曹思琪， 孫玉梅， 陳永鴻， 李 睿， 李 鐵

(昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 昆明 650504)

建筑信息模型(BIM)于建筑行業(yè)中是新的變革的標(biāo)志，BIM突破傳統(tǒng)的建筑思維模式[1]，將建筑信息進(jìn)行整合。中外建筑行業(yè)傾向于將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑的全生命周期管理，但很少有研究探討B(tài)IM技術(shù)在建筑遺產(chǎn)中的應(yīng)用和文獻(xiàn)記錄方面的價(jià)值[2]。建筑遺產(chǎn)作為全人類寶貴的物質(zhì)、精神財(cái)富，中外對(duì)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)都十分重視，近年來BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展[2]。

基于建筑遺產(chǎn)的定義，從BIM在國外建筑遺產(chǎn)中的應(yīng)用、BIM在國內(nèi)古建筑中的應(yīng)用及BIM在國內(nèi)少數(shù)民族建筑中的應(yīng)用3個(gè)方面對(duì)BIM技術(shù)在建筑遺產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行文獻(xiàn)回顧。

1 BIM在國外建筑遺產(chǎn)中的應(yīng)用

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)逐步被用于建筑遺產(chǎn)研究保護(hù)領(lǐng)域，能夠使建筑遺產(chǎn)保護(hù)過程中遇到的問題高效解決。從BIM技術(shù)在建筑遺產(chǎn)中應(yīng)用的程序，將其劃分為3個(gè)步驟。

步驟1：使用地面激光掃描或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量模型遠(yuǎn)距離收集調(diào)查數(shù)據(jù)。Murphy等[3]針對(duì)歐洲古典建筑采用引入BIM技術(shù)到歷史遺跡的保護(hù)之中，提出BIM用于歷史建筑的新方法，即收集三維圖像數(shù)據(jù)、查閱建筑資料細(xì)化歷史建筑細(xì)節(jié)、映射構(gòu)件參數(shù)到掃描數(shù)據(jù)上生成BIM模型、導(dǎo)出結(jié)果資料形成云數(shù)據(jù)。Moano等[4]在對(duì)西班牙賽維利亞一座巨型銅時(shí)代紀(jì)念碑的研究中引入BIM技術(shù)和三維掃描點(diǎn)云技術(shù)，利用三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立具有復(fù)雜考古形狀的BIM參數(shù)對(duì)象。Suwardhi等[5]面對(duì)位于印度尼西亞的Borobudur寺廟建筑石塊劣化程度不斷加重的情況，該研究團(tuán)隊(duì)通過無人機(jī)攝影技術(shù)獲得Borobudur寺廟的地面圖像，詳細(xì)收集建筑三維信息，使寺廟建筑實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化，并建立了1∶100的數(shù)字高程模型。

步驟2：BIM模型源數(shù)據(jù)收集后，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行建筑物或構(gòu)筑物BIM模型的建立。Murphy等[6]在兩項(xiàng)研究(2009、2011年)中開發(fā)了歷史建筑信息建模(HBIM)，這一方法建立目的在于將當(dāng)代技術(shù)與BIM方法整合到建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域。HBIM充當(dāng)BIM的插件，它是一個(gè)由歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建的參數(shù)對(duì)象原型庫，以及一個(gè)用于將參數(shù)對(duì)象映射到點(diǎn)云和圖像測(cè)量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。Murphy等[7]在愛爾蘭都柏林的Henrietta街保護(hù)建模中，激光掃描后，將正交圖像導(dǎo)入到BIM平臺(tái)ArchiCAD中，通過組合HBIM插件中包含的所有必需庫部分來完成建模。Barazzetti等[8]使用Cloud-to-BIM-to-FEM的方法，將點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為BIM然后用有限元方法模擬結(jié)構(gòu)行為。

基于BIM技術(shù)在建筑遺產(chǎn)中的3個(gè)步驟的應(yīng)用，前兩步驟研究較為充分，也提出了不同的方法實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化建筑遺產(chǎn)的BIM建模；步驟3是現(xiàn)階段時(shí)期研究者矚目的研究領(lǐng)域，嘗試建筑遺產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)、管理系統(tǒng)的開發(fā)等。

2 BIM在國內(nèi)古建筑遺產(chǎn)中的應(yīng)用

近年來，隨著BIM技術(shù)的興起，BIM技術(shù)開始作為古建筑遺產(chǎn)保護(hù)的技術(shù)手段。通過數(shù)字化建模，能夠得到覆蓋古建筑遺產(chǎn)項(xiàng)目全壽命周期詳細(xì)信息的建筑信息模型，使古建筑遺產(chǎn)的保護(hù)從傳統(tǒng)模式中走出來，以數(shù)字化的形式延存。

2.1 基于激光掃描、傾斜攝影等技術(shù)的BIM模型數(shù)據(jù)收集

劉慧媛[12]基于BIM和GIS建立了斗拱信息化模型及得到了時(shí)空布局。石若明等[13]利用點(diǎn)云構(gòu)建了古建筑遺產(chǎn)全息幾何模型，配合GIS環(huán)境將建立的模型實(shí)現(xiàn)共享?；葜幍萚14]提出了BIM-3D掃描技術(shù)的建模方法，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立古建筑遺產(chǎn)revit模型。譚啟明[15]將三維掃描技術(shù)和無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與BIM技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了青島廣興里內(nèi)院模型。

2.2 建筑BIM模型建立

王令文[16]設(shè)計(jì)了基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的古建筑遺產(chǎn)建模方法，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用Delaunay四面體剖分算法建立三角網(wǎng)模型，對(duì)于規(guī)則部位則直接構(gòu)建實(shí)體模型。譚潔等[17]利用GDL語言編程，以清代官式建筑為例，基于BIM技術(shù)建立了一個(gè)單檐廡殿式大木模型。王軒等[18]設(shè)計(jì)了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑模型轉(zhuǎn)化技術(shù)。

2.3 構(gòu)件庫建立

王茹等[19]根據(jù)圖形數(shù)據(jù)庫和擴(kuò)展字典保存古建筑遺產(chǎn)附加信息，建立了構(gòu)件信息模型系統(tǒng)。韓婷婷[20]在對(duì)明清古建筑構(gòu)造形式及建造規(guī)律深入分析的基礎(chǔ)上，以構(gòu)件為最小粒度單元，對(duì)BIM環(huán)境下明清古建筑構(gòu)件庫參數(shù)化設(shè)計(jì)展開了研究。

2.4 古建筑全生命周期管理

狄雅靜等[21]指出BIM技術(shù)特有的優(yōu)勢(shì)能解決傳統(tǒng)信息管理中出現(xiàn)的“信息孤島”及“信息斷流”等問題，實(shí)現(xiàn)古建筑全生命周期的管理。王茹等[22-23]基于BIM技術(shù)，從古建筑遺產(chǎn)的全生命周期出發(fā)，劃分各個(gè)層次信息，從而構(gòu)建了古建筑遺產(chǎn)的信息模型。

2.5 參數(shù)化建模

張祥[24]分析了明清官式建筑遺產(chǎn)構(gòu)件的參數(shù)化建立了BIM信息化模型。王英華等[25]根據(jù)BIM的優(yōu)勢(shì)，提出結(jié)合BIM技術(shù)對(duì)古建筑遺產(chǎn)保護(hù)的詳細(xì)信息進(jìn)行參數(shù)化存儲(chǔ)、建模方式，構(gòu)建了BIM技術(shù)在古建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的參數(shù)化模型。

3 BIM在國內(nèi)少數(shù)民族建筑遺產(chǎn)中的應(yīng)用

中國是個(gè)多民族國家，不同民族都有著各自獨(dú)特的文化傳統(tǒng)。各少數(shù)民族民居由于處在不同地區(qū)及氣候條件，都形成了具有代表性的民居建筑，如福建的古堡建筑、貴州的屯堡建筑、云南的合院式建筑等。在少數(shù)民族建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)也逐漸成為研究方向。

（4）為了獲得最佳的碾壓效果，嚴(yán)格控制灰土中的最優(yōu)含水量，在施工現(xiàn)場(chǎng)一般以手握灰土成團(tuán)，兩手輕捏即碎，即可認(rèn)為接近最優(yōu)含水量。

武志東等[26]通過對(duì)少數(shù)民族聚落系統(tǒng)性調(diào)研，通過激光掃描及無人機(jī)攝影收集建筑數(shù)據(jù)，建立了少數(shù)民族聚落與民族形態(tài)學(xué)空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫，為少數(shù)民族建筑保護(hù)、發(fā)展、改造提供了依據(jù)。

李恒凱等[27]以江西白鷺古村客家古村落為研究對(duì)象，通過對(duì)客家古村落的建筑群的整體布局、建筑物單體及構(gòu)件的研究，在三維數(shù)據(jù)采集后對(duì)古村落模型進(jìn)行重建，并形成針對(duì)古村落的管理平臺(tái)。

姜磊等[28]發(fā)現(xiàn)漢瑤民族建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建和裝飾構(gòu)建有基本同意、普遍生產(chǎn)的特點(diǎn)，提出采用裝配式建筑與BIM技術(shù)相結(jié)合的方式，對(duì)漢瑤民族建筑進(jìn)行全過程管控，為建設(shè)、維護(hù)漢瑤民族建筑提供了現(xiàn)代化工程建設(shè)思維。

李盼等[29]對(duì)芒景村布朗族民居建筑環(huán)境因素的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，分析該村落存在的結(jié)構(gòu)上及房屋工程和舒適性方便的不足，利用BIM技術(shù)對(duì)布朗族民居進(jìn)行仿真分析，完善修繕方案。

于宗琳等[30]分析了珞巴族地形和建筑特點(diǎn)，運(yùn)用3ds Max制作地形和建筑模型的效果模型，再使用Revit進(jìn)行參數(shù)化模型制作，建立了珞巴族建筑文化數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了珞巴族建筑的數(shù)字化保護(hù)。

彭永鵬等[31]利用三維激光掃描技術(shù)，以BIM技術(shù)為支撐，對(duì)貴州松桃大灣苗寨建筑的數(shù)字化保護(hù)進(jìn)行了詳細(xì)描述。

阿依丁·米拉提等[32]使用三維激光掃描收集建筑數(shù)據(jù)，使用BIM進(jìn)行參數(shù)建模，并提出運(yùn)用3D建筑打印機(jī)打印單個(gè)構(gòu)件模型，從而完成整體實(shí)體模型構(gòu)建研究。對(duì)保護(hù)和發(fā)展少數(shù)民族建筑文化有巨大的推動(dòng)作用。

上述，不少學(xué)者已經(jīng)注意到少數(shù)民族建筑保護(hù)、發(fā)展、建設(shè)的重要性，并針對(duì)其進(jìn)行了不同程度的研究。但BIM應(yīng)用于少數(shù)民族建筑的研究也具有局限性，大多都是重復(fù)當(dāng)前的BIM應(yīng)用模式，創(chuàng)新性不足。如何克服BIM在少數(shù)民族建筑中應(yīng)用的難點(diǎn)，提高其適用性，還需要對(duì)其深入研究。

4 結(jié)論與展望

BIM技術(shù)應(yīng)用于房屋建筑和工業(yè)建筑的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)展現(xiàn)出來，在建筑遺產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用也正在逐步地被研究推進(jìn)。本文在這一背景下，綜述了BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)領(lǐng)域國內(nèi)外的研究狀況。

4.1 結(jié)論

對(duì)于當(dāng)前BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)的回顧表明，大多數(shù)研究人員采用了某一特定的方法為處于歷史環(huán)境中的建筑遺產(chǎn)提供BIM模型構(gòu)建和開發(fā)。在具體實(shí)踐中，這一過程從數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理開始，激光掃描圖像、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理；從歷史文獻(xiàn)和書籍中識(shí)別結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；創(chuàng)建參數(shù)歷史物體數(shù)據(jù)庫；明確參數(shù)構(gòu)件及激光圖像之間的相關(guān)性；最后生成三維虛擬模型。

除了部分應(yīng)用點(diǎn)較為新穎的研究外，BIM技術(shù)在建筑遺產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用大部分還處于簡單的三維掃描、建模及單一管理平臺(tái)的建立使用中，存在著創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展不足的問題。實(shí)際上，現(xiàn)在基于BIM技術(shù)對(duì)于建筑遺產(chǎn)的應(yīng)用僅只是與BIM模型的查看器，并沒有為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供更為實(shí)際的幫助及應(yīng)用。研究中的建筑遺產(chǎn)案例用于也僅停留于建筑遺產(chǎn)的BIM模型建立、三維掃描轉(zhuǎn)換模型接口的優(yōu)化、BIM建模速度提升等淺層問題，沒有更多深入和后續(xù)開發(fā)。

此外，基于中國多少數(shù)民族文化的歷史背景，并從少數(shù)民族建筑遺產(chǎn)角度出發(fā)，結(jié)合少數(shù)民族建筑遺產(chǎn)保護(hù)角度的研究很少，BIM技術(shù)在少數(shù)民族建筑中的應(yīng)用研究亟待豐富。

4.2 展望

建筑遺產(chǎn)在BIM技術(shù)中的應(yīng)用還有很多方向可以深入拓展研究。首先，研究者應(yīng)跳脫單一的使用BIM技術(shù)對(duì)古建筑模型進(jìn)行建立的目的，應(yīng)該更多地從BIM模型二次開發(fā)應(yīng)用的角度出發(fā)展開拓展研究。其次，國內(nèi)在建筑遺產(chǎn)BIM模型的應(yīng)用中可以借鑒國外的研究應(yīng)用點(diǎn)，使用計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)BIM模型數(shù)據(jù)多方面交互應(yīng)用。再者，少數(shù)民族建筑作為中國一類特殊的建筑遺產(chǎn)，是中國獨(dú)特的物質(zhì)文化遺產(chǎn)，在少數(shù)民族建筑遺產(chǎn)中可以進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。

由此可見，從國內(nèi)BIM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來說，BIM應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)中的大有可為。