王昊， 粘海寧

（1. 秦皇島職業(yè)技術學院；2. 恒萬實業(yè)有限公司）

1 引言

近年隨著經(jīng)濟和技術的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)轉型升級加快，新技術更新迭代，BIM 技術脫穎而出。通過最先進的3D建模和可視化技術，實現(xiàn)項目全生命周期的協(xié)同應用，解決項目在設計、施工、運維中的諸多難題，降低工程建設成本。其發(fā)展勢頭迅猛，在建筑行業(yè)得到廣泛應用，在國外正逐步取代CAD等2D 制圖模式，在國內(nèi)的地位也逐步提升[1]。BIM在常規(guī)建設項目中應用已經(jīng)趨于成熟，但在古建筑的維護應用相對較少，這是BIM 技術應用的一個研究創(chuàng)新點。

2 我國古建筑維護中存在的問題

2.1 我國古建筑維護現(xiàn)狀

古建筑容易受到破壞和損毀，這對我國傳統(tǒng)文化是很嚴重的損失。如何在現(xiàn)代建筑大環(huán)境下對古建筑進行維護是一個亟待解決的問題。BIM技術作為數(shù)字建筑的核心，肩負的責任艱巨重大。早期建筑數(shù)字化技術不成熟，只能通過傳統(tǒng)的施工和測量手段獲取相關數(shù)據(jù)導入計算機設備完成基本模型的創(chuàng)建，雖提供了一定理論基礎但由于受限于建模技術，無法保證數(shù)據(jù)的精準度和模型的可操作性?，F(xiàn)階段的BIM（建筑信息模型）技術更加成熟，可以更好地保證數(shù)據(jù)的準確性和信息的完整性。

2.2 BIM技術在我國古建筑建模和維護中的重要意義

BIM 技術在我國古建筑的建模和維護中，具有重要的意義。從理論角度來講，現(xiàn)階段國內(nèi)BIM 在古建筑中的應用相對較少，針對這個方向的研究可以填補現(xiàn)階段國內(nèi)的理論研究空白[2]。

研究BIM 技術在中國古建筑維護應用，從現(xiàn)實角度來講具有以下幾點重要意義。

①通過BIM 技術在應用過程中的具體狀況，總結古建筑建模維護中的疑難問題和解決方案。

②對古建筑文化傳承起到推動作用，采用先進的BIM技術，保證相關數(shù)據(jù)信息的完整準確性，真實還原其建筑結構特點，客觀反映其建筑風格和建筑文化。

③通過BIM 技術，保存古代建筑的數(shù)據(jù)和信息資料，為現(xiàn)代仿古建筑的設計施工提供更可靠、更權威的數(shù)據(jù)資源，使未來的仿古建筑項目建設有跡可循，不再盲目。

3 基于BIM技術的古建筑建模實施

3.1 基本信息資料獲取

該建筑建模側重土建部分，即建筑和結構部分，在建模實施前應當收集完備的數(shù)據(jù)信息，古建筑由于歷史年代久遠，一部分數(shù)據(jù)信息缺失，須對其進行測繪獲取尺寸等信息。尤其對于上百年甚至上千年的殿閣型木質(zhì)結構建筑，須對其建筑比例和尺寸作出分析。與常規(guī)建筑物不同的是，古建筑除了需要對常規(guī)構件進行建模之外，關鍵在于特殊族的創(chuàng)建[3]。

3.2 族文件創(chuàng)建

古建筑中存在大量的屋脊、枋、檁條、瓦當、鴟吻、斗拱等特殊構件，這一類構件我們稱之為特殊族。因其形式各異，且曲線弧線居多，族的參數(shù)化和創(chuàng)建難度更高，有時需用體量加以輔助。使用REVIT 對構件和族的屬性進行調(diào)整，對新建族賦予不同的材質(zhì)屬性和顏色。軟件包含大量的材質(zhì)庫，在建筑部分主要分為外觀材質(zhì)和物理材質(zhì)，可以調(diào)整構件外形的反射率、凹凸程度、透明度、渲染程度等參數(shù)，但不具備物理屬性。物理材質(zhì)庫中所選材質(zhì)除了基本外觀屬性，還包括材料型號、熱傳導率、比熱、密度、滲透性等物理屬性和機械屬性，為模型后期使用時提供準確的參數(shù)信息，可應用于碰撞檢查、能耗分析、計量計價和成本控制等環(huán)節(jié)。

4 基于BIM 技術的古建筑維護應用分析

4.1 構件族參數(shù)標準化

建筑構件族參數(shù)標準化主要包括族編碼標準化、族名稱標準化、材質(zhì)屬性信息標準化、族類別標準化等。須建立構件結果緩沖區(qū)列表，并確保族名稱的完整性和獨立性。建立數(shù)據(jù)庫規(guī)范材質(zhì)的物理信息和外觀屬性。規(guī)范構件族的類別，以本建筑為例，主要涉及屋脊、斗拱、梁架、柱臺等族類別的標準化創(chuàng)建，斗拱樣例族模型見圖1所示。

圖1 REVIT界面下斗拱構件樣例族模型

BIM軟件典型優(yōu)勢即可對新創(chuàng)建的古建筑構件族作參數(shù)保存，插入或鏈接到下一個建模應用中，以提高工作效率。

4.2 BIM模型3D可視化應用分析

4.2.1 可視化應用加強

SKETCH UP 和3Dmax 都可以實現(xiàn)虛擬3D 可視化，但是古建筑涉及構件族種類眾多，參數(shù)信息煩瑣，對建筑的運維等應用存在一定局限。模型可以更好地解決上述問題，有效防止信息缺失和信息鏈斷裂，見圖2所示。

圖2 渲染前模型細部構造著色狀態(tài)模擬

4.2.2 虛擬可視化設計分析

通過采用BIM技術，對古建筑整體建筑風格、建筑布局、材質(zhì)顏色、細部構造進行深度分析和還原，再利用漫游等動態(tài)視頻加以輔助，更加直觀和多角度地反映某細部構造的做法，便于優(yōu)化施工方案，加強建筑構件維護。

5 BIM技術輔助古建筑工程維護實施

5.1 施工方案動態(tài)模擬

在已創(chuàng)建3D建筑信息模型的基礎上，動態(tài)分解施工環(huán)節(jié)甚至施工工藝的流程，針對古建筑維護常出現(xiàn)的施工重難點或技術問題，作出詳盡的施工模擬和數(shù)據(jù)分析。甲方對已制定施工組織設計進行建設預演，對施工方案和進度進行調(diào)整完善。該古建筑維護的重難點是時間節(jié)點和施工工藝的掌控，通過BIM 進行施工方案的動態(tài)模擬和方案優(yōu)化，提升了項目實施的安全性和可控性。

5.2 工程災害分析模擬

將模型導入特定災害分析軟件中，針對各類災害進行模擬，對各種突發(fā)狀況進行分析模擬，利用BIM完善災害應對措施，制定救援方案，提升救援效率。比如救援車輛和救援方式的選擇，救援道路布置和場內(nèi)協(xié)調(diào)疏散，對建筑內(nèi)已有文物如何快速有效轉移等諸多應急方案，利用BIM 模型為救援單位提供詳盡數(shù)據(jù)信息，可以在有限的時間內(nèi)協(xié)助消防、搶險、醫(yī)院等救援單位緊急制定救援方案，避免最大損失。

5.3 BIM技術和古建筑工程維護的有機結合

如何處理好新技術和建筑維護之間的關系，實現(xiàn)二者的有機統(tǒng)一，將直接影響到方案可行性和維護效果。采用BIM 技術，是一個將古建筑從實體轉換為建筑信息模型，再利用參數(shù)化的建筑模型，輔助制定各類方案和實現(xiàn)工期成本控制的過程。采用數(shù)字化手段，對古建筑的相關數(shù)據(jù)信息進行記錄保存，將對古建筑的研究和保護起到重要作用。

6 結論與展望

6.1 結論

6.1.1 建模分析

以河北省內(nèi)某古建筑為例，通過使用BIM 軟件REVIT，構建古建筑3D 可視化模型和各類族模型，對特殊構件族建模作出分析，通過實際應用，體現(xiàn)出BIM技術在古建筑建模中的優(yōu)勢和特點。

6.1.2 應用分析

本文對BIM技術在古建筑維護中的應用效果作出分析，主要包括場地環(huán)境、可視化應用、施工模擬、災害模擬等。對亟待解決的古建筑維護領域的問題提出了應對措施。對同類古建筑的建模維護應用起到了推動作用。此外，本文對仿古建筑的建設有重要的借鑒意義。

6.2 不足與展望

本文通過BIM技術對河北省內(nèi)某古建筑進行建模分析應用。展示BIM技術在古建筑建模和維護中的重要作用。但由于古建筑維護工程本身涉及多專業(yè)、多學科，尚有進一步研究空間。主要有如下2點。

1）建模參數(shù)化待完善

建模過程中獲取和生成的大量數(shù)據(jù)信息，對于這些信息保存和完善的工作量較大，由于建模時間問題，建模過程中有些構件的數(shù)據(jù)只能保證其準確性，但是未能導入?yún)?shù)化。今后需要進一步完善模型和構件參數(shù)化，利于提升同類族的建模效率。

2）建模應用待加強

BIM 技術在建筑異形結構處理中，古建筑構件細部構造出現(xiàn)異形的概率非常高，對于這一類異形構件的建模相對復雜，在模型導入分析應用的時候易出現(xiàn)問題，需進一步研究。

總而言之，BIM 技術是建筑行業(yè)內(nèi)非常實用的新技術，在古建筑中的應用中體現(xiàn)強大優(yōu)勢。但BIM 技術只是一種項目建設的輔助手段，不管是在現(xiàn)代建筑還是古代建筑中，其終極目標都是工期、成本、安全控制和風險預判。只有將BIM 技術和工程實踐應用深度融合，才能實現(xiàn)方案的最大優(yōu)化。