商文俊，施晨歡，朱洪波

(華建集團華建數創(chuàng)(上海)科技有限公司)

1 石庫門建筑數字化保護的價值

石庫門是一種融匯西方文化和中國傳統居民特色的新型建筑，是上海最具代表性的居民建筑形式，近年來對石庫門建筑的改造和開發(fā)不斷升溫。石庫門里弄住宅有著江南傳統二層樓的三合院或四合院的形式，但總體上采用歐洲的聯排式布局，外墻細部有西洋建筑的雕花圖案，門上的三角形或圓弧形門頭裝飾也多為西式圖案。石庫門是特定歷史的產物，有些石庫門的空間結構也不適合現代人的居住觀念，但同時石庫門又是充滿一種懷舊風情的老房子，是上海獨有的建筑藝術。

通過運用數字化技術和手段，保留和記錄石庫門這一海派文化的歷史遺產，使之成為一種文化符號。同時在工程領域，從看護、設計、施工到運維，建立石庫門數字化平臺，有利于技術人員和管理者更加便捷、有效的為石庫門建筑群改造和管理提升質量和品質，實現線上線下一體化、數字化、孿生化全生命周期控制和管理。

2 關鍵技術運用

2.1 三維激光點云掃描

由于石庫門建筑大都沒有原始的CAD圖紙，通過傳統的測繪手段很難有效的獲取建筑物內部的立體結構。采用三維激光點云掃描的方式對石庫門建筑進行點云數據采集，還原石庫門建筑三維表面的真實空間坐標數據，具備高還原性，通過三維激光掃描儀獲取點云數據比單點測量的傳統方法更高效便捷。

圖1 逆向建模流程圖

利用掃描獲取的點云數據，再描繪生成二維CAD平面圖紙。最后使用Revit軟件設計建立三維BIM模型，實現逆向建模(見圖1)。

2.2 傾斜攝影

對石庫門建筑群所在及周邊的三維地理環(huán)境，通過傾斜攝影技術聯合空中三角測量，構建TIN模型。經過密集匹配獲得的高密度點云數據量很大，需要進行切割分塊?？筛鶕嬎銠C性能以及設置的優(yōu)先級別對切塊的點云數據進行不規(guī)則三角網構建。

再利用自動紋理映射，即將整個建模區(qū)域分割成若干個一定大小的子區(qū)域(瓦片)，基于集群處理系統的并行處理機制將每個瓦片打包建立成為一個任務自動分配給各計算節(jié)點進行模型與紋理影像的配準和紋理貼附，同時為帶紋理的模型建立多細節(jié)、多層次的LOD，便于優(yōu)化相應的文件組織結構，提高模型分層次瀏覽的效率，從而生成最終的三維場景(見圖2)。

2.3 BIM與GIS融合

BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型, 通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數字化技術為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。同時具有協調性、可視化、模擬性等特點，對歷史保護建筑可以起到全生命周期管理及數字化保護。

GIS(Geographic Information System), GIS技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起。與BIM不同，GIS主要應用于大體量、大場景應用中，具有空間查詢、分析及統計功能。三維GIS技術使得建筑物和地形環(huán)境的空間結構與相互關系得到充分展示。

BIM模型注重于建筑物本體和內部，而GIS模型注重于建筑物外部場景的復現，只有把兩者融合貫通才能更好的模擬展現大場景、大體量的建筑群模型，實現對歷史保護建筑群的數字化模擬及管控。

運用BIM技術建立數字模型，再通過輕量化處理技術轉換成瀏覽器能訪問的格式。針對大體量建筑群模型疊加到GIS地圖中，運用LOD技術，LOD技術即Levels of Detail的簡稱，意為多細節(jié)層次。海量BIM模型加載采用LOD技術分層加載，分LOD0-LOD4逐步細化:

·LOD0:地域模型

·LOD1:簡單表達建筑物體量的樓塊模型

·LOD2:增加了房屋的附屬結構和屋頂的粗模

·LOD3:增加詳細的幾何外觀和“開口”描述的建筑模型

·LOD4:增加了對室內信息的表達建筑模型

最終通過BIM＋GIS融合技術，將BIM模型和三維GIS地圖疊加展現，呈現出整個石庫門建筑群的特色場景及周邊的地理環(huán)境（見圖3）。

3 BIM和GIS技術的應用

圖2 傾斜攝影三維場景

圖3 BIM＋GIS融合效果圖

歷史建筑是不可再生的寶貴資源，隨著城市化進程的加快，修繕和保護歷史建筑不僅是歷史文化保留和傳承的重要途徑，更是建筑行業(yè)所要肩負的重要責任。通過BIM+GIS技術、云計算、大數據，使歷史建筑的原始數據得到完整的采集、存儲并模擬。模擬后的BIM現狀模型為歷史建筑的改造提供了扎實的數據參照，真正的做到了保護性設計；同時又為后期虛擬漫游提供原始素材，保護了數據鏈的完整性。

BIM與GIS的數據融合一方面使得大量高精度的BIM模型可作為構建GIS模型的一個重要的數據來源;另一方面,使得BIM和GIS的數據融合可以發(fā)揮各自優(yōu)勢，搭建虛擬仿真的數字沙盤模型，為管控全生命周期的數字化保護平臺奠定扎實根基。

4 結語

基于BIM+GIS技術的石庫門數字化保護，提供多數據源融合的平臺更豐富真實的展現石庫門的多元數據及周邊地理環(huán)境。同時提升石庫門建筑群管控的科學性、綜合性和合理性，實現石庫門建筑群的動態(tài)管理，并對其文化資源保護及社會經濟發(fā)展發(fā)揮起輔助決策作用。同時是保護和修繕歷史建筑的重要手段，能夠克服歷史建筑的結構復雜性和空間多樣性，有利于規(guī)范歷史建筑建檔、完善修繕及保護方案設計和實施技術維護。

BIM+GIS的綜合應用在歷史建筑群數字化保護上將發(fā)揮巨大作用，將進一步推動和促進歷史建筑保護工作更上臺階，為石庫門建筑的保留和傳承奠定基石。