BIM技术在古建筑保护与修缮中的应用——以泰来面粉厂项目为例.pdf

2023年8 月BIM技术在古建筑保护与修中的应用以泰来面粉厂项目为例陈彦博宗宗光杰2（1.南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州2 2 5 3 0 0;2.江苏福宇园林建设有限公司，江苏泰州2 2 5 3 0 0）摘要：作为文明古国，中国出现了大量的古建筑，随着岁月的流逝，现存的古建筑出现了不同程度的损毁。古建筑的保护与修问题愈发受到重视。本文主要研究BIM技术在古建筑保护与修中的应用，以泰来面粉厂项目为基础，通过BIM技术进行三维模型创建、细部构件模型创建、效果图创建、漫游动画创建。通过三维可视化的技术优势，更好地服务于古建筑的保护与修一系列问题。关键词：BIM技术；可视化；古建筑保护0引言古建筑是指具有历史意义的建国之前的民用建筑和公共建筑，其包括民国时期的建筑。中华文化有上下五千年之久，作为世界四大文明古国之一，大量的文物、建筑在时间长河中流失，当然也有很多得以留存，保护好古建筑是一项重要的课题。1古建筑保护与修的现状近代中国对于文化遗产的保护意识逐步加强，很多古建筑诸如长城、明清故宫、莫高窟、布达拉宫、福建土楼等都已经成功申遗。古建筑承载着悠久的中国文化，留存至今实属不易，只有将文物保存下来才能体现出其历史、艺术、科学的价值。因此后期的保护与修工作显得尤为重要，对破损较严重的古建进行结构加固及构建修，延长其寿命是古建修中关键的一环。古建筑的保护与修需要数据的支撑，需要尽可能还原原始的建筑形式，结构形式。测绘技术从梁思成先生测绘蓟县独乐寺时期的纯人工现场实测，到现在先进的数字摄影测绘、激光测绘、红外测绘等。当然很多时候会存在数据的缺失情况，此时则需要依靠老一辈的建筑工匠，通过经验将其尽可能还原。2应用研究存在问题多数古建筑在建造时期的图纸并不能有效保存，基金项目：1.2 0 2 1年泰州市园林绿化科技创新项目，BIM技术在泰来面粉厂保护与修中的研究与应用。2.泰州市科技项目，BIM技术在道路交通安全评价中的应用研究，编号：TS201920。作者简介：陈彦博（19 9 0 一），男，汉族，江苏泰州人，讲师，硕士研究生。研究方向：建筑设计，室内设计,BIM技术应用。14基金项目文章编号：2 0 9 5-40 8 5(2 0 2 3)0 8-0 0 14-0 3因此当现代人着手对其修复的时候需要重新测量，过程中会发现诸多问题。以泰来面粉厂修项目为例：清光绪三十二年（19 0 6 年），泰来机制面粉厂横空出世，它使用机器生产面粉。后经过改造扩建于19 8 5年，这个泰州唯一健在的古老工厂，因为旧建筑上保留的时代印迹，被定为市文物保护单位。在2 0 0 7 年编制的城西街区控规中，已经规划为泰州老工业展示基地，旧式建筑作为近代工业遗产文物也得到原地保护。历经百年岁月，如今的泰来面粉厂已无法找寻原始设计图纸，前期对其进行了实地测绘，绘制出平面图纸。考虑到其部分结构破损严重，绘图阶段对该项目进行了复原设计及加固设计。设计过程中出现诸多问题需要深入研究解决：第一，该项目的门窗等构件样式较多，需要逐个进行门窗的构建设计，还有其他构件如办公楼的栏杆扶手设计、屋顶设计，也需要结合实际情况进行分析设计。第二，目前国内的古建筑保护与修采用传统CAD绘图为主，其建筑细部的构建仍以手绘来进行，这给修过程中的方案呈现及设计中的细节处理增加了不小的难度。很多内容并不能通过常规的绘图软件准确的描绘，图纸与实际施工仍会存在误差，如何保证实际施工与图纸设计的统一性，需要通过历史照片的分析并与现场施工工匠进行交流。第三，古建筑文化传承已经开始注重资料的收集，通过照片、测绘图纸等方式，而此类收藏方式，易受到不可控的外界因素而影响其质量或是丢失。因此，对该项目设计的成果应进行有效的保存，以便进行后期的维护及展示 。3BIM技术应用的必要性古建筑对于一个城市来讲，是城市历史的见证基金项目者，也是城市文脉的建造者。纵观国内外的发展史，古建筑直观地反映着人类不同历史进程的生产生活技术水平。现如今古建筑具有历史研究与文化教育意义，而因为自然因素及人为因素古建筑随着时间的推移而出现一定程度的破坏，如何对其进行保护与修成为了一个值得认真探讨的课题。信息技术的发展为解决该课题提供了强大的支撑，2 0 2 0 年新冠肺炎疫情爆发，我国快速安全地建成火神山、雷神山等设施，其中建筑信息模型（Bu i l d i n g I n f o r m a t i o n M o d e l，简称BIM）技术起到了十分关键的作用。BIM技术被称之为“革命性的技术”，经过不断地发展，现已经包含了不同专业的所有信息、功能要求和性能，把一个工程项目的所有信息包括设计过程、施工过程、运营管理过程的信息全部整合到一个建筑模型中，具有极强的协同能力。BIM是以从设计、施工到运营协调、项目信息为基础而构建的集成流程，通过使用BIM可以在整个流程中将统一的信息创新、设计和绘制，还可以通过真实性模拟和建筑可视化来更好地沟通，以便让项目各方了解工期、现场实际情况、成本和环境影响等项目基本信息。其特点有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性、一体化、参数化、信息完备性、信息关联性、信息一致性。BIM技术与传统的CAD技术存在优势：CAD分专业出图，BIM协同出图；CAD修改需将各平面立面均做修改，BIM修改平立面自动对应修改；CAD以二维为主，BIM二维三维均可；CAD中用点线面表示的建筑构件仅具有几何特征，BIM中的建筑构件还具有物理特征和功能特征。4BIM在泰来面粉厂保护与修项目中的应用4.1古建筑主体BIM模型构建该项目目前为一期工程，主要对该地块内的4#办公楼，5#厂房进行模型构建，首先需要对初期测量的数据进行整理，在revit中创建出轴网和标高，再确定外墙内墙的位置，以及坡屋顶的坡度。4#办公楼为两层砖混结构，室内外高差5 0 0 mm，顶部为四坡屋顶，建筑平面为钝角“L”型平面，其平面的不规则性也给数据测量带来了一定的困难，经过测量最终绘制出准确的一、二层平面图及屋顶平面图。5#厂房也CREATELIVING为砖混结构，室内外高差12 0 0 mm，顶部为两个四坡屋顶并且均设有天窗，屋顶结构为木结构。5#楼的建筑平面相对规则，两个屋顶的高度则略有不同。模型创建时注意屋顶的细节创建，最终绘制出5#厂房的平面图 2 。4.2细部构造BIM模型构建古建筑的主体模型创建完成后，接下来就需要对建筑的细部构造进行创建。由于古建筑有着很多精巧的细节设计，所以在BIM模型构建时需要进行比普通模型更重点的细部构造创建。本项目中涉及到的细部设计有门、窗、屋顶木结构、栏杆以及部分装饰构件。门、窗的种类较为丰富，造型也富于变化。需要通过族样板文件“公制门”、“公制窗”单独创建完成，经过统计需要门窗的种类有2 0 种，门窗构件数量 13 7 个 3 该建筑檐口也进行了细部设计，通过族样板文件“公制轮廓”进行创建，包括栏杆的细部设计也通过该族样板文件创建完成。该建筑结构已经出现损坏，在设计过程中还原主体结构的同时也对其进行了加固设计，创建了木屋顶结构构件。4.3可视化数据保存研究采用BIM技术进行三维建模的意义在于将实体的建筑信息真实的转移到线上进行保存，需要确保模型信息的准确性和直观性，以便后续的修工作能够直接在移动端进行方案设计与论证。本项目通过BIM技术应用后完成了主体建筑模型创建和细部构件创建，将细部构件族文件依次载人到主体建筑项目文件中即可形成一体的建筑信息模型。为保证模型的真实性，在模型创建时还需要选择实际的材料应用于整个模型中。如何做到数据的可视化，研究过程中可以分为三部分 4。（1）三维建筑信息模型，通过BIM技术创建出的项目文件包含了建筑的平面、立面、面等数据信息，并且将其融合成三维立体图像，直接将现实中泰来面粉厂的建筑搬运到BIM软件之中，并且三维模型中能够十分直观地展现该项目的建筑风格、结构形式、立面特点，可以3 6 0 度的呈现（如图1）。（2）三维细部构造模型，建筑信息模型的细节很多，仅从宏观的角度难以捕获建筑的细节。所以在本项目中所有的建筑细部均进行了单独的创建并保存，为了便于后续的研究所有的细部尺寸均按照15基金项目实际尺寸进行创建并标注，真实还原实际工程中的了细部构造的三视图，并生成了三维模型，做到可视构造做法。通过BIM技术创建出的族文件也都包含化（如图2)。图14#、5#楼建筑模型图2 部分细部构造模型（3）效果图及漫游动画，前两部分获得的数据，可以利用BIM软件中的相机功能，在建筑的内部外部甚至是单独的构建，选取特定的角度进行效果图的生成，能够对有特点的部位进行特殊的效果展示。在项目展示中，如果不会运用软件观察模型，可以通过生成的效果图对该项目的特点有直观的认识。也可以利用BIM软件中的漫游功能，生成一系列的动画展示，使得展示效果更具张力。本项目竣工后，还使用无人机进行多角度航拍，将图片数据运用Contextcapture软件进行分析计算构建出三维实景模型，真实还原其场地与建筑的实际情况，并能够在平台上进行全景浏览（如图3)。图3 三维实景模型5结语BIM技术的应用在古建筑保护与修缮这一领域中，具有十分积极的影响，带来了全新的问题研究及解决方法，对于中国建筑技艺的保存也提供了新的思路。项目应用过程中，设计师们不再仅凭手绘或普通16机绘进行平面的设计分析，而是通过BIM技术实时的对建筑进行二维、三维的设计研究。普通的三维扫描技术无法捕捉建筑的色彩材质，通过BIM技术则可以将其真实的赋予建筑模型，使得建筑信息模型的数据更加完整。BIM技术不仅对古建筑保护与修的过程起到很大的助力，对古建筑相关资料的保存也是大有作为。通过BIM技术创建形成的三维可视化建筑信息模型，能够长久有效的保存，当古建筑遭受不可抗力因素产生损坏而需要修缮的时候，建筑信息模型能够帮助工匠们进行精确的复原。同时建筑信息模型还能够在教育教学，文化展示等方面发挥作用，通过效果图，三维动画等方式呈现给大家。相信BIM技术能够更多地在古建筑保护与修缮领域发挥作用。参考文献：1解辉BIM在中国古建筑维护中的应用研究D北京：清华大学，2 0 17.2 乔学良，乔广宇，李明科，王元清，贾连光BIM+三维扫描技术在古建筑及文物复原方面的工程应用J四川建筑科学研究，2 0 2 2，48（3）：2 0-2 4.3 梁伦鹏，凌燕雯，张玲BIM技术在古建筑修复中的应用一一以万载祠堂群修缮工程为例J中国建筑装饰装修，2 0 2 1（11)：42-43.4黄估BIM技术在古建筑保护中的应用研究J.建设科技，2 0 2 1（14)：13-15.