李昶嶸

（太原師范學院管理系， 山西 晉中 030619）

0 引言

傳統(tǒng)村落民居建筑是傳統(tǒng)村落文化的主要物質(zhì)載體，承載著本地居民的生活智慧和地域文化。由于年久失修、技藝失傳、現(xiàn)代化改造、自然災(zāi)害等原因，傳統(tǒng)民居的建筑本體很容易遭到破壞，嚴重影響了傳統(tǒng)村落的整體風貌。

利用BIM 技術(shù)繪制傳統(tǒng)村落民居建筑，可以將建筑實體通過數(shù)字化方式轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)，通過建立傳統(tǒng)村落民居建筑信息數(shù)據(jù)庫，掌握傳統(tǒng)村落民居建筑的現(xiàn)狀，并進行有效的保護、管理與利用。本文嘗試探索BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)村落民居建筑保護中的應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)村落民居建筑在保護中存在的問題和指導改造更新與活化利用提供借鑒與建議。

1 BIM 技術(shù)在建筑建模中的應(yīng)用

運用傳統(tǒng)的建筑軟件，例如Autodesk CAD，雖然能繪制出建筑的二維圖形，但無法精確地展示其三維空間，再如SketchUp，雖然能得到建筑的三維模型，但是無法精確地反應(yīng)各個構(gòu)件之間的模數(shù)關(guān)系。與上述軟件相比，通過基于BIM 技術(shù)軟件建立的模型既可以展現(xiàn)靜態(tài)信息，又可以包含動態(tài)的信息，如建筑物的侵蝕、沉降、變形等。傳統(tǒng)民居建筑較為確定的結(jié)構(gòu)尺寸及規(guī)律的模數(shù)制，各式參數(shù)類型由各種尺寸之間函數(shù)約束關(guān)系定義，有利于實現(xiàn)即時性建筑三維模型的參數(shù)化。BIM 的建模理念與技術(shù)支持使參數(shù)化的構(gòu)件庫的實現(xiàn)及實際應(yīng)用有了可行性。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)村落民居建筑和整體風貌的保護中，貫穿于建筑的全生命周期，可以使傳統(tǒng)村落得到更加科學合理的保護，使遺產(chǎn)保護工作更高效。

2 BIM 技術(shù)研究現(xiàn)狀

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種在信息技術(shù)與建造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的建筑工具，能將建筑信息化、模擬化和虛擬現(xiàn)實化。通過Revit Architecture 軟件，可以從模型圖元、注釋符號圖元、視圖圖元與數(shù)據(jù)庫四方面對古建筑構(gòu)件族進行參數(shù)化模型的建立[1]，Revit Architecture 軟件的尺寸驅(qū)動功能非常適合具有嚴格模數(shù)的古建筑進行建模[2]。通過不同新技術(shù)的綜合運用，可在BIM 中對古建筑構(gòu)件信息進行標準化分類整理，建立古建筑的參數(shù)化模型，并與其他軟件平臺鏈接形成數(shù)據(jù)庫，為古建筑修繕保護與利用提供客觀具體的信息資料，實現(xiàn)古建筑信息全生命周期的管理[3-6]。

綜上所述，雖然在我國BIM 技術(shù)在古建筑保護中的應(yīng)用依舊有限，但可操作性和應(yīng)用的價值已得到一定程度上的認可，持續(xù)探索BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)村落民居建筑保護中的應(yīng)用路徑具有重要的意義。

3 BIM 技術(shù)在山西傳統(tǒng)村落民居建筑保護中的應(yīng)用分析

Revit Architecture 軟件是BIM 技術(shù)主流的軟件之一，集合了BIM 平臺的各種功能，是一種綜合性的分析軟件。該軟件中族功能的應(yīng)用，在記錄建筑屬性以及有關(guān)信息上起著重要的作用。BIM 建筑信息模型是一個數(shù)字化的三維模型，由族庫里的族構(gòu)件（梁、柱、墻、枋、門、窗）等構(gòu)成，可以通過對族的設(shè)置，對傳統(tǒng)建筑如四合院進行參數(shù)化轉(zhuǎn)化[7]，建立具有空間與屬性數(shù)據(jù)的虛擬三維模型。傳統(tǒng)民居建筑測繪的構(gòu)件數(shù)據(jù)、建筑結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、物理受力分析也能完整地記錄在模型當中。

3.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用的基本操作步驟

3.1.1 傳統(tǒng)民居建筑信息收集及分類

山西傳統(tǒng)村落民居建筑形式多樣，科學合理的對信息進行收集和分類有利于信息的管理和模型的建立，可將民居建筑信息統(tǒng)一劃分為建筑構(gòu)件信息和環(huán)境信息。

3.1.2 建立傳統(tǒng)民居建筑構(gòu)件庫

在信息收集和分類整理的基礎(chǔ)上，通過參數(shù)化可以實現(xiàn)族構(gòu)件的建立。對相同建筑上的不同構(gòu)件、不同建筑上的相同構(gòu)件進行信息標準化。信息標準化主要包括編碼、分類、關(guān)鍵信息標準等。

3.1.3 傳統(tǒng)民居建筑信息數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建

在建立傳統(tǒng)民居建筑構(gòu)件庫的基礎(chǔ)上，通過Revit Architecture 軟件建立傳統(tǒng)民居建筑幾何模型，實現(xiàn)對建筑的可視化呈現(xiàn)和整體性信息保存。

3.2 BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)村落民居建筑建模中的應(yīng)用

3.2.1 案例地概況

山西谷戀村位于祁縣賈令鎮(zhèn)，以文化名人多、歷史文化底蘊深厚而著稱，是較早被評為“山西省歷史文化名村”的傳統(tǒng)村落之一。與相距不遠的著名景點祁縣喬家大院不同，谷戀村商業(yè)開發(fā)程度較低，基本維持了百姓生活居住的功能，傳統(tǒng)民居建筑保存基本完好，建筑更能體現(xiàn)傳統(tǒng)汾河流域四合院民居的形制，見圖1，圖2；三維模型見圖3。

圖1 谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居

圖2 谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居航拍圖

圖3 谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居三維模型

3.2.2 谷戀村四合院的模型建構(gòu)

Revit Architecture 軟件中，族是構(gòu)成項目的基本元素。在創(chuàng)建模型過程中，需要根據(jù)實際情況創(chuàng)建自定義族。傳統(tǒng)民居建筑有很多異形結(jié)構(gòu)，需要創(chuàng)建族構(gòu)件來完成，對于復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)，根據(jù)點云數(shù)據(jù)可以直觀地還原真實形態(tài)，有助于族構(gòu)件的創(chuàng)建。

在BIM 應(yīng)用中，不同的構(gòu)件之間存在著一定的上下層級關(guān)系，比如本文中的筒瓦就有：類別（瓦）——族（筒瓦）——類型（斜鋪）——實例（建模中存在的屋頂筒瓦），所以，在最終進行建模之前，需要對不同構(gòu)件進行分類和記錄。結(jié)合Revit Architecture 軟件中的設(shè)置和谷戀村四合院的具體情況，可將構(gòu)件族分為主體族、構(gòu)件族和特殊族。

表1 谷戀村四合院Revit 族分類列表

（1）主體族。谷戀村四合院的主體結(jié)構(gòu)主要由梁、柱、板三部分構(gòu)成。在Revit Architecture 軟件中，可以找到對于這三種構(gòu)件的相應(yīng)族文件，通過測量四合院中梁、柱、板的尺寸數(shù)據(jù)，在軟件中進行錄入與構(gòu)建，做成獨立的族放入到相應(yīng)的文件中。

（2）構(gòu)件族。在谷戀村四合院中，除梁、柱、板以外，建筑上的墻、門、窗等部分都屬于構(gòu)件族之列，可根據(jù)Revit Architecture 中“門”和“窗”進行創(chuàng)建。比如四合院的“窗”族的建立，首先對窗的尺寸數(shù)據(jù)進行記錄，創(chuàng)建時必須對窗的高度、寬度進行控制，還需要對雕飾部分的花紋等細節(jié)進行處理，對各種構(gòu)件進行詳細的參數(shù)化記錄。

（3）特殊族。特殊族主要包括建筑的異形結(jié)構(gòu)和細部構(gòu)造。比如，依附于梁、柱上的脊、望板、瓦等。由于這部分在建模過程中技術(shù)操作上的特殊，而且Revit Architecture 軟件并沒有專門的族來創(chuàng)建，所以要定義特殊族來制作這些構(gòu)件的樣板。

依據(jù)CAD 與Revit Architecture 軟件對最終模型進行了合模，實現(xiàn)了四合院整體模型的展現(xiàn)。見圖4，圖5。

圖4 由BIM 模型生成的谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居剖面圖

圖5 基于Revit Architecture 的谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居模型圖

4 結(jié)束語

在傳統(tǒng)民居建筑保護的過程中，BIM 技術(shù)可以通過建立三維模型的方式記錄并保留現(xiàn)有建筑信息，對于實現(xiàn)傳統(tǒng)民居建筑信息化、數(shù)字化發(fā)揮著重要的作用。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅有利于提升傳統(tǒng)民居建筑保護的科學技術(shù)水平，還可以推動傳統(tǒng)民居建筑管理水平的提高。

傳統(tǒng)民居建筑的保護原則是保持其真實性和完整性，但是在現(xiàn)有傳統(tǒng)村落和古建筑保護相關(guān)法規(guī)中，并沒有針對傳統(tǒng)村落建筑修繕保護和活化利用的程度和范圍提出明確的要求，尤其是在部分地區(qū)“標本式凍結(jié)式”的保護要求之下，造成了“房壞不敢修,房倒不能修”的現(xiàn)象，一定程度上阻礙了居民生活水平的提高和傳統(tǒng)建筑活化利用的效果。應(yīng)當在保證建筑信息數(shù)據(jù)得到完整、真實的記錄后，放寬改造更新的標準，在一定程度上鼓勵進行傳統(tǒng)村落民居建筑的改造與更新。改造完成后，應(yīng)當及時記錄和上報改造更新后的形態(tài)，更新在古村落建筑檔案數(shù)據(jù)庫中，以便后期追溯更新歷史，在需要時恢復(fù)古建筑原貌。這樣的記錄可以更好地動態(tài)管理傳統(tǒng)村落民居建筑的保護與利用，提升活化利用的質(zhì)量與效果，為鄉(xiāng)村振興的發(fā)展提供更好的條件。