商文俊，施晨歡，朱洪波

(華建集團華建數(shù)創(chuàng)(上海)科技有限公司)

1 石庫門建筑數(shù)字化保護的價值

石庫門是一種融匯西方文化和中國傳統(tǒng)居民特色的新型建筑，是上海最具代表性的居民建筑形式，近年來對石庫門建筑的改造和開發(fā)不斷升溫。石庫門里弄住宅有著江南傳統(tǒng)二層樓的三合院或四合院的形式，但總體上采用歐洲的聯(lián)排式布局，外墻細部有西洋建筑的雕花圖案，門上的三角形或圓弧形門頭裝飾也多為西式圖案。石庫門是特定歷史的產(chǎn)物，有些石庫門的空間結(jié)構(gòu)也不適合現(xiàn)代人的居住觀念，但同時石庫門又是充滿一種懷舊風情的老房子，是上海獨有的建筑藝術(shù)。

通過運用數(shù)字化技術(shù)和手段，保留和記錄石庫門這一海派文化的歷史遺產(chǎn)，使之成為一種文化符號。同時在工程領(lǐng)域，從看護、設(shè)計、施工到運維，建立石庫門數(shù)字化平臺，有利于技術(shù)人員和管理者更加便捷、有效的為石庫門建筑群改造和管理提升質(zhì)量和品質(zhì)，實現(xiàn)線上線下一體化、數(shù)字化、孿生化全生命周期控制和管理。

2 關(guān)鍵技術(shù)運用

2.1 三維激光點云掃描

由于石庫門建筑大都沒有原始的CAD圖紙，通過傳統(tǒng)的測繪手段很難有效的獲取建筑物內(nèi)部的立體結(jié)構(gòu)。采用三維激光點云掃描的方式對石庫門建筑進行點云數(shù)據(jù)采集，還原石庫門建筑三維表面的真實空間坐標數(shù)據(jù)，具備高還原性，通過三維激光掃描儀獲取點云數(shù)據(jù)比單點測量的傳統(tǒng)方法更高效便捷。

圖1 逆向建模流程圖

利用掃描獲取的點云數(shù)據(jù)，再描繪生成二維CAD平面圖紙。最后使用Revit軟件設(shè)計建立三維BIM模型，實現(xiàn)逆向建模(見圖1)。

2.2 傾斜攝影

對石庫門建筑群所在及周邊的三維地理環(huán)境，通過傾斜攝影技術(shù)聯(lián)合空中三角測量，構(gòu)建TIN模型。經(jīng)過密集匹配獲得的高密度點云數(shù)據(jù)量很大，需要進行切割分塊?？筛鶕?jù)計算機性能以及設(shè)置的優(yōu)先級別對切塊的點云數(shù)據(jù)進行不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建。

再利用自動紋理映射，即將整個建模區(qū)域分割成若干個一定大小的子區(qū)域(瓦片)，基于集群處理系統(tǒng)的并行處理機制將每個瓦片打包建立成為一個任務(wù)自動分配給各計算節(jié)點進行模型與紋理影像的配準和紋理貼附，同時為帶紋理的模型建立多細節(jié)、多層次的LOD，便于優(yōu)化相應(yīng)的文件組織結(jié)構(gòu)，提高模型分層次瀏覽的效率，從而生成最終的三維場景(見圖2)。

2.3 BIM與GIS融合

BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型, 通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。同時具有協(xié)調(diào)性、可視化、模擬性等特點，對歷史保護建筑可以起到全生命周期管理及數(shù)字化保護。

GIS(Geographic Information System), GIS技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。與BIM不同，GIS主要應(yīng)用于大體量、大場景應(yīng)用中，具有空間查詢、分析及統(tǒng)計功能。三維GIS技術(shù)使得建筑物和地形環(huán)境的空間結(jié)構(gòu)與相互關(guān)系得到充分展示。

BIM模型注重于建筑物本體和內(nèi)部，而GIS模型注重于建筑物外部場景的復現(xiàn)，只有把兩者融合貫通才能更好的模擬展現(xiàn)大場景、大體量的建筑群模型，實現(xiàn)對歷史保護建筑群的數(shù)字化模擬及管控。

運用BIM技術(shù)建立數(shù)字模型，再通過輕量化處理技術(shù)轉(zhuǎn)換成瀏覽器能訪問的格式。針對大體量建筑群模型疊加到GIS地圖中，運用LOD技術(shù)，LOD技術(shù)即Levels of Detail的簡稱，意為多細節(jié)層次。海量BIM模型加載采用LOD技術(shù)分層加載，分LOD0-LOD4逐步細化:

·LOD0:地域模型

·LOD1:簡單表達建筑物體量的樓塊模型

·LOD2:增加了房屋的附屬結(jié)構(gòu)和屋頂?shù)拇帜?/p>

·LOD3:增加詳細的幾何外觀和“開口”描述的建筑模型

·LOD4:增加了對室內(nèi)信息的表達建筑模型

最終通過BIM＋GIS融合技術(shù)，將BIM模型和三維GIS地圖疊加展現(xiàn)，呈現(xiàn)出整個石庫門建筑群的特色場景及周邊的地理環(huán)境（見圖3）。

3 BIM和GIS技術(shù)的應(yīng)用

圖2 傾斜攝影三維場景

圖3 BIM＋GIS融合效果圖

歷史建筑是不可再生的寶貴資源，隨著城市化進程的加快，修繕和保護歷史建筑不僅是歷史文化保留和傳承的重要途徑，更是建筑行業(yè)所要肩負的重要責任。通過BIM+GIS技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)，使歷史建筑的原始數(shù)據(jù)得到完整的采集、存儲并模擬。模擬后的BIM現(xiàn)狀模型為歷史建筑的改造提供了扎實的數(shù)據(jù)參照，真正的做到了保護性設(shè)計；同時又為后期虛擬漫游提供原始素材，保護了數(shù)據(jù)鏈的完整性。

BIM與GIS的數(shù)據(jù)融合一方面使得大量高精度的BIM模型可作為構(gòu)建GIS模型的一個重要的數(shù)據(jù)來源;另一方面,使得BIM和GIS的數(shù)據(jù)融合可以發(fā)揮各自優(yōu)勢，搭建虛擬仿真的數(shù)字沙盤模型，為管控全生命周期的數(shù)字化保護平臺奠定扎實根基。

4 結(jié)語

基于BIM+GIS技術(shù)的石庫門數(shù)字化保護，提供多數(shù)據(jù)源融合的平臺更豐富真實的展現(xiàn)石庫門的多元數(shù)據(jù)及周邊地理環(huán)境。同時提升石庫門建筑群管控的科學性、綜合性和合理性，實現(xiàn)石庫門建筑群的動態(tài)管理，并對其文化資源保護及社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮起輔助決策作用。同時是保護和修繕歷史建筑的重要手段，能夠克服歷史建筑的結(jié)構(gòu)復雜性和空間多樣性，有利于規(guī)范歷史建筑建檔、完善修繕及保護方案設(shè)計和實施技術(shù)維護。

BIM+GIS的綜合應(yīng)用在歷史建筑群數(shù)字化保護上將發(fā)揮巨大作用，將進一步推動和促進歷史建筑保護工作更上臺階，為石庫門建筑的保留和傳承奠定基石。