數(shù)字化建設(shè) | 建筑信息模型技術(shù)在古建筑信息管理中的應(yīng)用

古建筑作為華夏燦爛文明的載體，具有重要的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價(jià)值。亙古通今，古建筑全生命周期所涵蓋的信息繁冗復(fù)雜，傳統(tǒng)以“信息”為管理對(duì)象的方式，易形成信息孤島，缺少一種保護(hù)信息的合理交換和共享方式。在分析研究和完整記錄古建筑保護(hù)過(guò)程中所涉及的各方面信息，需要更為精準(zhǔn)和高效的信息載體，提倡利用“富含信息的模型”為管理對(duì)象替代傳統(tǒng)的方式，大力推進(jìn)古建筑保護(hù)的信息化和數(shù)字化進(jìn)程，提高文物建筑保護(hù)的科技水平。伴隨著信息化逐漸深入，古建筑信息模型的構(gòu)建還將有助于豐富文化供給，弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。“富含信息的古建筑信息模型”基于建筑信息模型技術(shù)（BIM）建立，其將帶來(lái)現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步和更新?lián)Q代，也間接影響生產(chǎn)維護(hù)組織模式和管理方式，并將更長(zhǎng)遠(yuǎn)地影響文物建筑保護(hù)從業(yè)者的思維模式。

古建筑信息及保存現(xiàn)狀

古建筑全生命周期的信息，包含古建筑構(gòu)造、參與方和時(shí)間3個(gè)維度。其中古建筑構(gòu)造信息來(lái)自于古建筑的結(jié)構(gòu)體系特征、構(gòu)件參數(shù)和屬性信息3個(gè)方面；參與方信息包括古建筑保護(hù)過(guò)程中各階段所涉及參與單位的相關(guān)資料，如設(shè)計(jì)單位、修繕單位和檢測(cè)單位等；時(shí)間維度信息則主要記錄古建筑構(gòu)件在服役期間的修繕信息和增補(bǔ)構(gòu)件的相關(guān)信息。

古建筑保護(hù)工作之所以困難，很大程度上在于古建筑信息的流失。隨著歷史變遷,圍繞著古建筑的信息流不斷堆疊，其管理方式經(jīng)歷了從“口傳心授”到現(xiàn)階段以紙質(zhì)文件和電子文檔為主的轉(zhuǎn)變。舊時(shí)“口傳心授”的傳承方式，大都經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化，存在著“掛一漏萬(wàn)”的可能。現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)手工測(cè)繪和攝影測(cè)量相結(jié)合的綜合手段；信息記錄則以紙質(zhì)書(shū)籍資料、二維測(cè)繪圖紙為主。當(dāng)涉及到形制復(fù)雜、異形構(gòu)件較多的古建筑時(shí)，測(cè)繪過(guò)程就面臨較大困難，精度下降，信息解讀、分析和管理效率低下。此外，各種信息的交匯重復(fù)、溝通困難，在信息時(shí)代的今天顯得格格不入，迫切需要我們?nèi)ミM(jìn)行優(yōu)化梳理，使古建筑信息管理規(guī)范化、高效化，以便于檢索和分享。

古建筑信息模型

運(yùn)用先進(jìn)的三維激光掃描技術(shù)采集復(fù)雜古建筑構(gòu)件的基礎(chǔ)信息和空間信息，借助BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)其三維實(shí)體模型的高原真性復(fù)刻、構(gòu)件級(jí)信息的精準(zhǔn)賦予是改變目前這一信息困境的有效手段。其具體實(shí)施過(guò)程為：利用三維激光掃描技術(shù)等措施采集古建筑的幾何數(shù)據(jù)信息和空間位置信息，結(jié)合古建筑的通則和權(quán)衡，建立基于Revit族的構(gòu)件“族庫(kù)”，通過(guò)細(xì)化構(gòu)件族建立過(guò)程和優(yōu)化構(gòu)件族傳遞流程的方式實(shí)現(xiàn)古建筑構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)置和復(fù)雜部位的構(gòu)件級(jí)搭建。古建筑BIM模型的建立將有助于實(shí)現(xiàn)古建筑多維信息的有效記錄和永久留存，為古建筑全生命周期保護(hù)和管理提供新的思路。

（a）古建筑內(nèi)部掃描

（b）古建筑外部掃描

三維激光掃描技術(shù)又稱(chēng)“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，具有非接觸式、高效率和高精度的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地形測(cè)繪、變形監(jiān)測(cè)、智慧城市建設(shè)和數(shù)字文化遺產(chǎn)保護(hù)及修復(fù)等多個(gè)領(lǐng)域，尤其是在文化遺產(chǎn)的預(yù)防性保護(hù)和數(shù)字化方向。數(shù)字化的古建筑數(shù)據(jù)采集方式將集合三維激光掃描的大范圍量測(cè)與細(xì)部構(gòu)造的手工測(cè)繪。古建筑信息模型的建立基于Autodesk Revit軟件，軟件以“族”為基本單元的構(gòu)建方式，與古建筑構(gòu)件組合搭建的特點(diǎn)相契合，在此基礎(chǔ)上借助軟件的整合能力管理古建筑中的構(gòu)件及其信息，建立豐富的古建筑構(gòu)件“族庫(kù)”，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件層級(jí)的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而強(qiáng)化古建筑信息模型的永久保留。雖然古建筑在規(guī)模和形制上有所差別，但其構(gòu)件化的搭建、模數(shù)化的尺度以及特征化的組合等特點(diǎn)使得古建筑高效的參數(shù)化建模過(guò)程成為可能，大大簡(jiǎn)化了后期的重復(fù)工作，降低了數(shù)字化的成本。

（a）斗拱構(gòu)件族

（b）斗拱族

（c）屋面瓦片族

基于BIM技術(shù)的古建筑信息模型作為信息平臺(tái)，是古建筑信息永久留存的基礎(chǔ)。古建筑信息模型具有可視化性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。

（a）古建筑大木構(gòu)架

（b）古建筑信息模型

模型中存入的信息以設(shè)計(jì)功能有用性為原則，信息載入以規(guī)范化的形式，信息使用以滿足直接查看和量化調(diào)用為宜。其以單個(gè)實(shí)體構(gòu)件為對(duì)象，將構(gòu)件真實(shí)的幾何信息、屬性信息及構(gòu)件層級(jí)的關(guān)聯(lián)信息封裝在同一模型框架內(nèi)，提供程序系統(tǒng)充分的計(jì)算依據(jù)，滿足自動(dòng)計(jì)算和查詢相關(guān)信息的能力。源自于同一BIM平臺(tái)的各類(lèi)信息之間具有統(tǒng)一性和聯(lián)動(dòng)性，當(dāng)對(duì)某一構(gòu)件的信息進(jìn)行修改時(shí)，其他與之關(guān)聯(lián)的信息隨之進(jìn)行參數(shù)化聯(lián)動(dòng)。在對(duì)模型和信息進(jìn)行修改的同時(shí)，Revit軟件的階段化設(shè)置功能可將每次修改定義在不同時(shí)間階段中，便于古建筑不同保護(hù)階段間的信息分類(lèi)、校核。此外，古建筑信息模型可鏈接圖像、點(diǎn)云數(shù)據(jù)和生成CAD矢量圖紙數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)紙質(zhì)和數(shù)字化資源的持久利用與保存。

古建筑信息模型的擴(kuò)展

古建筑信息模型是針對(duì)單體古建筑或古建筑群的精細(xì)模型，其可作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)GIS中，建立區(qū)域性古建筑分布展示和管理平臺(tái)；也可通過(guò)其與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合應(yīng)用，強(qiáng)化古建筑信息與文旅融合的創(chuàng)新發(fā)展。

基于GIS技術(shù)建立的古建筑信息管理平臺(tái)主要用于大范圍空間的信息管理，致力于宏觀地理環(huán)境的研究，提供三維漫游、空間查詢、空間分析、VR/AR等應(yīng)用能力，并且在古建筑BIM的后期運(yùn)維階段，三維GIS可為其提供決策支持，因此古建筑信息的保護(hù)不僅需要BIM將其數(shù)字化表達(dá)，而且需要一個(gè)三維GIS平臺(tái)來(lái)展示、管理和應(yīng)用這些古建筑數(shù)字化數(shù)據(jù)。與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的方式則可以打造古建筑文化傳播新途徑。BIM模型為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了和古建筑本體一致的精確模型，其可以實(shí)現(xiàn)游客在一個(gè)虛擬場(chǎng)景中漫游，為其帶來(lái)不一樣的感知和思維交互體驗(yàn)。未來(lái)可圍繞文物本體及其歷史環(huán)境等重要元素，打造虛擬古建筑群，開(kāi)發(fā)以智能終端平臺(tái)或現(xiàn)場(chǎng)展示平臺(tái)為承載的數(shù)字化文物旅游產(chǎn)品，加強(qiáng)文物數(shù)字化展示利用，促進(jìn)古建筑的保護(hù)及文化傳播。

古建筑是中華建筑文化最直觀最具體的表現(xiàn)。三維激光掃描技術(shù)提取了其詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，歷朝歷代的通則和權(quán)衡賦予了其豐富的屬性信息；基于此建立古建筑信息模型（BIM），與地理信息系統(tǒng)（GIS）相融合應(yīng)用；并最終通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)古建筑線上線下用戶的主體交互和沉浸式體驗(yàn)。創(chuàng)新的多技術(shù)多平臺(tái)信息整合方式可有效促進(jìn)古建筑文化和旅游產(chǎn)業(yè)的共同進(jìn)步。

文化是旅游的靈魂，旅游是文化的重要載體，其與國(guó)家和各省份所倡導(dǎo)的文旅融合高度契合，讓市民和游客感受信息化和文旅融合發(fā)展帶來(lái)的新成果。發(fā)展古建筑文化旅游，走以古建筑文化為內(nèi)涵的發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)了建筑遺產(chǎn)從淺層旅游到深層旅游的轉(zhuǎn)變，從粗放旅游到信息化旅游的過(guò)渡，文化旅游必然生機(jī)無(wú)限。

（該文為2019年度文化藝術(shù)和旅游研究項(xiàng)目信息化發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)（xxhfzzx201910）研究成果）