文｜中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司 李杰 許穎 吳莎冰 王金科

通過(guò)建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）實(shí)現(xiàn)建筑在虛擬空間中的映射，實(shí)現(xiàn)其“數(shù)字孿生”，目前已經(jīng)在工程建設(shè)領(lǐng)域深入應(yīng)用。歷史建筑方面，結(jié)合精細(xì)測(cè)繪與HBIM（Heritage BIM），也能夠構(gòu)建其“孿生”建筑，并通過(guò)BIM 軟件的檔案整合、仿真模擬等功能，結(jié)合傳感器的應(yīng)用，為其保護(hù)與修繕提供參考。由于戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害、城市拆遷、建筑不敷使用等多種原因，有許多優(yōu)秀的建筑已經(jīng)被毀損、被拆除。在不刻意仿古、不改變遺存現(xiàn)狀的情況下，利用BIM 技術(shù)，同樣可以實(shí)現(xiàn)這些建筑的“數(shù)字重生”，重現(xiàn)記憶，并實(shí)現(xiàn)其在虛擬空間內(nèi)的活化利用。針對(duì)曾在武漢市民心中占據(jù)重要地位的武漢展覽館（武漢中蘇友好宮）開展的“數(shù)字重生”實(shí)踐，通過(guò)數(shù)字展覽的形式實(shí)現(xiàn)了其活化利用。

1.武漢中蘇友好宮概覽

武漢中蘇友好宮于1955年11月16日破土動(dòng)工，1956年3月15日建成。它是“一五”期間繼北京、上海和廣州之后建設(shè)的第四個(gè)中蘇友好宮，為展示蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展的成就而設(shè)計(jì)。建筑占地面積11萬(wàn)平方米，主樓建筑面積23085 平方米。主樓共四層，總高度25 米，是當(dāng)時(shí)武漢最壯觀的建筑之一。

中蘇友好宮及周邊的景觀體現(xiàn)了20世紀(jì)50年代蘇式建筑在中國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)。蘇聯(lián)建筑最典型的特點(diǎn)是類似于新古典主義建筑的三段式設(shè)計(jì)。建筑呈中軸對(duì)稱，主樓（工業(yè)館）為四層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，兩翼（農(nóng)業(yè)館、文化館）為兩層混合結(jié)構(gòu)。各種精美的柱式、屋檐和室內(nèi)天花板構(gòu)件，使這種蘇式建筑復(fù)雜而不繁瑣、高雅而有品位。厚厚的外墻使建筑保持了良好的保溫性能。通過(guò)這些設(shè)計(jì)手法，武漢中蘇友好宮展現(xiàn)了一種莊嚴(yán)、堅(jiān)固和精致的感覺(jué)。

中蘇友好宮隔寬達(dá)60 米的解放大道與著名的武漢中山公園相望。公園建于1910年，最初是武漢“地皮大王”劉歆生的私家花園。公園1927年被國(guó)有化，1929年起開始對(duì)公眾開放，是中國(guó)最早的現(xiàn)代公園之一。中山公園內(nèi)，建筑風(fēng)格主要為希臘、羅馬及拜占庭式，但其大門為1956年重新設(shè)計(jì)，是蘇聯(lián)風(fēng)格。重修的中山公園大門為配合中蘇友好宮及其廣場(chǎng)的功能，頂端設(shè)置了觀景臺(tái)。公園大門—解放大道—中蘇友好宮的整體景觀成為了武漢當(dāng)時(shí)群眾慶賀游行等大型活動(dòng)的中心。

1953年，蘇聯(lián)專家巴拉金為武漢起草了第一份城市規(guī)劃草案，其中包括了武漢的中軸線。按照巴拉金的方案，武漢城市軸線西起中山公園門前的人民廣場(chǎng)（即中蘇友好宮——武漢展覽館所在地），經(jīng)南岸嘴渡江抵武昌江邊，再經(jīng)洪山廣場(chǎng)到達(dá)武漢大學(xué)。這是武漢城市規(guī)劃中的第一個(gè)城市軸線設(shè)計(jì)，將武漢三個(gè)獨(dú)立的城鎮(zhèn)聯(lián)結(jié)成一個(gè)共生發(fā)展的集群。武漢的城市擴(kuò)張也最初沿著這條軸線推進(jìn)。

2.拆除與數(shù)字化重建的設(shè)想

1966年，由于國(guó)際形勢(shì)變化和中蘇關(guān)系的破裂，中蘇友好宮改名為武漢展覽館（簡(jiǎn)稱“武展”）。到了80年代末期，展覽館東西兩翼的展廳天棚開始漏雨，中央大廳主樓外墻也因地質(zhì)不均勻沉降導(dǎo)致了局部墻體開裂。經(jīng)過(guò)修繕之后，武展仍然不敷使用。1995年4月，武展因外商計(jì)劃投資興建多功能大型建筑而被拆除。但1997年亞洲金融風(fēng)暴導(dǎo)致投資受阻，許多武漢市民愈發(fā)為其拆除而感到惋惜，這一個(gè)區(qū)域的景觀也從此發(fā)生了根本性的變化。中山公園的蘇式大門在解放大道加建高架之后變得更加孤立，這一整體性的中心廣場(chǎng)就此被分割開來(lái)。

在武漢展覽館的拆除不斷引起回憶和反思的今天，城市更新的“留、改、拆”問(wèn)題極受關(guān)注。本項(xiàng)目通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)展覽館進(jìn)行數(shù)字化重建，也希望能藉此喚醒人們對(duì)于建筑及城市景觀的記憶。

BIM (Building Information Modeling)，最早由Charles Eastman 于1975年提出。其意義在于將從前期的概念設(shè)計(jì)、施工圖到竣工后的建造過(guò)程和建筑運(yùn)行的所有信息進(jìn)行整合。所有參與項(xiàng)目的人員都可以利用模型的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而提高工作效率和準(zhǔn)確性，降低項(xiàng)目成本。

由于建筑遺產(chǎn)的復(fù)雜性和科學(xué)性，以及需要處理大量的建筑信息、不斷更新和管理新的建筑信息，BIM 的優(yōu)勢(shì)由此凸顯出來(lái)。HBIM 是專門用于建筑遺產(chǎn)保護(hù)的BIM 的一個(gè)分支。它與新建筑項(xiàng)目最大的區(qū)別在于處理現(xiàn)有建筑遺產(chǎn)和周圍環(huán)境的方式。

HBIM 項(xiàng)目主要分為三個(gè)步驟:初步綜合調(diào)查與評(píng)估、BIM 建模與數(shù)據(jù)生成、干預(yù)策略研究。

初步調(diào)查的重點(diǎn)不僅是歷史建筑遺產(chǎn)本身，還包括建筑遺產(chǎn)所在的城市和文化評(píng)價(jià)。對(duì)既有建筑與歷史建筑傳統(tǒng)的調(diào)查方式是人工測(cè)量，建筑細(xì)節(jié)上的美學(xué)、復(fù)雜性和獨(dú)特性往往被忽視。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用三維激光掃描設(shè)備和無(wú)人機(jī)，可以對(duì)復(fù)雜的歷史建筑進(jìn)行精確的三維激光掃描，并將大量數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)設(shè)計(jì)軟件，生成精確的建筑模型。但是對(duì)于已經(jīng)被破壞、拆除的建筑，就只能根據(jù)歷史資料和存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。武漢展覽館的數(shù)字化重建就是采用了這種方法。

3.武漢展覽館的數(shù)字建模

武漢中蘇友好宮的設(shè)計(jì)由武漢城市建筑設(shè)計(jì)院（今中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司）承擔(dān)，由主任工程師黃康宇擔(dān)任項(xiàng)目設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人，蔡德莊、唐覺(jué)后、楊繼業(yè)等設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)。本次數(shù)字建模使用了設(shè)計(jì)院保存的原始圖紙作為基礎(chǔ)，恢復(fù)了這座建筑中蘇友好宮時(shí)期的全貌，包括“中蘇友好宮”字樣、門楣上的“蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)及文化建設(shè)成就展覽會(huì)”標(biāo)語(yǔ)，和大門左右兩側(cè)的中、俄文標(biāo)語(yǔ)——“中蘇兩國(guó)人民牢不可破的友誼萬(wàn)歲”及木門上的中俄文“和平”“友誼”字樣。

建筑初步的繪制使用Rhino 軟件進(jìn)行，用于將原始平面圖、立面圖和剖面圖轉(zhuǎn)換為3D。建模工作由Rhino 軟件中的BIM 插件Visual ARQ 輔助。借助Rhino 軟件強(qiáng)大的建筑建模設(shè)計(jì)功能，利用Visual ARQ 在進(jìn)行特殊的建模設(shè)計(jì)時(shí)，可以幫助輸入關(guān)鍵的建筑模型信息。

基于Autodesk BIM 系列軟件優(yōu)秀的流程系統(tǒng)，選擇Revit 軟件作為BIM 模型的輸出軟件。項(xiàng)目將在Rhino 中完成的建筑模型導(dǎo)出為帶有建筑信息的.ifc 格式文件，然后導(dǎo)入到Revit 軟件中進(jìn)行BIM 模型和建筑信息深化工作，進(jìn)而完成相應(yīng)的MEP 機(jī)電和管道設(shè)計(jì)。

數(shù)字建模的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在紋理的選擇和細(xì)節(jié)的再現(xiàn)上。雖然原始圖紙中包括文字、花飾、柱、燈、地坪、線腳等處的大樣圖，但是建筑立面材質(zhì)、內(nèi)部裝飾等細(xì)節(jié)需要更多的支撐才能進(jìn)行更貼切地還原。項(xiàng)目組搜集了與武展相關(guān)的歷史照片，并進(jìn)行了一系列的訪談，獲取了口述史材料，并結(jié)合同一時(shí)期設(shè)計(jì)的北京、上海、廣州三處中蘇友好宮的歷史圖片和現(xiàn)狀細(xì)節(jié)，對(duì)武展的相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行了推斷。調(diào)研過(guò)程中，項(xiàng)目組接觸到了位于武展原址、竣工于2001年的武漢展覽中心（簡(jiǎn)稱“新武展”）的業(yè)主方漢商集團(tuán)的負(fù)責(zé)人。漢商集團(tuán)在近期對(duì)新武展的裝修中，留出一層，專門以老武展的風(fēng)格進(jìn)行了裝修，“恢復(fù)”了一個(gè)蘇式會(huì)議廳、一個(gè)休息室和一系列具有老武展風(fēng)格的景觀元素。根據(jù)項(xiàng)目組對(duì)該負(fù)責(zé)人的采訪，裝修前他調(diào)研了北上廣的三處中蘇友好宮，收集了風(fēng)格、材料、象征元素和室內(nèi)設(shè)計(jì)的資料，并根據(jù)這些資料定制了裝修中使用的燈具、地毯等相關(guān)材料。對(duì)老武展的BIM 建模中，也借鑒了“新武展”恢復(fù)的蘇式元素。

完成后的模型還原了展覽館前的中心廣場(chǎng)、綠化及荷花型噴水池。建筑外立面采用原設(shè)計(jì)的米黃色水刷石飾面，內(nèi)部中央大廳還原了花飾、水磨石地坪及八角穹頂，配色、燈飾則參考了廣州展覽館及“新武展”的布置。中央工業(yè)館還原了18 個(gè)圓拱、30 米跨度的拱形薄殼結(jié)構(gòu)及四邊二層回廊，內(nèi)部裝飾及風(fēng)格參考了上海展覽館的大廳。兩翼農(nóng)業(yè)館和文化館還原了兩層樓的建筑式樣。

4.“數(shù)字重生”：數(shù)字博物館

由于武漢展覽館承載了豐富的市民情感，其HBIM 模型需要展示給大眾才能達(dá)到最好的效果。由于這一建筑過(guò)去的主要功能是舉辦展覽及展會(huì)，目前的建筑模型也最好能夠?qū)崿F(xiàn)同一功能，并兼顧建筑賞析。

最終，項(xiàng)目組將完成后的武漢展覽館轉(zhuǎn)化成數(shù)字展廳，并布置了“大城崛起——張之洞督鄂興漢紀(jì)念展”。雖然在模型內(nèi)可以直接觀展，但是為了達(dá)到更好的網(wǎng)絡(luò)傳播效果，通過(guò)輸出模型全景圖片，導(dǎo)入通用的在線全景平臺(tái)，添加了文字、圖片及語(yǔ)音導(dǎo)覽，從而完成了模型的輕量化展示和網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。該數(shù)字博物館展廳的特點(diǎn)如下：第一，展覽基于HBIM 模型設(shè)置，展覽流線可以按需排布，在模型內(nèi)以構(gòu)建墻壁的方式搭建，結(jié)合武展工業(yè)廳原有的拱頂大空間，可以舉辦大型線上展覽。第二，展廳一層與二層可結(jié)合布展，也可分開布置專題展覽。展廳具有可復(fù)制性，每一個(gè)展覽可以作為子模型單獨(dú)留存，隨時(shí)可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行訪問(wèn)。第三，由于數(shù)字展覽的特殊性，可直接在展覽中放置視頻、動(dòng)圖等在傳統(tǒng)展覽中需要通過(guò)特定設(shè)備展示的資料，與傳統(tǒng)展覽相比成本更低、效果更好。第四，由于數(shù)字模型可以在瀏覽時(shí)選擇需要觀測(cè)的具體位置，建筑的細(xì)部能夠直接拉近、放大，也可以通過(guò)高清照片、視頻等形式多角度展示，可以更加具象、突出地展示在瀏覽者面前展現(xiàn)建筑的科學(xué)價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值。

除布置展覽外，武漢展覽館的HBIM模型還可以用于3D 打印，便于收藏歷史記憶。結(jié)合數(shù)字模型與VR、AR 等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠獲得良好的虛擬體驗(yàn)，便于后續(xù)結(jié)合相關(guān)軟件在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行虛擬展會(huì)或者開發(fā)相關(guān)游戲。