基于BIM的傳統(tǒng)民居保護方案

文均，林美宏，燕方開

（河北農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設學院建筑系，河北保定071000）

1 研究背景

我國是一個地域廣大的統(tǒng)一多民族國家,悠久的歷史與文化在建筑上形成了不同地域迥異的建筑形式和風格,例如徽派建筑、福建土樓等等,共同構成了我國豐富多彩的傳統(tǒng)民居。這些傳統(tǒng)民居反映了一個地區(qū)特有的自然、社會、歷史、文化，是我國建筑文化的重要標志。

我國的傳統(tǒng)民居在歷史、文化、藝術和科學研究等方面都具有巨大的價值等待發(fā)掘。傳統(tǒng)民居悠久的歷史賦予其豐富的文化內(nèi)涵的同時也意味著在其服役過程中受到了極其復雜的荷載作用,結構內(nèi)部因為疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，導致其耐久性和承載力持續(xù)弱化。材料老化、疲勞效應、腐蝕效應、環(huán)境荷載變化都在考驗著服役中的民居建筑，尤其是老舊民居。與此同時，隨著近年來城鎮(zhèn)化進程的加快，大批的傳統(tǒng)民居被拆毀，城市與鄉(xiāng)村塞滿了“新型”住宅。這些新型鄉(xiāng)村住宅雖然符合經(jīng)濟實用的原則，但材料與做法粗制濫造，內(nèi)容與性質千篇一律，抹殺了民居本身的文化傳統(tǒng)，不利于建筑的發(fā)展，更不利于民族文化的傳承。傳統(tǒng)民居正面臨著自然消亡與人為破壞的雙重打擊。

近年來，越來越多的研究人員開始從事傳統(tǒng)民居保護工作的研究，各級政府也都劃撥了大量的資金進行扶持，但傳統(tǒng)民居形式上的豐富多彩，造成了其保護難度較大。以往，傳統(tǒng)民居的保護多側重于基于測繪的二維平面圖檔的保存，這已不符合如今三維動態(tài)保護的需求。因此，亟須引入新技術解決傳統(tǒng)民居二維圖紙與三維表達之間的矛盾。

2 BIM技術

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及社會公眾意識的逐步提升，傳統(tǒng)民居的保護受到了越來越廣泛的關注。由于傳統(tǒng)民居本身的特點，在對其進行保護時很難保證現(xiàn)狀測繪的精度和準度以及建筑表達的直觀性和完整性。BIM技術能夠準確地記錄建筑數(shù)據(jù)和立體地呈現(xiàn)建筑形狀。因此，結合BIM技術對傳統(tǒng)民居進行保護具有良好的應用前景，為傳統(tǒng)民居保護提供可靠的技術支撐。

2.1 BIM簡介

建筑信息化模型（BIM）的英文全稱是Building Information Modeling，是一個完備的信息模型，能夠將工程項目在全生命周期中各個不同階段的建筑信息集成在一個模型中，方便被工程各參與方使用。通過三維數(shù)字技術模擬建筑物所具有的真實信息，為建筑設計和施工提供相互協(xié)調、內(nèi)部一致的信息模型，使該模型達到設計施工一體化。

2.2 BIM技術在傳統(tǒng)民居保護中的應用

2.2.1 三維虛擬傳統(tǒng)民居

BIM技術使得傳統(tǒng)民居可以以三維的方式呈現(xiàn)在電腦上，大幅增加了建筑師在處理建筑問題上的可能性。BIM技術使得建筑設計從二維圖紙走向了三維模型，并實現(xiàn)了數(shù)字化建造?；贐IM的三維模型不僅僅是呈現(xiàn)傳統(tǒng)民居的尺度形態(tài)，還包含了工程構件的材料信息、工程進度和成本信息等等，它是一個完整的建筑信息數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 實現(xiàn)三維集成協(xié)同設計

BIM技術可以讓建筑、結構、給排水、暖通、電氣等各個專業(yè)基于同一個建筑信息模型進行工作，從而實現(xiàn)真正意義上的三維集成協(xié)同設計[1]。建筑信息模型能及時地反應建筑各部分的現(xiàn)狀，讓各個專業(yè)的設計師得到最新且準確地信息，找到存在的問題，及時調整設計。BIM技術提高了設計效率，大幅減少了建造變動帶來的成本消耗。

通過以上分析可知，BIM技術模型是一個三維的，數(shù)字化的建筑信息庫。這個信息庫包含建筑的所有數(shù)據(jù)信息，包括建筑各個構建的尺寸、位置信息等等。同時，BIM技術模型實現(xiàn)了設計從二維到三維的突破，大大提高了建筑設計以及施工建造的效率，降低了成本消耗。

傳統(tǒng)民居現(xiàn)存數(shù)量較少，相關研究也很匱乏，因此可以通過BIM模型對傳統(tǒng)民居存在的問題和發(fā)生的變化進行準確的預測和處理。BIM技術是保護和修繕傳統(tǒng)民居建筑的重要手段，有利于形成準確可靠的傳統(tǒng)民居建筑信息庫，從而有利于開展對于傳統(tǒng)民居的研究以及進一步傳承和發(fā)揚傳統(tǒng)文化。BIM技術在傳統(tǒng)民居的保護中發(fā)揮著重大作用，為傳統(tǒng)民居的保護提供了有力的科學技術保障。因此，應大力發(fā)展和應用BIM技術，進一步推動傳統(tǒng)民居的保護工作。

3 基于BIM的傳統(tǒng)民居保護方案

基于BIM平臺可以創(chuàng)建出幾乎包含了所有的真實建筑信息的信息化模型。這些數(shù)據(jù)在信息化模型中能夠被方便地提取、統(tǒng)計與管理，能夠在建筑的全生命周期發(fā)揮出巨大作用，具體可以采用構件信息標準化的方案，從而完成對傳統(tǒng)民居的保護、記錄等工作。我國有很多傳統(tǒng)民居，分布的比較廣泛，傳統(tǒng)民居的保護工作開展也十分困難，導致這個問題的主要原因是傳統(tǒng)民居構件信息的遺失。古代對于建筑信息的管理比較落后，因此流傳下來的信息比較少。BIM技術的應用可以將傳統(tǒng)民居的信息進行標準化處理，利用BIM技術也方便了對傳統(tǒng)民居信息的提取與保存。我國傳統(tǒng)民居構造都很復雜，因此對于信息進行標準化處理，在很大程度上方便了傳統(tǒng)民居信息的管理與研究[2]。

3.1 保護措施

傳統(tǒng)民居的保護工作有前期調查、測繪、記錄，中期評估規(guī)劃設計、監(jiān)測，和后期管理維護等多個環(huán)節(jié)構成。構件信息的標準化主要對前期和后期的工作給予了非常大的技術支持，它是對傳統(tǒng)民居中的構件進行記錄和儲存，為傳統(tǒng)民居建立可以準確描述結構、平面、立面的DNA族庫，為傳統(tǒng)民居在BIM平臺建立的建筑模型提供相關數(shù)據(jù)并準確的表現(xiàn)了傳統(tǒng)民居內(nèi)外部的真實情況，實現(xiàn)建筑信息的數(shù)字化保存與保護。我國傳統(tǒng)民居結構復雜，種類繁多，做法靈活，但相關記錄書籍稀缺，大多數(shù)是以經(jīng)驗口口相傳，且傳統(tǒng)民居涉及多方面的知識信息，并且資料缺失情況嚴重。構件信息的標準化可以準確地記錄傳統(tǒng)民居的相關數(shù)據(jù)信息，可以使得人們長久保存我國傳統(tǒng)民居信息，使留存建筑根據(jù)這些保存的信息具有更強的可重復利用性及更長的使用壽命[3]。

構件信息的標準化主要分為以下幾個方面：

1）如果構件因為老化、受損等原因需要更換或拆卸，可以對在信息化模型中對相關構件進行精準標注，確保更換后位置準確。

2）在對傳統(tǒng)民居進行修繕改造時，對已經(jīng)丟失的構件同現(xiàn)在的進行比較，確保結構的精確穩(wěn)定。

3）對傳統(tǒng)民居所建立的參數(shù)化的構件族，也可以對相關傳統(tǒng)民居的調研分析更進一步。

4）信息化模型在各專業(yè)交流上具有非常大的優(yōu)勢，只要利用建筑構件數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標準化，我們就可以多專業(yè)同時交流討論保護方案的相關問題和解決方案，也減少了每個專業(yè)各建一套信息模型的人力物力的浪費和信息的不精準等造成的新的困難。

5）我們在現(xiàn)場施工時，可以運用信息化模型和現(xiàn)場情況進行對比，可以更加直接準確的檢查施工情況和修繕保護情況。

3.2 基于BIM技術的傳統(tǒng)保護方案的優(yōu)缺點

通過BIM技術，使傳統(tǒng)民居建筑順利完成修繕和保護相關工作。其相關的優(yōu)越性在于：

1）在BIM平臺中建立的信息化模型能夠對傳統(tǒng)民居的每一個構件進行分類匯總，無論是它們的數(shù)據(jù)還是材質都可明確直觀的通過明細表的形式表達，減少了數(shù)據(jù)分析的工作時間，可以隨時對傳統(tǒng)民居進行環(huán)境模擬，直觀地對建筑室內(nèi)外環(huán)境進行合理的分析并調整相關方案。既提高了相關工作的準確性，也減少了統(tǒng)計分析的工作量，提高了整體的工作效率。

2）構件信息標準化的應用，解決了不同專業(yè)之間的溝通問題，建筑、室內(nèi)、結構、城規(guī)等相關技術人員可以用同一個信息化模型進行工作，有利于專業(yè)人員相互討論交流合作。

3）通過BIM技術，將紙質版的圖紙轉化成數(shù)字化信息，相比于紙質圖紙，BIM技術本身擁有強大的數(shù)據(jù)運算能力和數(shù)據(jù)檢索能力，能減少許多發(fā)生在紙質圖紙上的錯誤、能大幅提升資料整理與修改的效率。并且，傳統(tǒng)民居的相關數(shù)據(jù)更加精準，利用這種三維建筑模型，儲存更加方便，為以后傳統(tǒng)民居的保護和修繕提供了良好的數(shù)據(jù)。提高了日后的工作質量和工作效率。

但是，BIM技術還仍在探索階段，實行這種技術進行傳統(tǒng)民居的保護還是有許多方面的不足：

1）政策方面缺乏政府的大力支持，BIM技術在中國作為全新技術，普及程度不廣泛，仍需要大量的資金和資源的投入，所以在運行中處于被動狀態(tài)。

2）沒有嚴格的技術規(guī)范和數(shù)據(jù)標準，我國一直采用的是紙質圖紙的作圖形式，其相關規(guī)范經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)有了成熟的規(guī)范和標準。而對于BIM技術方面，我們無論是對于構件的相關規(guī)定還是其他方面仍處于探索階段。

3）BIM配套的軟件技術發(fā)展緩慢，近幾年才開始用CAD及相關軟件進行制圖，其配套設計軟件也是隨之發(fā)展，現(xiàn)如今也發(fā)展出了比較完善的配套軟件，并且也沒有引用外國相關技術軟件，不能滿足設計師在其他方面的要求，進而影響其使用效率。

4）人才不足，BIM技術主要是從事建筑行業(yè)的人員使用，但是相對于CAD等軟件，BIM操作難度更高更復雜，并且使用方法區(qū)別很大，而且國內(nèi)BIM技術沒有正規(guī)的培訓機構，主要靠自學，所以更加提高了使用難度降低了其普及程度。

5）構件信息未達到標準化和多樣化，現(xiàn)如今BIM技術中的族庫符合中國建筑產(chǎn)品的構件還不夠廣泛，不能滿足信息化模型的所需要的所有的建筑構件，因此對于信息化模型的表達不會百分百還原。

4 總結與展望

本文通過對傳統(tǒng)民居現(xiàn)狀、BIM技術和BIM保護方案的探索，梳理出了基于BIM技術平臺對于傳統(tǒng)民居保護的一般方法，總結了現(xiàn)有技術方案的優(yōu)缺點以及后續(xù)的改進方向。將BIM技術應用于傳統(tǒng)民居的保護，具有一定的先進性，若得到充分的研究與推廣，相信將對我國的傳統(tǒng)民居保護起到一定的推動作用。