數字化建設 | 建筑信息模型技術在古建筑信息管理中的應用

古建筑作為華夏燦爛文明的載體，具有重要的歷史、藝術和科學價值。亙古通今，古建筑全生命周期所涵蓋的信息繁冗復雜，傳統以“信息”為管理對象的方式，易形成信息孤島，缺少一種保護信息的合理交換和共享方式。在分析研究和完整記錄古建筑保護過程中所涉及的各方面信息，需要更為精準和高效的信息載體，提倡利用“富含信息的模型”為管理對象替代傳統的方式，大力推進古建筑保護的信息化和數字化進程，提高文物建筑保護的科技水平。伴隨著信息化逐漸深入，古建筑信息模型的構建還將有助于豐富文化供給，弘揚中華優秀傳統文化。“富含信息的古建筑信息模型”基于建筑信息模型技術（BIM）建立，其將帶來現有技術的進步和更新換代，也間接影響生產維護組織模式和管理方式，并將更長遠地影響文物建筑保護從業者的思維模式。

古建筑信息及保存現狀

古建筑全生命周期的信息，包含古建筑構造、參與方和時間3個維度。其中古建筑構造信息來自于古建筑的結構體系特征、構件參數和屬性信息3個方面；參與方信息包括古建筑保護過程中各階段所涉及參與單位的相關資料，如設計單位、修繕單位和檢測單位等；時間維度信息則主要記錄古建筑構件在服役期間的修繕信息和增補構件的相關信息。

古建筑保護工作之所以困難，很大程度上在于古建筑信息的流失。隨著歷史變遷,圍繞著古建筑的信息流不斷堆疊，其管理方式經歷了從“口傳心授”到現階段以紙質文件和電子文檔為主的轉變。舊時“口傳心授”的傳承方式，大都經過了簡化，存在著“掛一漏萬”的可能。現階段的數據采集主要通過手工測繪和攝影測量相結合的綜合手段；信息記錄則以紙質書籍資料、二維測繪圖紙為主。當涉及到形制復雜、異形構件較多的古建筑時，測繪過程就面臨較大困難，精度下降，信息解讀、分析和管理效率低下。此外，各種信息的交匯重復、溝通困難，在信息時代的今天顯得格格不入，迫切需要我們去進行優化梳理，使古建筑信息管理規范化、高效化，以便于檢索和分享。

古建筑信息模型

運用先進的三維激光掃描技術采集復雜古建筑構件的基礎信息和空間信息，借助BIM技術實現其三維實體模型的高原真性復刻、構件級信息的精準賦予是改變目前這一信息困境的有效手段。其具體實施過程為：利用三維激光掃描技術等措施采集古建筑的幾何數據信息和空間位置信息，結合古建筑的通則和權衡，建立基于Revit族的構件“族庫”，通過細化構件族建立過程和優化構件族傳遞流程的方式實現古建筑構件的參數化設置和復雜部位的構件級搭建。古建筑BIM模型的建立將有助于實現古建筑多維信息的有效記錄和永久留存，為古建筑全生命周期保護和管理提供新的思路。

（a）古建筑內部掃描

（b）古建筑外部掃描

三維激光掃描技術又稱“實景復制技術”，具有非接觸式、高效率和高精度的特點，現已廣泛應用于地形測繪、變形監測、智慧城市建設和數字文化遺產保護及修復等多個領域，尤其是在文化遺產的預防性保護和數字化方向。數字化的古建筑數據采集方式將集合三維激光掃描的大范圍量測與細部構造的手工測繪。古建筑信息模型的建立基于Autodesk Revit軟件，軟件以“族”為基本單元的構建方式，與古建筑構件組合搭建的特點相契合，在此基礎上借助軟件的整合能力管理古建筑中的構件及其信息，建立豐富的古建筑構件“族庫”，實現構件層級的參數化驅動，進而強化古建筑信息模型的永久保留。雖然古建筑在規模和形制上有所差別，但其構件化的搭建、模數化的尺度以及特征化的組合等特點使得古建筑高效的參數化建模過程成為可能，大大簡化了后期的重復工作，降低了數字化的成本。

（a）斗拱構件族

（b）斗拱族

（c）屋面瓦片族

基于BIM技術的古建筑信息模型作為信息平臺，是古建筑信息永久留存的基礎。古建筑信息模型具有可視化性、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。

（a）古建筑大木構架

（b）古建筑信息模型

模型中存入的信息以設計功能有用性為原則，信息載入以規范化的形式，信息使用以滿足直接查看和量化調用為宜。其以單個實體構件為對象，將構件真實的幾何信息、屬性信息及構件層級的關聯信息封裝在同一模型框架內，提供程序系統充分的計算依據，滿足自動計算和查詢相關信息的能力。源自于同一BIM平臺的各類信息之間具有統一性和聯動性，當對某一構件的信息進行修改時，其他與之關聯的信息隨之進行參數化聯動。在對模型和信息進行修改的同時，Revit軟件的階段化設置功能可將每次修改定義在不同時間階段中，便于古建筑不同保護階段間的信息分類、校核。此外，古建筑信息模型可鏈接圖像、點云數據和生成CAD矢量圖紙數據等，實現對傳統紙質和數字化資源的持久利用與保存。

古建筑信息模型的擴展

古建筑信息模型是針對單體古建筑或古建筑群的精細模型，其可作為基礎數據導入地理信息系統GIS中，建立區域性古建筑分布展示和管理平臺；也可通過其與虛擬現實技術的綜合應用，強化古建筑信息與文旅融合的創新發展。

基于GIS技術建立的古建筑信息管理平臺主要用于大范圍空間的信息管理，致力于宏觀地理環境的研究，提供三維漫游、空間查詢、空間分析、VR/AR等應用能力，并且在古建筑BIM的后期運維階段，三維GIS可為其提供決策支持，因此古建筑信息的保護不僅需要BIM將其數字化表達，而且需要一個三維GIS平臺來展示、管理和應用這些古建筑數字化數據。與虛擬現實相結合的方式則可以打造古建筑文化傳播新途徑。BIM模型為虛擬現實提供了和古建筑本體一致的精確模型，其可以實現游客在一個虛擬場景中漫游，為其帶來不一樣的感知和思維交互體驗。未來可圍繞文物本體及其歷史環境等重要元素，打造虛擬古建筑群，開發以智能終端平臺或現場展示平臺為承載的數字化文物旅游產品，加強文物數字化展示利用，促進古建筑的保護及文化傳播。

古建筑是中華建筑文化最直觀最具體的表現。三維激光掃描技術提取了其詳實的基礎數據，歷朝歷代的通則和權衡賦予了其豐富的屬性信息；基于此建立古建筑信息模型（BIM），與地理信息系統（GIS）相融合應用；并最終通過虛擬現實技術實現古建筑線上線下用戶的主體交互和沉浸式體驗。創新的多技術多平臺信息整合方式可有效促進古建筑文化和旅游產業的共同進步。

文化是旅游的靈魂，旅游是文化的重要載體，其與國家和各省份所倡導的文旅融合高度契合，讓市民和游客感受信息化和文旅融合發展帶來的新成果。發展古建筑文化旅游，走以古建筑文化為內涵的發展之路，實現了建筑遺產從淺層旅游到深層旅游的轉變，從粗放旅游到信息化旅游的過渡，文化旅游必然生機無限。

（該文為2019年度文化藝術和旅游研究項目信息化發展專項（xxhfzzx201910）研究成果）