汪洋 張軼 劉珂嘉

摘要：文章對傳統(tǒng)木作家具的現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，梳理出系統(tǒng)的數(shù)字化保護(hù)流程。從“傳統(tǒng)木作家具數(shù)據(jù)采集”入手，采用“建筑信息模型BIM”技術(shù)，對前期采集的信息進(jìn)行處理，最終深入到木作家具的設(shè)計層面。為建立完備木作家具數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)提供參考。試圖站在木作家具傳承和傳統(tǒng)文化保護(hù)與發(fā)展的角度，運(yùn)用新興科學(xué)技術(shù)促進(jìn)傳統(tǒng)技藝得以更全面的傳承。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化保護(hù) 傳統(tǒng)木作家具 BIM 三維數(shù)據(jù)庫 文化傳承

中圖分類號：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069 （2020） 01-0109-03

前言

伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，利用數(shù)字化技術(shù)保護(hù)和傳承文化瑰寶已經(jīng)逐漸成為文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，運(yùn)用建立模型與描繪圖紙等信息化技術(shù)可以有效地將物品進(jìn)行“數(shù)字化”處理，緩解了一些傳統(tǒng)物質(zhì)文化所遇到的易腐易破損等問題，并逐漸在文化傳承中扮演重要角色?，F(xiàn)代信息化技術(shù)不僅能夠更加便捷地保護(hù)傳統(tǒng)文化，而且為傳統(tǒng)文化技藝與本體注入了新的血脈。

作為中國物質(zhì)文化遺產(chǎn)重要組成部分之一的中國傳統(tǒng)木作家具，具有雕刻技藝精湛，木料用材考究，造型精美大氣等特點(diǎn)，如圖1。其包含多個地域流派，且不同的地域流派之間在木料用材，雕刻技藝，漆工工藝，裝飾符號等方面有著鮮明的區(qū)別，這些個性迥異的木作家具都反映著特定時代的人文背景、意識形態(tài)與歷史背景。早在二十世紀(jì)三十年代就有研究者系統(tǒng)研究了明清年代的木作家具，卻始終沒有人建立一套完備的中國傳統(tǒng)家具數(shù)據(jù)庫供手工藝者或家具愛好者深入學(xué)習(xí)。

對于傳統(tǒng)木作家具的研究，一方面是對其所蘊(yùn)含的傳統(tǒng)文化挖掘研究;另—方面是對傳統(tǒng)家具實(shí)際存在的物質(zhì)載體的保護(hù)研究;與傳統(tǒng)建筑的意義相仿，傳統(tǒng)木作家具也是歷史與文化重要的記錄與傳承者。目前對傳統(tǒng)木作家具的研究僅僅停留在對現(xiàn)有物質(zhì)載體的保護(hù)、收藏與展示層面是不夠的，應(yīng)該在擴(kuò)展其實(shí)質(zhì)載體的完整性基礎(chǔ)上挖掘更全面的傳統(tǒng)文化內(nèi)涵。

一、基于BIM技術(shù)的傳統(tǒng)木作家具數(shù)字化保護(hù)意義

就傳統(tǒng)木作家具的繼承與研究而言，其作為一種傳統(tǒng)文化與社會背景的重要產(chǎn)物，擁有極高的研究價值，不同時期的木作家具與不同地域的木作家具都有著相異的造型特點(diǎn)與工藝手法等。用BIM系統(tǒng)處理匯總傳統(tǒng)木作家具各細(xì)部點(diǎn)數(shù)據(jù)建立木作家具三維模型，在統(tǒng)計與匯總家具特點(diǎn)和幾何信息的同時建立三維模型數(shù)據(jù)庫，管理傳統(tǒng)木作家具上的構(gòu)建信息，從而進(jìn)一步豐富傳統(tǒng)家具數(shù)字化博物館的理論知識，并完善與其相關(guān)內(nèi)容所研究的結(jié)構(gòu)體系，為傳統(tǒng)木作家具未來發(fā)展提供理論依據(jù)與相關(guān)指導(dǎo)。

而就木作家具的數(shù)字化發(fā)展而談，將BIM系統(tǒng)融入到傳統(tǒng)木作家具進(jìn)一步的傳承與發(fā)展也是非常有必要性的。數(shù)據(jù)顯示，201 7年1-10月，家具制造業(yè)產(chǎn)銷率98.1%，家具制造業(yè)主營業(yè)務(wù)收入6742.3億元，累計同比增長8%。而就在這樣一個龐大的家具產(chǎn)業(yè)市場內(nèi)，我們?nèi)绾尾拍茏寕鹘y(tǒng)家具與眾多現(xiàn)代家具類型相競爭？可想而知，要想擁有核心競爭力，只有在自我科研和消化吸收最新科技成果的基礎(chǔ)上與同行業(yè)形成代差，利用科技的優(yōu)勢降低自己的成本，提高自己的管理水平。隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息化的發(fā)展，過去單一的閉門造車模式已經(jīng)不再行得通。如今，行業(yè)內(nèi)的信息共享，交叉行業(yè)的優(yōu)勢整合成了產(chǎn)業(yè)生存的必備法則。將BIM信息技術(shù)引入傳統(tǒng)木作家具中，有助于推進(jìn)傳統(tǒng)木作家具的現(xiàn)代化發(fā)展，加快其數(shù)字化保護(hù)對其有關(guān)專業(yè)的跨越式與可持續(xù)發(fā)展，對更好傳承與弘揚(yáng)我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化等具有較高的價值意義。

二、BIM技術(shù)運(yùn)用于木作家具數(shù)字化保護(hù)的背景

（一）傳統(tǒng)木作家具傳承現(xiàn)狀

傳統(tǒng)木作家具造型優(yōu)美，雕刻工藝復(fù)雜與多變，所蘊(yùn)含的東方韻律與中國傳統(tǒng)文化思想使其成為中國最具歷史特色的瑰寶之一，但其在傳承和創(chuàng)新發(fā)展方面面臨著一些嚴(yán)峻的問題。首先在設(shè)計傳承方面，傳統(tǒng)手工業(yè)者技能水平較高，但相關(guān)知識結(jié)構(gòu)層次較低;而受過高等教育的從業(yè)者卻對傳統(tǒng)技藝與制作過程了解甚少，只是通過一些文獻(xiàn)與平面圖來了解木作家具。因此目前制作出來的木作家具非常受限于制作者水平，對于例如公差的控制，各個榫頭受力的分析完全依靠經(jīng)驗，沒有建立完善的數(shù)學(xué)模型。其次，隨著時代的發(fā)展，木作家具卻通常都只是以枯燥的平面形式被人們所了解，缺少一種生動的立體式展現(xiàn)，從而導(dǎo)致除了一些年紀(jì)稍大的愛好者對木作家具仍然保有喜愛，鮮有年輕人對傳統(tǒng)木作家具感興趣。

而對于研究分析方面，國內(nèi)對傳統(tǒng)木作家具的研究從現(xiàn)有的資料來看，一般都是通過現(xiàn)有傳統(tǒng)書籍或?qū)嵨镨b賞進(jìn)行了解，對各個時期的木作家具進(jìn)行斷代研究，系統(tǒng)總結(jié)所在年代的文化特點(diǎn)，造型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及手工技藝特點(diǎn)，起到了文化傳承與保護(hù)的重要作用。但在傳統(tǒng)木作家具傳承的過程中依然存在著欠缺，大多數(shù)史料與文獻(xiàn)保留的僅僅為大尺量的尺寸數(shù)據(jù)，只能模糊地描繪木作家具的外觀尺寸，缺少一些細(xì)部的尺寸統(tǒng)計，例如內(nèi)部榫卯和一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的數(shù)據(jù)等。并且數(shù)據(jù)與詳細(xì)介紹較為散亂，缺少一個系統(tǒng)并且詳盡的數(shù)據(jù)信息庫供研究人員與從業(yè)人員進(jìn)行深度研究，也更加缺乏一個可供大眾立體化了解傳統(tǒng)木作家具的數(shù)字平臺。

（二）BIM技術(shù)的發(fā)展背景及現(xiàn)狀

BIM（Building Information Modeling建筑信息模型），是單個項目內(nèi)相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的數(shù)字化表現(xiàn)形式[1]。相對于傳統(tǒng)意義上的建筑模型，BIM模型在提供點(diǎn)線面的幾何數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，還附有相應(yīng)的信息屬性與相關(guān)構(gòu)件信息等。BIM能夠更直觀、更容易地表達(dá)信息數(shù)據(jù)，因此可以在不識別幾何構(gòu)圖的情況下識別構(gòu)建組件的特征。由BIM建立的三維模型是對完整形的參數(shù)化修改，最終實(shí)現(xiàn)全參數(shù)建立的模型，而不僅僅是滿足傳統(tǒng)意義上的視覺需求的模型，如圖2。

在歐美國家的設(shè)計業(yè)中BIM早已盛行，根據(jù)資料可以了解到，早在2009年北美洲在設(shè)計項目中使用到BIM項目已經(jīng)達(dá)到將近50%，而英國、法國、德國等國家也已經(jīng)快達(dá)到40%。由于后期的一些政策支持，2013年北美洲BIM技術(shù)的普及率已經(jīng)達(dá)到了72%。而就在近幾年，中國國內(nèi)建筑行業(yè)也開始普及BIM系統(tǒng)，在2017公布的《浙江省人民政府辦公廳文件》的第八條也明確標(biāo)明積極推廣BIM技術(shù)，并點(diǎn)名政府投資項目率先應(yīng)用BIM技術(shù)。由此可見BIM技術(shù)也開始慢慢普及整個建筑業(yè)市場。

將BIM建筑信息系統(tǒng)創(chuàng)新性的引入傳統(tǒng)木作家具的研究中，吸收了西方國家“用軟件管理項目，用思維設(shè)計軟件，用人力提供思維”的思路，利用科技的力量完成升級轉(zhuǎn)型，拓寬了木作家具的研究路徑。對于當(dāng)今的木作家具領(lǐng)域來說，BIM信息系統(tǒng)并不是單純代指一個軟件，而是一種設(shè)計理念，是一個參數(shù)化設(shè)計的理念。一個BIM模型不再是由傳統(tǒng)的建模語言一拉伸，旋轉(zhuǎn)等得來，而是通過數(shù)個精密的參數(shù)化構(gòu)件（族）拼裝組成而形成，也可以說是再復(fù)原出傳統(tǒng)木作家具的制造過程。將現(xiàn)代數(shù)字信息化技術(shù)帶入傳統(tǒng)木作家具的研究，融合跨學(xué)科的知識交叉，對傳統(tǒng)木作家具進(jìn)行新的轉(zhuǎn)變與開發(fā)，為傳統(tǒng)木作家具的研究注入新鮮的血脈，必將成為未來發(fā)展的趨勢。

三、木作家具數(shù)字化保護(hù)的路徑探索

數(shù)字化保護(hù)實(shí)質(zhì)在于將現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)作為平臺，對木作家具從而進(jìn)行三維數(shù)值的存儲，從而為今后的木作家具的保護(hù)、修補(bǔ)、恢復(fù)等相關(guān)工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與保證。經(jīng)過對國內(nèi)外的相關(guān)理論進(jìn)行總結(jié)與梳理，歸納出木作家具數(shù)字化保護(hù)的進(jìn)程，如圖3。

（一）木作家具的數(shù)據(jù)處理與BIM模型構(gòu)建

木作家具的數(shù)字化過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，數(shù)字顯示三個過程。傳統(tǒng)木作家具的細(xì)部數(shù)據(jù)采集是整個研究工作的基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)的信息化采集，可以較為準(zhǔn)確地獲得木作家具的細(xì)部尺寸與雕刻圖案等信息[3]。木作家具的外形多種多樣，且細(xì)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尤其是一部分木作家具擁有較為久遠(yuǎn)的歷史，已部分磨損，這將會給數(shù)據(jù)的采集帶來較大阻礙?；趥鹘y(tǒng)木作家具外形與結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的特性，實(shí)際測量時會用到直接測量法、攝影測量法和三維激光掃描三種測量方法。運(yùn)用直接測量方法對木作家具進(jìn)行測量，較易于操作，但工作量大。特別是對于一些表面圖案較為復(fù)雜的木作家具，測繪的工作量較高，且相對誤差率較高。而攝影測量法則是通過多個設(shè)備與多個角度對木作家具進(jìn)行拍攝，并依托于函數(shù)計算法將二維平面圖形轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體圖形。三維激光掃描技術(shù)則通過三維激光掃描獲取傳統(tǒng)木作家具表面的三維坐標(biāo)信息，該測量方式較傳統(tǒng)的物理測量法與拍攝測量法更易于采集木作家具的數(shù)據(jù)，并且更具精準(zhǔn)性。所以在實(shí)際測量時，必須綜合使用上述三種方法，從而獲得更為全面且準(zhǔn)確的傳統(tǒng)木作家具數(shù)據(jù)信息[4]。

而傳統(tǒng)木作家具的模型建立是將前期處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)BIM軟件（如Revit）作為參考文件，通過點(diǎn)，線和面的結(jié)構(gòu)形成模型，并且通過“族”建立BIM模型，最終完成木作家具模型的建立。在Revit中構(gòu)建木作家具“族”模型步驟如下：

（l）尺寸歸位。除了對前期收集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)繪制，還需將現(xiàn)存的傳統(tǒng)木作家具資料圖進(jìn)行尺寸單位歸位，以備進(jìn)行詳盡的參數(shù)統(tǒng)計。當(dāng)今計算機(jī)輔助繪圖軟件大多數(shù)采用國際計量單位，而傳統(tǒng)木作家具文獻(xiàn)中都是以中國傳統(tǒng)計量單位繪制木作家具的形態(tài)特征。所以建立Revit“族”模型的前提是解決國際計量單位與傳統(tǒng)計量單位之間相匹配的問題。

用在傳統(tǒng)木作家具繪制上的傳統(tǒng)計量單位多見“分”、“尺”、“寸”、“丈”等。將這些單位與國際計量單位進(jìn)行換算，并通過設(shè)置，使進(jìn)行繪制時按照傳統(tǒng)計量單位輸入相應(yīng)尺寸，從而更為精確地反映傳統(tǒng)木作家具的形態(tài)特征。

（2）繪制幾何圖形。制作傳統(tǒng)木作家具“族”模型需要在revit的“族編輯器”中進(jìn)行，第一步是確定“族”模型的信息數(shù)據(jù)，即繪制出3D模型?？梢允褂脗鹘y(tǒng)繪圖工具導(dǎo)入，也可以通過閱讀紙質(zhì)圖紙中的尺寸信息，使用Revit Architecture中的繪圖工具進(jìn)行手動繪制。本文使用是通過使用點(diǎn)云所生成的三角剖分模型，通過在Revit Architecture中進(jìn)行拉伸來構(gòu)建組件的3D模型，如圖4。

（3）編輯3D模型屬性信息。在完成木作家具模型建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要在Revit Architecture中添加所相關(guān)的文字信息構(gòu)建數(shù)據(jù)，可以是木作家具構(gòu)件的品名、所運(yùn)用的材料、成色與所處時代等。

（4）編輯“族”模型的可視性。以紅木官帽椅“族”模型為例，在完成模型的繪制與屬性的添加之后，設(shè)置其在所在項目組中視圖的比例關(guān)系，或設(shè)置其視圖方向，如圖5。并保存定義完的傳統(tǒng)木作家具“族”模型，將其載入到相應(yīng)的項目組。

（二）面向木作家具的數(shù)據(jù)庫建立

在信息采集和模型建立的基礎(chǔ)之上，設(shè)定數(shù)據(jù)庫的基本框架和關(guān)系結(jié)構(gòu)，運(yùn)用應(yīng)用程序編程接口進(jìn)行開發(fā)（ Applicationprogramming interface），這樣既利用了Revit這一便捷的建模性能，也更為木作家具revit文件提供了合理的存儲平臺。并且可以利用Revit將木作家具的屬性特征（造型特征，裝飾圖樣，工藝技巧等）以數(shù)字化的形式儲存于三維模型庫中，最終實(shí)現(xiàn)后期瀏覽?？晒┠咀骷揖弋a(chǎn)業(yè)部門進(jìn)入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查閱與下載，從而進(jìn)行逆向設(shè)計，和相關(guān)設(shè)計與研究人員進(jìn)行資料共享，從而深化我國傳統(tǒng)木作家具的傳承與進(jìn)一步的深入研究，如圖6。

（三）傳統(tǒng)木作家具的再設(shè)計

基于木作家具三維數(shù)據(jù)庫的信息數(shù)據(jù)，相關(guān)設(shè)計與研究人員可以利用完成后的信息數(shù)據(jù)對木作家具進(jìn)行再設(shè)計，繼承傳統(tǒng)木作家具的精髓，結(jié)合時代訴求改變木作家具設(shè)計的新思路。就目前家具市場的設(shè)計的方式而言，一般采用以三維模型為基礎(chǔ)的二維圖紙設(shè)計，設(shè)計研究人員通過以三維模型為基礎(chǔ)推敲方案，然后將三維模型轉(zhuǎn)換成二維圖紙，遞交至家具制造部門進(jìn)行深化圖樣，進(jìn)行工藝流程的分析，最后再進(jìn)行生產(chǎn)。這一過程，雖然分工明確，但卻包含種種問題，例如三維模型與二維圖紙之間不僅存在重復(fù)工序，造成不必要的時間浪費(fèi)，而且重復(fù)性的工作還將增高出錯率，造成人力與資源的不必要浪費(fèi)。還有設(shè)計部門與制造部門的關(guān)聯(lián)性不高等問題。

在傳統(tǒng)木作家具的未來發(fā)展與再設(shè)計上，可以利用BIM信息系統(tǒng)中協(xié)同設(shè)計這一理念。協(xié)同設(shè)計，通過數(shù)據(jù)共享，為設(shè)計，管理和制造提供一個良好的協(xié)作平臺，進(jìn)行跨部門跨分工跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交流，優(yōu)化研究與工作方式，實(shí)現(xiàn)信息流的共享，前后作業(yè)流的相互穿插，協(xié)同作業(yè)，將各個項目進(jìn)度和風(fēng)險暴露在整個周期內(nèi)，并且利用科學(xué)的模型有效的管控。

（四）傳統(tǒng)木作家具的繼承與發(fā)展

在傳統(tǒng)木作家具的繼承與發(fā)展中，普遍存在大眾對傳統(tǒng)木作家具的認(rèn)知度不高，興趣度不高等問題?？蓢L試?yán)肒rpano將三維模型庫中制作好的模型制成全景以供展示，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于木作家具的實(shí)例展示，既可以讓人們更加快捷地獲取木作家具的相關(guān)立體資料，讓木作家具更為逼真重現(xiàn)，加深大眾對家具形態(tài)的了解。用數(shù)字化理念指導(dǎo)未來傳統(tǒng)木作家具繼承與發(fā)展之路，保存文化標(biāo)識，從而落實(shí)國家文化“軟實(shí)力”的增值之路。

結(jié)論

傳統(tǒng)木作家具的數(shù)字化保護(hù)是立足于中國傳統(tǒng)木作家具研究與現(xiàn)有木作家具設(shè)計脫節(jié)的境況，提出了相應(yīng)的研究方法。深入探索未來木作家具的設(shè)計前景，指導(dǎo)未來木作家具的研發(fā)實(shí)踐，努力探索新的繼承方式，不僅為傳統(tǒng)木作家具的數(shù)字化保護(hù)提供了多元化的形式與手段，同時也為傳統(tǒng)木作家具的傳承與創(chuàng)新提供了可行的實(shí)現(xiàn)途徑。

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