三，清式斗拱由斗、拱、昂、翘、升和附件等基本构件组成。斗是清代一组斗拱中第一层的构件，升是比大斗小的斗，安放在栱翘的两端。清代的升件有十八斗、槽升子和三才升三种。

运用常规模型族中的拉伸、旋转、放样、空心放样生成并经过布尔运算，通过设置参数（斗口），生成参数化构件模型。后期调整斗口尺寸则斗拱各部分尺寸自动参数变化，以适应不同构造环境条件。我国古建筑是最早实现模数化的建筑体系，从柱径、柱高、梁高、枋高等均与斗口尺寸相成比例（清工程做法），以斗口为模数，所有构件及间距尺寸均有比例，斗口尺寸一变则其他尺寸均进行比例变化，BIM软件建构的参数化模型十分契合了这一功能（见图2）。

第四，槅扇门，宋代称“格子门”，由外框架、槅扇心、裙板及涤环板组成。外框是槅扇的骨架，长宽比为4：1或3：1；槅扇心是安装于外框内部的仔屉，主要用于采光，在槅心上一般糊纸或糊纱；裙板是安装在外框下部的隔板，有的槅扇不用裙板而全用格心，谓之落地明造；涤环板是安装在相邻两根抹头之间的小块隔板。

在族构件创建过程中，Revit软件提供了强大的不同族类型功能，例如双套植物族制作门窗族，实现门窗等比例参数调整变化。在首先创建的植物族中，调整族类型参数尺寸标注中的高度为实际尺寸值；然后二次创建植物族，将第一次创建的植物族载入，修改高度为实际尺寸值，并将高度关联族参数，则此门窗族即可使用，载入项目文件中即可实现参数化调整尺寸。

3.3特殊族

第一，筒瓦屋面，其瓦件主要由筒瓦和板瓦构成，板瓦做底瓦，筒瓦做盖瓦，形成瓦垄。以板瓦做底瓦，筒瓦做盖瓦的屋面做法为筒瓦屋面。布瓦瓦件主要为筒瓦、板瓦、吻兽、望兽、套兽等。清代规定为1号、2号、3号及10号四种，各地生产的尺寸大小不一。利用体量族模型创建筒瓦屋面，首先创建体量曲面，然后分割表面，生成UV网格。然后创建基于填充图案的公制常规模型族，创建筒瓦族，载入体量族中，调整填充图案的类型即可，这样创建的筒瓦屋面十分契合真实的瓦屋面特点。

第二，椽子有圆形断面和方形断面之分，在我国黄河以北地区多为圆椽，而在江南建筑中多为方椽。淮河与黄河、渭河与汉水之间的广大区域内室内用椽则二者兼有，飞椽无论南北，皆为方椽。清代建筑中，椽子的排布有“一椽一档”和“一椽一档半”两种，“一椽一档”即椽径与椽当之比为1：1，即相邻两椽径中之中为2倍椽径。“一椽一档半”即椽径与椽当之比為1：1.5，即相邻两椽径之中为2.5倍椽径。每一开间布置的檐椽（飞椽）数量为开间宽除以2倍的椽径或2.5倍的椽径，也应取与计算所得数值最接近的偶数。

软件中体量的强大功能可以为模型创建各式各样的形体，利用软件系统生成体量，将体量转化为幕墙，设置幕墙的网格自动生成椽子排布，并可自行调节椽子间距和圆椽直径，将檐椽、飞椽制作为幕墙竖梃，椽子的参数在竖梃族中定义，修改椽子的几何尺寸，正身椽的间距可以通过幕墙系统定义。后期可调整参数，并自动统计计算生成明细表。

4BIM数据记录

4.1属性参数

古建筑的BIM数据记录：属性参数、现状照片属性参数、Dynamo写参数。BIM数据库不单单指几何数字，还包括计算机能够识别的任何形式的信息，包括记录及描述该建筑的相关信息，经济、技术、文化等说明性文字、图片等等。这些信息都能够被记录在BIM中，形成一个大的数据库。

BIM系统Revit软件作为信息模型，可以添加各种模型属性参数，在“管理”中的“项目参数”面板，点击“添加”，输入参数数据名称，选择规程为“公共”，参数类型选择“文字”，参数分组方式选择“模型属性”，点击确定，然后利用Dynamo写参数功能，赋予模型以相对应的参数值。

现状图片信息在古建筑保护修缮的过程中，特指对于建筑的保护现状的相关图片和信息，这一部分信息综合性较强，需要现场勘查和后期分析相结合，且关系着对古建筑保护修缮的评估、保护方案和施工图的制定，重要性不言而喻。具体操作是在族类型属性参数中新增参数，选择参数类型为“图形”，输入名称“现状照片”，选择：图像，点击...进入管理图像面板，将照片依次添加进去，即可生成可视化参数图像信息。

BIM的建模软件Revit中还提供了Dynamo插件功能，Dynamo是一款基于开放平台建立的可视化脚本程序，它提供的图形界面使用户不必学习如何编码，一行行的写程序，而是可以通过连接预设置的代码节点来自定义计算设计，使过程自动化。利用Dynamo里丰富的节点，用户可以充分扩展参数工作流程，实现交互操作、文档编制、分析和生成，这在很大程度上扩展使用BIM驱动设计的方法。在系统族或公制常规模型族中，添加属性参数，并使用Dynamo赋予相应参数值，可实现真正的参数化模型，十分方便查阅各构件相应的信息。

4.2视图表现图元：明细表、过滤器、三維视图

作为信息模型，各族构件可通过设置明细表参数统计构件的分类信息，设置好的系统族参数直接导出明细表，使用插件将明细表导出到XLSX软件中，生成XLSX文件，方便查阅和统计使用。

由于在软件中，进行每个构件建模时，都对其族类别进行了定义，如梁、柱、屋面等，因此可以通过“过滤器”这一功能对不同的族类型进行单独的展示和呈现，提高查询和筛选的效率，图示分别选择“台基”“柱”“墙”“梁檩”“屋顶”的筛选显示结果（图3）。

5结论

本文重点研究了Revit在古建筑模型领域的应用技术，是本人从教多年的经验总结，也是在古建筑BIM领域的有益探索，还有些许不足，拿出来和大家分享，希望能得到大家的指教，共同进步。

参考文献

[1]王晓华.中国古建筑构造技术[M].化学工业出版社，2021.

[2]童乔慧，董维敏.历史建筑保护的BIM技术应用[M].东南大学出版社，2018.

[3]许蓁.BIM建筑模型创建与设计[M].西安交通大学出版社，2017.