基于BIM技术的古建筑修复信息可视化分析_卢丽羽.pdf

江西建材规划设计与勘察1272023年1 月作者简介：卢丽羽（2002-），女，山东临沂人，本科，主要研究方向为工程管理。基金项目：2022年山东省大学生创新创业项目 基于BIM技术的古建筑修复信息可视化以光岳楼为例（项目编号：202210447018）。基于 BIM技术的古建筑修复信息可视化分析卢丽羽，李希峰聊城大学建筑工程学院，山东 聊城 252059摘 要：文中就 BIM技术实现古建筑修复信息可视化的可行性进行分析，结合光岳楼研究 BIM技术在古建筑修复信息可视化中的应用，发挥模型的信息价值，实现古建筑修复信息可视化。关键词：BIM技术；古建筑；修复；可视化中图分类号：TU17 文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0127-03Information Visualization of Ancient Building Restoration Based on BIM TechnologyLu Liyu,Li XifengSchool of Architecture and Engineering,Liaocheng University,Liaocheng,Shandong 252059Abstract:This paper analyzes the feasibility of the introduction of BIM technology to realize the visualization of ancient building restoration information,and studies the application of BIM technology in the visualization of ancient building restoration information combined with Guangyue Tower.Give play to the information value in the model to realize the visualization of ancient building restoration information.Key words:BIM technology;Ancient buildings;Repair;Visualization0 引言古建筑构建精巧，图案精细复杂。如何对古建筑进行保护、修复是近年来众多专家、学者重点研究的课题。传统的古建筑修复方法可能会对古建筑造成二次破坏，且存在精确度低、工作效率低等弊端，无法准确恢复古建筑全貌。运用BIM技术，可对采集到的数据信息进行处理，合理添加修改信息，建立 BIM三维信息模型。同时，基于BIM技术的三维建模，可较为自由地完成修复信息的添加与修改，通过对模型中关键信息进行量化提取，形成古建筑及其构建的数据库。总之，BIM模型作为一个多功能信息平台，发挥其信息价值，可实现古建筑修复信息的可视化。1 古建筑修复现状1.1 中国古建筑的主要特点在世界建筑体系中，中国古建筑以其复杂而优美的构造形成了独特的体系，早在三千多年前，该体系就已初步形成。自原始社会至现代，中国古建筑的发展都体现着独特的结构与布局。从构造角度看，我国古建筑以木材作为主要建筑材料，创造了木构架的独特性，不同层级装饰构建出舒展的形体和恢宏大气的建筑风格。柱、梁、枋、斗拱等各个构建都以数模化的方式创造，一座完整的古建筑由屋基、屋身和屋顶3 大部分组成。现代建筑的框架式结构与古建筑的梁架式结构相同，但由于建筑材料不同，古建筑在历史进程中更容易出现受损、变质等问题。在新时代，为充分发挥古建筑的历史及文化价值，必须采用先进技术和手段对古建筑进行修复。1.2 古建筑修复存在的问题（1）古建筑传统的信息存备方法主要包括文字、表格、彩画、图片、构建大样图等，这些方式过于抽象，直观性不强，且经过较长时间，资料大多不完整，古建筑的属性信息无法完全体现，整体关联性不强。影音类资料相较于前几种储存方式，虽然直观性更强，但无法反映古建筑及其相关构建的精确尺寸数据，无法精确鉴别古建筑相关信息，难以满足修复要求，加大了古建筑修复难度及工作量。（2）虽然古建筑的修复技术自20 世纪70 年代以来有了很大的进步，然而这并不代表古建筑修复品质的提高。当前，中国的古建筑修复水平仍然很低，修复技术还不够成熟。因此，引进新技术修复古建筑，实现古建筑修复信息更高水平的可视化，是近年来众多专家和学者的重点研究课题，也是古建筑修复亟须解决的问题。2 BIM技术实现古建筑修复信息可视化的可行性2.1 BIM技术的概念及特点BIM技术，又称建筑信息模型技术，通过数字化展示建筑项目的结构与功能特性，为建筑项目整个建设过程的种种决策提供可靠依据。BIM技术将三维信息模型作为核心，将项目的各种信息整合到模型中，再通过模型的传送、共享与应用，为建设项目从前期的策划、设计，到施工的运行，再到施工后期维护的全过程，提供贯穿整个生命周期的有力支持。运用 BIM技术构建的三维模型具有信息一致性、关联性、完备性、模拟性、可视化、优化性、协调性、可出图性等8 个特点。2.2 BIM在古建筑三维信息建模中的应用优势古建筑是以各种建筑构件组合起来的，这与 BIM技术中的江西建材规划设计与勘察1282023年1 月搭建形式“族”模型十分契合。BIM技术“建筑生命周期管理”的思想与古建筑保护及修复需求十分契合。在古建筑三维信息模型中，BIM技术的应用具有多方面优势。在古建筑相关数据记录上，传统的CAD只能用来记录古建筑的二维信息，缺少直观性；3DMAX、SU等三维模型，虽具有强大的模型渲染及效果展示能力，但是关于古建筑相关信息的留存，只取其“形”，而没有可以应用的实际“信息”；BIM技术在建模过程中，运用平、立面上的一些简便操作便可直接建立三维模型，省去了二维数据记录的繁琐步骤，信息也更加全面规范，能够将古建筑的历史信息、人文信息以及一些隐含信息都表达出来。在古建筑模型数据共享上，运用 BIM技术建立的模型是各种“族”模型的组合，在构建相同形制的古建筑过程中，可以创造一组相对固定的样式，如梁、柱、斗拱、屋顶，甚至整个结构体系，再调用固定样式中的“族”文件，通过修改属性中事先设定的相关参数就可以得到尺寸不相同的构件。基于 BIM技术的古建筑模型共享，不但可以节省时间，并且有助于对古建筑的构件进行分类整理。3 BIM技术在古建筑修复信息可视化中的应用3.1 研究现状 光岳楼，为古代城防建筑，坐落于国家历史文化名城山东省聊城市古城区中央，于明洪武七年建立，是迄今为止全国现存古代建筑中最古老、最雄伟的木结构楼阁之一，享有“虽黄鹤、岳阳亦当望拜”之誉。与现存的文物建筑，如北京鼓楼、西安钟楼等相比，光岳楼无论从建造时间，还是规模、形制、建筑结构来看，都有过之而无不及1。光岳楼以木材作为主要建筑材料，经历六百多年风雨并保留下来，不单由于其建筑结构，更由于是历代人民用心维护与修复的结果。据史料记录，光岳楼每隔50 年便进行一次大修，明清和民国时期，共进行过11 次大规模的修复。新中国成立后，光岳楼的保护与修复更是得到了政府的重视，先后进行了多次修缮，其中两次规模较大。如今，光岳楼作为国家重点文物，得到了许多专家、学者的关注和研究。业界追求一个综合、全面、长远的设计方案，如此，才能使光岳楼受到更好的保护与修复。3.2 BIM技术应用流程建立 BIM信息模型及平台，是实现信息可视化的关键。（1）通过信息采集获取光岳楼相关信息；（2）对光岳楼进行三维数字建模，建模过程中，根据构件属性的不同进行分类，分别输入不同的信息；（3）以建立的光岳楼信息模型为基础，以设计功能有用性为原则，进行相关信息录入与关联，信息录入时应遵循规范化的方式，方便直接查看和量化调用信息；（4）生成修复生长动画，进行 VR虚拟展示，便于进一步指导修复过程。3.3 实施过程3.3.1 搜集相关数据信息光岳楼的数据信息包括空间信息和属性信息，其中，空间信息主要包含光岳楼的方位、形状、尺寸及比例等空间形态上的信息；属性信息主要包括光岳楼的材料、地域、风格、工艺及施工方法等。按照传统古建筑测绘方法，聊城实地调查过程中收集了大量关于光岳楼的图片信息，便于了解光岳楼的材质及结构外形，为后期模型构建提供参考。对于结构复杂的构件，拍摄后期需对图片进行裁剪，将关键部分进行突出，便于建模。光岳楼破损部分需通过已有部分进行对比修复，因此，前期的图片采集关系到修复结果。通过画光岳楼平面及梁柱结构草图，对光岳楼从整体外观到局部细节进行相关记录。然后通过三维激光扫描仪进行采集，得到满足光岳楼模型建立的点云数据，便于光岳楼表面各点的几何信息快速生成。在获取相关云数据后进行信息整合，为建立光岳楼三维信息模型做前期准备。3.3.2 信息模型的建立 运用 BIM技术完成光岳楼的模型构建，利用 GIS技术提高光岳楼模型的精度，接着利用 Rcvit建立的“族”模型，完成光岳楼修复参数化信息模型。按照其内部结构构件规律进行分类，并将搜集到的光岳楼部分有代表性的构件尺寸信息输入到界面中，作为光岳楼模型建立的关键参数，进而可以总结出其他相似构件的参数，持续总结形成光岳楼的信息数据库，然后利用数据库中的信息建立光岳楼三维信息模型。每次建立构件时，系统都可以在数据库中检索生成相关构件的数据信息。这种建模思路不仅能够完成光岳楼三维信息建模，而且能够计算与修改光岳楼各个结构构件的属性信息，创建光岳楼“族”模型库。3.3.3 对信息进行录入与关联利用 BIM技术建立的光岳楼信息模型，其相关的属性信息极其复杂，涉及各个方面，包括光岳楼本身的建筑材料、光岳楼内部的构建方式、本身的建筑风格。此外，还涉及光岳楼不同时代的地区特征，以及人文方面的价值，还包括光岳楼各构件的尺寸、基准、插入点、相互匹配等数据。属性信息还包含曾经记录光岳楼所绘制的各种图形、大样图、以往的修复情况及修缮记录，所拍摄留存的照片、表面及周围环境信息的各类影视资料。为增强系统的处理效果，需要将这些属性信息与空间信息紧密结合。在录入信息以及对其进行关联的过程中，将光岳楼相关结构构件的规格、材料等相关属性信息进行录入，BIM系统会根据录入的信息进行相关备注，已储存的空间信息与被录入的属性信息会被保存在同一个数据库中。数据库中所有属性信息之间互相关联，便于进行修复及采取补救措施。3.3.4 VR虚拟展示通过 BIM技术的虚拟空间漫游功能，可以了解光岳楼的内部状况。由于光岳楼结构复杂，只通过空间想象难以了解建筑内部实际情况，运用 BIM技术的虚拟情景，可以自定义漫游路径，了解光岳楼内部的实际修复状况，便于更加直观地指导修复进程。同时，光岳楼为聊城市最为著名的景区，将其三维信息模型导入至虚拟漫游程序中，运用 VR展示功能，进行360全景展示，能够让人体验到身临其境的感觉。可以做到真实的浸入式体验，即使不在现场，也能感受到光岳楼的历史文化气息。古建筑虚拟现实情境的制作，一般分为以下几个步骤：（1）收集资料。包括查阅有关文献以及赴当地考察。（2）模型建立。主要涉及建模方法的选择、建模工具和后期的优化。（3）最重要的一点是进行视觉效果的创建。包括如何处理光线、材质选取以及对体积大小的把握等等2-6。4 结语综上所述，相较于其他制图软件，应用 BIM软件建立的古建筑信息模型更加符合实际情况，可视化效果更强，在信息储存与共享方面都具有一定优势，有助于提高古建筑修复的质量。本项目致力于在古建筑修复过程中应用 BIM技术，实现古建筑修复信息可视化，贯穿古建筑修复整个生命周期，是一次创新性尝试，为古建筑保护、修缮和文化传承提供有力的科学技术支持，有助于推动我国古建筑修复领域信息化发展进程。（下转第131 页）江西建材规划设计与勘察1312023年1 月下，结构基础常可采取多种形式，传统的设计和施工分开模式，往往导致设计过程侧重于安全性，高于经济性和工期要求。在EPC总承包模式下，设计单位在初始选取结构方案时，必须考虑安全性、经