揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127

0 前言

隋大業(yè)元年（605 年），隋煬帝廢除揚(yáng)州總管府，改設(shè)江都郡，大興土木修建江都宮［1］。在隋煬帝第二次巡幸揚(yáng)州時，江都宮建成，江都宮是一座規(guī)模巨大的宮殿群，內(nèi)有歸雁宮、回流宮、九里官、松林宮、大雷宮、小雷宮、春草宮、九華宮、光汾宮、楓林宮等宮室［2］。近年來，隨著曹家莊隋煬帝墓，揚(yáng)州城蜀岡古城址的相繼發(fā)現(xiàn)，人們的目光再次聚集在這個短暫的隋王朝。縱觀揚(yáng)州這座古城，發(fā)現(xiàn)其往往伴隨著國家的興盛而繁榮，曾三次到達(dá)鼎盛，第二次鼎盛時期便是隋唐時期。復(fù)原江都宮也就是重新喚起人們對這個繁榮時期的記憶，再次激活隋文化。

建筑本體所保留的信息是復(fù)原保護(hù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)［3］，江都宮建筑保存信息少、史料記載不多，給江都宮的設(shè)計(jì)復(fù)原工作帶來了阻礙。古建筑復(fù)原的不可逆性的特點(diǎn)使得其前期策劃顯得尤為重要而BIM 技術(shù)的協(xié)調(diào)管理、可視化、信息集成等特點(diǎn)，可有效解決傳統(tǒng)前期策劃中的問題。在綜合管廊項(xiàng)目的前期策劃中，BIM 技術(shù)以信息共享的特點(diǎn)，連接各項(xiàng)目參與方，構(gòu)建項(xiàng)目信息共享平臺，打破了之前的信息孤島狀態(tài)，成功的將綜合管廊項(xiàng)目與BIM 技術(shù)相結(jié)合，建立適合于政府投資項(xiàng)目中BIM 技術(shù)應(yīng)用的組織管理形式［4］。因此本團(tuán)隊(duì)以BIM 技術(shù)為核心，研究其在進(jìn)度計(jì)劃管理、數(shù)字化建模、格局復(fù)原等階段的應(yīng)用。

1 研究方法

從物質(zhì)形態(tài)角度出發(fā)，古城復(fù)原可分為實(shí)體復(fù)原和數(shù)字復(fù)原兩種形式。數(shù)字復(fù)原是當(dāng)今科技時代的熱點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對古城項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)原。例如運(yùn)用VR 技術(shù)復(fù)原的羅馬古城，通過其廣角結(jié)合、永久的數(shù)字化信息存儲、三維圖形、行為跟蹤等功能，使得人們足不出戶，就能享受到視覺和聽覺上的饕餮盛宴，并且彌補(bǔ)了歷史的殘缺，古羅馬斗獸場完整重現(xiàn)。張璐于2019 年所探究的菏澤古城復(fù)原研究中發(fā)現(xiàn)，VR 技術(shù)創(chuàng)造的場景兼具感知性、交互性與沉浸性的同時，保留了對文化的追溯與融合。又如，曹靜、李峰于2011 探究的基于GIS 技術(shù)在古城地下管網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)的應(yīng)用中，在策劃階段，將虛擬項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際地址建立起管網(wǎng)的屬性和空間數(shù)據(jù)，優(yōu)化整體設(shè)計(jì)、加速后期施工、便于全周期管理。再者，唐滿于2016 年鉆研計(jì)算機(jī)動畫在漢代古城數(shù)字化復(fù)原的過程中，通過運(yùn)用Maya、3D Max 等技術(shù)對于古城的2D 圖紙進(jìn)行數(shù)字化恢復(fù)與三維重建，使得項(xiàng)目的模型制作趨于精細(xì)、符合歷史原貌，場景的布置、渲染更加自然貼切、古色古香。

同時，數(shù)字復(fù)原也是實(shí)體復(fù)原的基礎(chǔ)，通過此技術(shù)在古城復(fù)原項(xiàng)目前期策劃的綜合運(yùn)用，能夠有效地縮短工期、提高質(zhì)量、壓縮成本。以BIM 技術(shù)為例，通過其在設(shè)計(jì)策劃階段的運(yùn)用，基于其可視化、共享性的特性，便于多用戶同步修改。例如載入與江都宮的同時期建筑模型的斗拱、門窗族，使得宮殿外觀符合歷史原型，也避免浪費(fèi)重復(fù)性制作時間。又如在施工前期策劃的運(yùn)用，Revit 三維模型的客觀真實(shí)以及數(shù)據(jù)的精確性，將其以CAD 格式導(dǎo)出的平面圖可輕松快速地與紙質(zhì)圖紙比對，并精準(zhǔn)購買材料；通過虛擬漫游模式，超前預(yù)見施工過程中可能存在的問題，例如管線搭接是否合理，修正其誤處以節(jié)省開支、節(jié)約人力。

因此，本團(tuán)隊(duì)研究以BIM 技術(shù)為核心的手段，將BIM 技術(shù)的精致微觀性與GIS 的空間宏觀性相結(jié)合，促使江都宮的一棟棟瓊樓玉宇與揚(yáng)州江都宮遺址現(xiàn)狀的真實(shí)地理大環(huán)境合二為一，實(shí)現(xiàn)江都宮古城格局的復(fù)原；以Navaisworks 和Fuzor 兩款方案優(yōu)化軟件作為實(shí)施基礎(chǔ)，以廣聯(lián)達(dá)BIM5D 作為實(shí)施核心平臺［5］，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度控制。

2 江都宮背景研究

隋煬帝曾在揚(yáng)州擔(dān)任10 年總管，登基之后又三次南下?lián)P州，其對揚(yáng)州的喜愛可見一斑，此后揚(yáng)州成為陪都，政治地位上升，由此可見江都宮的規(guī)格之高。

揚(yáng)州城遺址（隋-宋）是中國唯一一座現(xiàn)代化城市和古代城市遺址大部分重疊、整體列為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位的古城址。歷代城池四至清晰，水系完整，反映出城市發(fā)展的歷史脈絡(luò)。今天無論是從揚(yáng)州行政區(qū)劃圖還是從衛(wèi)星遙感圖上，都能清晰地看到呈倒品字形的隋江都宮城、東城、羅城［6］。漢唐時期的城圈大致相同，城門和城內(nèi)道路亦有重疊現(xiàn)象，由此確定江都宮的范圍和主要道路網(wǎng)；在此基礎(chǔ)上本團(tuán)隊(duì)前往揚(yáng)州現(xiàn)有的隋煬帝墓、大明寺等地實(shí)地勘測，并采集相關(guān)圖樣作為圖紙基礎(chǔ)。

3 江都宮復(fù)原前期策劃BIM 核心應(yīng)用點(diǎn)

3.1 城市格局復(fù)原

江都宮歷經(jīng)風(fēng)雨，年代久遠(yuǎn)，目前只能通過考古探測出城墻遺址大樣，因此本團(tuán)隊(duì)在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上搜集相關(guān)歷史資料，與同期的隋代宮殿橫向比較，推測出地形布置，如圖1 所示。（1）將古城的地形布置的dwg文件導(dǎo)入arc gis軟件，利用其瀏覽、分析地理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提取線數(shù)據(jù)，進(jìn)行GIS 建模。（2）Revit軟件具有參數(shù)化設(shè)計(jì)和三維表達(dá)等優(yōu)點(diǎn)，利用Revit 軟件對主要宮殿建筑如歸雁宮、九里宮、大雷宮、小雷宮等進(jìn)行快速參數(shù)化建模。結(jié)合歷史資料分析，歸雁宮作為主宮殿，開間為11 間，屋頂采用廡殿頂。（3）同時橫向比較隋唐時期的宮殿建筑布局，采用先總體再局部、先準(zhǔn)確再模糊的方法，合理推測其內(nèi)部布局，進(jìn)行建模，建模內(nèi)容在下文中介紹。

圖1 江都宮地形布置圖

3.2 重要建筑數(shù)字化建模

采用歷史文獻(xiàn)搜集與實(shí)地踩點(diǎn)調(diào)查相結(jié)合的方法，推測出主要建筑物的名稱、占地面積、樓層高度、層數(shù)、開間等基本信息。在建模時，參考同時期的含元殿建筑，合理推測其建筑材質(zhì)、屋頂構(gòu)造、門窗花紋、斗拱形狀等信息。利用Revit 軟件根據(jù)已有的古城建筑物數(shù)據(jù)開始建模，基于所搜集的信息構(gòu)建大概框架，完成各個宮主殿的建模，如圖2、圖3 所示。Revit 中的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建族具有在項(xiàng)目間傳遞的特點(diǎn)，因此建模過程中將門、窗、斗拱之類的族保存為獨(dú)立的rfa 文件，在建立其他宮殿模型時，通過“插入-載入族”的命令，將族文件導(dǎo)入，節(jié)省了時間，提高了效率。屋頂?shù)慕］^為特殊，需預(yù)先在CAD 軟件中根據(jù)所建建筑的層高繪制出二維圖，之后將dwg 文件導(dǎo)入Revit 軟件中，采用內(nèi)建體量的方式建模。將已建好的模型導(dǎo)入SketchUp 進(jìn)行室內(nèi)和景觀布置，根據(jù)先前推測的布局來整合。之后利用軟件的糾錯功能進(jìn)行模型整改，尤其留意層高、柱子等與現(xiàn)代建筑差異較大的地方，優(yōu)化其工程設(shè)計(jì)。形成一套集建筑物、綠化、道路、河流為一體的可視化的完整古城信息模型，如圖4 所示?；诔醪皆O(shè)計(jì)完成的模型，利用lumion 軟件進(jìn)行后期的渲染，以增加情景效果，如圖5 所示。將模型進(jìn)行整合、貼材質(zhì)等處理后，基于制定的路徑形成三維視頻動畫設(shè)計(jì)，以全方位多角度的效果展示本項(xiàng)目，并為整個古城模型項(xiàng)目數(shù)字建模畫上句號。

圖2 歸雁宮主殿

圖3 殿內(nèi)布局圖

圖4 楓林宮SU 景觀布置圖

圖5 歸雁宮lumion 渲染圖

3.3 鋼筋與土建算量造價實(shí)現(xiàn)總投資估算

江都宮復(fù)原作為大型投資建設(shè)項(xiàng)目，前期的投資估算尤為重要。傳統(tǒng)做法是搜集往年同類型建設(shè)項(xiàng)目的投資數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析總結(jié)然后編制投資估算指引，然而數(shù)據(jù)資料難以搜集且不能確保其準(zhǔn)確性，此時基于BIM 的投資估算可解決此類問題。BIM 技術(shù)可調(diào)用云數(shù)據(jù)歷史積累的資料，可篩選出相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)，結(jié)合本項(xiàng)目的具體情況展開分析。

以鋼筋算量為例，利用相應(yīng)BIM 軟件，由已建好的Revit模型生成STAT 的工程模型，手動錄入或?qū)AD 圖完成鋼筋錄入，可自動套取定額或清單編碼，快速完成土建工程量的計(jì)算。鋼筋算量結(jié)束后進(jìn)入土建算量，可通過BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)土建與安裝系統(tǒng)的融合，通過安裝算量軟件，導(dǎo)入模型后按照安裝設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)水管、電路、水路等土建工程的完成，可同時生成土建工程量與安裝工程量，在此過程中，可根據(jù)BIM 技術(shù)的可視性的特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時修改，保障工程量的正確計(jì)算。

目前國內(nèi)BIM 軟件如魯班算量軟件，都有自動匯總功能，能夠精確地匯總各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，再結(jié)合當(dāng)時市場價格信息，即可完成項(xiàng)目投資估算工作，為項(xiàng)目決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐，也可發(fā)揮指導(dǎo)后期成本控制的作用。

3.4 BIM 進(jìn)度計(jì)劃管理

工程項(xiàng)目管理的重要環(huán)節(jié)之一就是進(jìn)度計(jì)劃的管理，項(xiàng)目造價成本的高低在很大程度上受進(jìn)度計(jì)劃管理好壞的影響。施工過程中數(shù)據(jù)信息交換頻繁，參與方眾多，難免產(chǎn)生信息不對稱的問題，從而影響對實(shí)際施工的進(jìn)度控制。BIM 技術(shù)的三維可視化特點(diǎn)使施工模擬成為可能，通過及早發(fā)現(xiàn)施工過程中的難點(diǎn)，及時改進(jìn)施工組織設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了可視化管理。（1）將Revit 三維模型導(dǎo)入Fuzor 軟件，在其提供的虛擬場景進(jìn)行編輯修改，做出標(biāo)記，最后統(tǒng)一在Revit 模型中修改，由于軟件之間存在關(guān)聯(lián)性，Revit模型的修改也會同步更新到Fuzor軟件之中。（2）將修改后的Revit 模型先導(dǎo)出為nwc 格式，然后與Project編制的進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入到Navaisworks軟件之中，進(jìn)行施工進(jìn)度計(jì)劃模擬。對比實(shí)際進(jìn)度計(jì)劃和計(jì)劃進(jìn)度計(jì)劃兩者差別，對施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。（3）將3D 模型，進(jìn)度信息與其他材料數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入BIM5D 軟件，賦予構(gòu)件以量和價的屬性，以準(zhǔn)確估計(jì)工程量，實(shí)現(xiàn)成本管理。

3.5 項(xiàng)目管理平臺的建立

傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目的項(xiàng)目管理存在管理數(shù)據(jù)冗雜且可追溯性差、數(shù)據(jù)資產(chǎn)匯集難度大、管理效率低且成本高等諸多問題，而通過BIM 技術(shù)建立起項(xiàng)目管理平臺，可以在很大程度上改善以上問題。

在本項(xiàng)目中，本組成員將構(gòu)建項(xiàng)目管理平臺來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目由前期策劃到后期施工及維護(hù)管理全方面的智慧管理。本平臺由項(xiàng)目規(guī)劃、任務(wù)分配、進(jìn)度管理、信息發(fā)布四個模塊組成，其中項(xiàng)目規(guī)劃模塊儲存本項(xiàng)目的基本信息，包括項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目編號、項(xiàng)目工期和相關(guān)文檔、圖紙等，出圖和查閱圖紙可節(jié)約大量時間；任務(wù)分配模塊是由負(fù)責(zé)人將項(xiàng)目進(jìn)行分解，子任務(wù)分配到相應(yīng)的子任務(wù)負(fù)責(zé)人，多方協(xié)調(diào)完成工作，涉及到成本管理和安全管理；進(jìn)度管理模塊以進(jìn)度控制為主，由負(fù)責(zé)人監(jiān)督項(xiàng)目進(jìn)展，合理統(tǒng)籌和調(diào)度項(xiàng)目資源，期間成員將現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度實(shí)時錄入平臺，與進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行比較并采取相應(yīng)措施；信息發(fā)布模塊針對于管理數(shù)據(jù)繁多而生，利用網(wǎng)絡(luò)信息快速及時地反應(yīng)項(xiàng)目中相關(guān)信息，該模塊由公告、論壇、留言等多種形式實(shí)現(xiàn)，不同級別的管理人員有不同發(fā)布權(quán)限，可實(shí)現(xiàn)層層遞進(jìn)的溝通和信息傳達(dá)。

該平臺可通過手機(jī)端進(jìn)行信息查閱和錄入，施工人員若發(fā)現(xiàn)安全問題可直接拍照上傳，追尋責(zé)任人，管理人員可通過查看平臺現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督，提高工作效率。借助該平臺可實(shí)現(xiàn)管理智慧化，達(dá)到項(xiàng)目進(jìn)度的精細(xì)控制，有效降低現(xiàn)場質(zhì)量和安全問題的發(fā)生，節(jié)約大量時間和人力、物力。

4 結(jié)論

三思而后行、謀定而后動，項(xiàng)目策劃是項(xiàng)目建設(shè)、管理、運(yùn)維的不可或缺成分，起著舉足輕重的作用。隨著BIM 技術(shù)的不斷突破與完善，在古城復(fù)原的前期策劃階段，BIM 技術(shù)通過對數(shù)字化建筑模型設(shè)計(jì)、真實(shí)場景與現(xiàn)場布置、進(jìn)度計(jì)劃與物料估算等在項(xiàng)目策劃中的具體應(yīng)用，有效地起到精確模型算量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、渲染加強(qiáng)可視化效果、經(jīng)濟(jì)地節(jié)約資本、合理地安排工期、科學(xué)地結(jié)合實(shí)際等作用，對項(xiàng)目策劃的調(diào)控和引導(dǎo)能力的增強(qiáng)以及項(xiàng)目目標(biāo)的保證程度的提高起到大有可觀的作用。本團(tuán)隊(duì)將BIM 技術(shù)、項(xiàng)目策劃以及古城項(xiàng)目的具體情況加以分析，合理協(xié)調(diào)三者地關(guān)系，并有機(jī)融合，使其效益最大化，推動古城復(fù)原項(xiàng)目的后續(xù)發(fā)展。