汪洋 張軼 劉珂嘉

摘要：文章對傳統(tǒng)木作家具的現(xiàn)狀進行分析研究，梳理出系統(tǒng)的數(shù)字化保護流程。從“傳統(tǒng)木作家具數(shù)據(jù)采集”入手，采用“建筑信息模型BIM”技術，對前期采集的信息進行處理，最終深入到木作家具的設計層面。為建立完備木作家具數(shù)字化保護系統(tǒng)提供參考。試圖站在木作家具傳承和傳統(tǒng)文化保護與發(fā)展的角度，運用新興科學技術促進傳統(tǒng)技藝得以更全面的傳承。

關鍵詞：數(shù)字化保護 傳統(tǒng)木作家具 BIM 三維數(shù)據(jù)庫 文化傳承

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2020） 01-0109-03

前言

伴隨著信息技術的快速發(fā)展，利用數(shù)字化技術保護和傳承文化瑰寶已經逐漸成為文化產業(yè)的發(fā)展趨勢，運用建立模型與描繪圖紙等信息化技術可以有效地將物品進行“數(shù)字化”處理，緩解了一些傳統(tǒng)物質文化所遇到的易腐易破損等問題，并逐漸在文化傳承中扮演重要角色?，F(xiàn)代信息化技術不僅能夠更加便捷地保護傳統(tǒng)文化，而且為傳統(tǒng)文化技藝與本體注入了新的血脈。

作為中國物質文化遺產重要組成部分之一的中國傳統(tǒng)木作家具，具有雕刻技藝精湛，木料用材考究，造型精美大氣等特點，如圖1。其包含多個地域流派，且不同的地域流派之間在木料用材，雕刻技藝，漆工工藝，裝飾符號等方面有著鮮明的區(qū)別，這些個性迥異的木作家具都反映著特定時代的人文背景、意識形態(tài)與歷史背景。早在二十世紀三十年代就有研究者系統(tǒng)研究了明清年代的木作家具，卻始終沒有人建立一套完備的中國傳統(tǒng)家具數(shù)據(jù)庫供手工藝者或家具愛好者深入學習。

對于傳統(tǒng)木作家具的研究，一方面是對其所蘊含的傳統(tǒng)文化挖掘研究;另—方面是對傳統(tǒng)家具實際存在的物質載體的保護研究;與傳統(tǒng)建筑的意義相仿，傳統(tǒng)木作家具也是歷史與文化重要的記錄與傳承者。目前對傳統(tǒng)木作家具的研究僅僅停留在對現(xiàn)有物質載體的保護、收藏與展示層面是不夠的，應該在擴展其實質載體的完整性基礎上挖掘更全面的傳統(tǒng)文化內涵。

一、基于BIM技術的傳統(tǒng)木作家具數(shù)字化保護意義

就傳統(tǒng)木作家具的繼承與研究而言，其作為一種傳統(tǒng)文化與社會背景的重要產物，擁有極高的研究價值，不同時期的木作家具與不同地域的木作家具都有著相異的造型特點與工藝手法等。用BIM系統(tǒng)處理匯總傳統(tǒng)木作家具各細部點數(shù)據(jù)建立木作家具三維模型，在統(tǒng)計與匯總家具特點和幾何信息的同時建立三維模型數(shù)據(jù)庫，管理傳統(tǒng)木作家具上的構建信息，從而進一步豐富傳統(tǒng)家具數(shù)字化博物館的理論知識，并完善與其相關內容所研究的結構體系，為傳統(tǒng)木作家具未來發(fā)展提供理論依據(jù)與相關指導。

而就木作家具的數(shù)字化發(fā)展而談，將BIM系統(tǒng)融入到傳統(tǒng)木作家具進一步的傳承與發(fā)展也是非常有必要性的。數(shù)據(jù)顯示，201 7年1-10月，家具制造業(yè)產銷率98.1%，家具制造業(yè)主營業(yè)務收入6742.3億元，累計同比增長8%。而就在這樣一個龐大的家具產業(yè)市場內，我們如何才能讓傳統(tǒng)家具與眾多現(xiàn)代家具類型相競爭？可想而知，要想擁有核心競爭力，只有在自我科研和消化吸收最新科技成果的基礎上與同行業(yè)形成代差，利用科技的優(yōu)勢降低自己的成本，提高自己的管理水平。隨著互聯(lián)網和信息化的發(fā)展，過去單一的閉門造車模式已經不再行得通。如今，行業(yè)內的信息共享，交叉行業(yè)的優(yōu)勢整合成了產業(yè)生存的必備法則。將BIM信息技術引入傳統(tǒng)木作家具中，有助于推進傳統(tǒng)木作家具的現(xiàn)代化發(fā)展，加快其數(shù)字化保護對其有關專業(yè)的跨越式與可持續(xù)發(fā)展，對更好傳承與弘揚我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化等具有較高的價值意義。

二、BIM技術運用于木作家具數(shù)字化保護的背景

（一）傳統(tǒng)木作家具傳承現(xiàn)狀

傳統(tǒng)木作家具造型優(yōu)美，雕刻工藝復雜與多變，所蘊含的東方韻律與中國傳統(tǒng)文化思想使其成為中國最具歷史特色的瑰寶之一，但其在傳承和創(chuàng)新發(fā)展方面面臨著一些嚴峻的問題。首先在設計傳承方面，傳統(tǒng)手工業(yè)者技能水平較高，但相關知識結構層次較低;而受過高等教育的從業(yè)者卻對傳統(tǒng)技藝與制作過程了解甚少，只是通過一些文獻與平面圖來了解木作家具。因此目前制作出來的木作家具非常受限于制作者水平，對于例如公差的控制，各個榫頭受力的分析完全依靠經驗，沒有建立完善的數(shù)學模型。其次，隨著時代的發(fā)展，木作家具卻通常都只是以枯燥的平面形式被人們所了解，缺少一種生動的立體式展現(xiàn)，從而導致除了一些年紀稍大的愛好者對木作家具仍然保有喜愛，鮮有年輕人對傳統(tǒng)木作家具感興趣。

而對于研究分析方面，國內對傳統(tǒng)木作家具的研究從現(xiàn)有的資料來看，一般都是通過現(xiàn)有傳統(tǒng)書籍或實物鑒賞進行了解，對各個時期的木作家具進行斷代研究，系統(tǒng)總結所在年代的文化特點，造型結構特點以及手工技藝特點，起到了文化傳承與保護的重要作用。但在傳統(tǒng)木作家具傳承的過程中依然存在著欠缺，大多數(shù)史料與文獻保留的僅僅為大尺量的尺寸數(shù)據(jù)，只能模糊地描繪木作家具的外觀尺寸，缺少一些細部的尺寸統(tǒng)計，例如內部榫卯和一些結構細節(jié)的數(shù)據(jù)等。并且數(shù)據(jù)與詳細介紹較為散亂，缺少一個系統(tǒng)并且詳盡的數(shù)據(jù)信息庫供研究人員與從業(yè)人員進行深度研究，也更加缺乏一個可供大眾立體化了解傳統(tǒng)木作家具的數(shù)字平臺。

（二）BIM技術的發(fā)展背景及現(xiàn)狀

BIM（Building Information Modeling建筑信息模型），是單個項目內相關聯(lián)數(shù)據(jù)的數(shù)字化表現(xiàn)形式[1]。相對于傳統(tǒng)意義上的建筑模型，BIM模型在提供點線面的幾何數(shù)據(jù)基礎上，還附有相應的信息屬性與相關構件信息等。BIM能夠更直觀、更容易地表達信息數(shù)據(jù)，因此可以在不識別幾何構圖的情況下識別構建組件的特征。由BIM建立的三維模型是對完整形的參數(shù)化修改，最終實現(xiàn)全參數(shù)建立的模型，而不僅僅是滿足傳統(tǒng)意義上的視覺需求的模型，如圖2。

在歐美國家的設計業(yè)中BIM早已盛行，根據(jù)資料可以了解到，早在2009年北美洲在設計項目中使用到BIM項目已經達到將近50%，而英國、法國、德國等國家也已經快達到40%。由于后期的一些政策支持，2013年北美洲BIM技術的普及率已經達到了72%。而就在近幾年，中國國內建筑行業(yè)也開始普及BIM系統(tǒng)，在2017公布的《浙江省人民政府辦公廳文件》的第八條也明確標明積極推廣BIM技術，并點名政府投資項目率先應用BIM技術。由此可見BIM技術也開始慢慢普及整個建筑業(yè)市場。

將BIM建筑信息系統(tǒng)創(chuàng)新性的引入傳統(tǒng)木作家具的研究中，吸收了西方國家“用軟件管理項目，用思維設計軟件，用人力提供思維”的思路，利用科技的力量完成升級轉型，拓寬了木作家具的研究路徑。對于當今的木作家具領域來說，BIM信息系統(tǒng)并不是單純代指一個軟件，而是一種設計理念，是一個參數(shù)化設計的理念。一個BIM模型不再是由傳統(tǒng)的建模語言一拉伸，旋轉等得來，而是通過數(shù)個精密的參數(shù)化構件（族）拼裝組成而形成，也可以說是再復原出傳統(tǒng)木作家具的制造過程。將現(xiàn)代數(shù)字信息化技術帶入傳統(tǒng)木作家具的研究，融合跨學科的知識交叉，對傳統(tǒng)木作家具進行新的轉變與開發(fā)，為傳統(tǒng)木作家具的研究注入新鮮的血脈，必將成為未來發(fā)展的趨勢。

三、木作家具數(shù)字化保護的路徑探索

數(shù)字化保護實質在于將現(xiàn)代數(shù)字化技術作為平臺，對木作家具從而進行三維數(shù)值的存儲，從而為今后的木作家具的保護、修補、恢復等相關工作提供數(shù)據(jù)基礎與保證。經過對國內外的相關理論進行總結與梳理，歸納出木作家具數(shù)字化保護的進程，如圖3。

（一）木作家具的數(shù)據(jù)處理與BIM模型構建

木作家具的數(shù)字化過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，數(shù)字顯示三個過程。傳統(tǒng)木作家具的細部數(shù)據(jù)采集是整個研究工作的基礎，通過數(shù)據(jù)的信息化采集，可以較為準確地獲得木作家具的細部尺寸與雕刻圖案等信息[3]。木作家具的外形多種多樣，且細部結構較為復雜，尤其是一部分木作家具擁有較為久遠的歷史，已部分磨損，這將會給數(shù)據(jù)的采集帶來較大阻礙?；趥鹘y(tǒng)木作家具外形與結構較為復雜的特性，實際測量時會用到直接測量法、攝影測量法和三維激光掃描三種測量方法。運用直接測量方法對木作家具進行測量，較易于操作，但工作量大。特別是對于一些表面圖案較為復雜的木作家具，測繪的工作量較高，且相對誤差率較高。而攝影測量法則是通過多個設備與多個角度對木作家具進行拍攝，并依托于函數(shù)計算法將二維平面圖形轉變?yōu)槿S立體圖形。三維激光掃描技術則通過三維激光掃描獲取傳統(tǒng)木作家具表面的三維坐標信息，該測量方式較傳統(tǒng)的物理測量法與拍攝測量法更易于采集木作家具的數(shù)據(jù)，并且更具精準性。所以在實際測量時，必須綜合使用上述三種方法，從而獲得更為全面且準確的傳統(tǒng)木作家具數(shù)據(jù)信息[4]。

而傳統(tǒng)木作家具的模型建立是將前期處理的點云數(shù)據(jù)導入進BIM軟件（如Revit）作為參考文件，通過點，線和面的結構形成模型，并且通過“族”建立BIM模型，最終完成木作家具模型的建立。在Revit中構建木作家具“族”模型步驟如下：

（l）尺寸歸位。除了對前期收集到的點云數(shù)據(jù)進行參數(shù)繪制，還需將現(xiàn)存的傳統(tǒng)木作家具資料圖進行尺寸單位歸位，以備進行詳盡的參數(shù)統(tǒng)計。當今計算機輔助繪圖軟件大多數(shù)采用國際計量單位，而傳統(tǒng)木作家具文獻中都是以中國傳統(tǒng)計量單位繪制木作家具的形態(tài)特征。所以建立Revit“族”模型的前提是解決國際計量單位與傳統(tǒng)計量單位之間相匹配的問題。

用在傳統(tǒng)木作家具繪制上的傳統(tǒng)計量單位多見“分”、“尺”、“寸”、“丈”等。將這些單位與國際計量單位進行換算，并通過設置，使進行繪制時按照傳統(tǒng)計量單位輸入相應尺寸，從而更為精確地反映傳統(tǒng)木作家具的形態(tài)特征。

（2）繪制幾何圖形。制作傳統(tǒng)木作家具“族”模型需要在revit的“族編輯器”中進行，第一步是確定“族”模型的信息數(shù)據(jù)，即繪制出3D模型?？梢允褂脗鹘y(tǒng)繪圖工具導入，也可以通過閱讀紙質圖紙中的尺寸信息，使用Revit Architecture中的繪圖工具進行手動繪制。本文使用是通過使用點云所生成的三角剖分模型，通過在Revit Architecture中進行拉伸來構建組件的3D模型，如圖4。

（3）編輯3D模型屬性信息。在完成木作家具模型建立的基礎上，根據(jù)需要在Revit Architecture中添加所相關的文字信息構建數(shù)據(jù)，可以是木作家具構件的品名、所運用的材料、成色與所處時代等。

（4）編輯“族”模型的可視性。以紅木官帽椅“族”模型為例，在完成模型的繪制與屬性的添加之后，設置其在所在項目組中視圖的比例關系，或設置其視圖方向，如圖5。并保存定義完的傳統(tǒng)木作家具“族”模型，將其載入到相應的項目組。

（二）面向木作家具的數(shù)據(jù)庫建立

在信息采集和模型建立的基礎之上，設定數(shù)據(jù)庫的基本框架和關系結構，運用應用程序編程接口進行開發(fā)（ Applicationprogramming interface），這樣既利用了Revit這一便捷的建模性能，也更為木作家具revit文件提供了合理的存儲平臺。并且可以利用Revit將木作家具的屬性特征（造型特征，裝飾圖樣，工藝技巧等）以數(shù)字化的形式儲存于三維模型庫中，最終實現(xiàn)后期瀏覽。可供木作家具產業(yè)部門進入數(shù)據(jù)庫進行查閱與下載，從而進行逆向設計，和相關設計與研究人員進行資料共享，從而深化我國傳統(tǒng)木作家具的傳承與進一步的深入研究，如圖6。

（三）傳統(tǒng)木作家具的再設計

基于木作家具三維數(shù)據(jù)庫的信息數(shù)據(jù)，相關設計與研究人員可以利用完成后的信息數(shù)據(jù)對木作家具進行再設計，繼承傳統(tǒng)木作家具的精髓，結合時代訴求改變木作家具設計的新思路。就目前家具市場的設計的方式而言，一般采用以三維模型為基礎的二維圖紙設計，設計研究人員通過以三維模型為基礎推敲方案，然后將三維模型轉換成二維圖紙，遞交至家具制造部門進行深化圖樣，進行工藝流程的分析，最后再進行生產。這一過程，雖然分工明確，但卻包含種種問題，例如三維模型與二維圖紙之間不僅存在重復工序，造成不必要的時間浪費，而且重復性的工作還將增高出錯率，造成人力與資源的不必要浪費。還有設計部門與制造部門的關聯(lián)性不高等問題。

在傳統(tǒng)木作家具的未來發(fā)展與再設計上，可以利用BIM信息系統(tǒng)中協(xié)同設計這一理念。協(xié)同設計，通過數(shù)據(jù)共享，為設計，管理和制造提供一個良好的協(xié)作平臺，進行跨部門跨分工跨領域的數(shù)據(jù)交流，優(yōu)化研究與工作方式，實現(xiàn)信息流的共享，前后作業(yè)流的相互穿插，協(xié)同作業(yè)，將各個項目進度和風險暴露在整個周期內，并且利用科學的模型有效的管控。

（四）傳統(tǒng)木作家具的繼承與發(fā)展

在傳統(tǒng)木作家具的繼承與發(fā)展中，普遍存在大眾對傳統(tǒng)木作家具的認知度不高，興趣度不高等問題?？蓢L試利用Krpano將三維模型庫中制作好的模型制成全景以供展示，將虛擬現(xiàn)實技術運用于木作家具的實例展示，既可以讓人們更加快捷地獲取木作家具的相關立體資料，讓木作家具更為逼真重現(xiàn)，加深大眾對家具形態(tài)的了解。用數(shù)字化理念指導未來傳統(tǒng)木作家具繼承與發(fā)展之路，保存文化標識，從而落實國家文化“軟實力”的增值之路。

結論

傳統(tǒng)木作家具的數(shù)字化保護是立足于中國傳統(tǒng)木作家具研究與現(xiàn)有木作家具設計脫節(jié)的境況，提出了相應的研究方法。深入探索未來木作家具的設計前景，指導未來木作家具的研發(fā)實踐，努力探索新的繼承方式，不僅為傳統(tǒng)木作家具的數(shù)字化保護提供了多元化的形式與手段，同時也為傳統(tǒng)木作家具的傳承與創(chuàng)新提供了可行的實現(xiàn)途徑。

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