基于CGB技術(shù)的文物建筑監(jiān)測

程梟翀

摘要：文物建筑是故宮作為世界文化遺產(chǎn)最重要的價(jià)值載體，文物建筑監(jiān)測是故宮世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測工作的重要內(nèi)容。相比其他類型的遺產(chǎn)要素，文物建筑有其獨(dú)特性和復(fù)雜性。揭示這種獨(dú)特性和復(fù)雜性，是對其實(shí)施科學(xué)監(jiān)測工作的前提。以“養(yǎng)心殿研究性保護(hù)項(xiàng)目”為契機(jī)，借助CGB技術(shù)，故宮博物院試圖解決干預(yù)中文物建筑的監(jiān)測難題：利用GIS來管理建筑組群層面的信息，利用BIM來管理建筑單體層面的信息，從而完整記錄此次養(yǎng)心殿大修的干預(yù)信息，為今后的保護(hù)、管理、研究工作提供方便。同時(shí)，探索在時(shí)間和空間上均可推廣的監(jiān)測方案，致力于建構(gòu)故宮文物建筑監(jiān)測體系。

關(guān)鍵詞：CGB技術(shù);文物建筑監(jiān)測;故宮養(yǎng)心殿;研究性保護(hù)

引言

2015年故宮博物院啟動(dòng)了“養(yǎng)心殿研究性保護(hù)項(xiàng)目”（以下簡稱“養(yǎng)心殿項(xiàng)目”），區(qū)別于以往的文物保護(hù)工程，此項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)“以研究為主導(dǎo)、以價(jià)值評估與保護(hù)為核心”，將研究貫穿于養(yǎng)心殿勘察、設(shè)計(jì)、施工、竣工的各個(gè)環(huán)節(jié)，努力成為國內(nèi)文物建筑保護(hù)工程的表率。

文物建筑監(jiān)測是文物保護(hù)的重要內(nèi)容。201 2年以來，故宮世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心（以下簡稱“監(jiān)測中心”）經(jīng)過數(shù)年實(shí)踐，積累了一定的監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)，但對于文物建筑的監(jiān)測還處于摸索階段。故宮近年開展的文物建筑監(jiān)測工作主要包括第三次文物建筑基礎(chǔ)信息普查和文物建筑監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，前者全面搜集了故宮文物建筑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而后者為各類數(shù)據(jù)的管理提供了平臺。然而，從原始素材到最終成果呈現(xiàn)，需要一個(gè)科學(xué)的整理和分析過程。恰逢此次養(yǎng)心殿項(xiàng)目啟動(dòng)，監(jiān)測中心開展了一系列對于文物建筑的監(jiān)測工作，同時(shí)將普查、測繪、勘察、設(shè)計(jì)、研究成果進(jìn)行整合，為將來文物建筑信息的系統(tǒng)化管理探索可推廣的方案。而CGB技術(shù)在其中扮演了重要角色。

CGB （CAD-GIS-BIM）概念是2006年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織OGC （Open Geospatial Consortium）提出的一種架構(gòu)，CAD用來繪出建筑物作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，BIM用來集中管理建筑物自身所具有的信息，GIS用來綜合管理建筑物外在環(huán)境信息，三者相結(jié)合可以滿足宏觀和微觀建筑信息的查詢和分析功能。在其他領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展成熟的CGB技術(shù)，雖然在文物建筑領(lǐng)域尚未有廣泛的運(yùn)用，但其技術(shù)特點(diǎn)與養(yǎng)心殿項(xiàng)目的需求契合度甚高，于是順其自然被選中，成為管理文物建筑各類數(shù)據(jù)的“利器”。GIS主要作為管理建筑單體層面的工具，BIM主要作為管理建筑構(gòu)件層面的工具。

一、文物建筑監(jiān)測的新需求

文物建筑監(jiān)測工作如何開展？在養(yǎng)心殿項(xiàng)目開始之后，我們始終在思考這個(gè)問題。事實(shí)上，對文物建筑進(jìn)行監(jiān)測，我們并不是白手起家。早在“監(jiān)測”概念尚未提出之時(shí)，前人已經(jīng)有大量的監(jiān)測實(shí)踐，這在故宮尤其顯著。故宮文物建筑往往每隔五六十年需要進(jìn)行大修，期間還有不同程度的保養(yǎng)工程，歷次干預(yù)均有詳細(xì)的圖紙、檔案記載（圖1），后人能夠利用這些資料掌握文物建筑的變化情況。以養(yǎng)心殿為例，近幾次干預(yù)分別發(fā)生在1997年、1980年、1953年，時(shí)間間隔在20～30年間，干預(yù)層級多為保養(yǎng)工程，根據(jù)相關(guān)圖紙、檔案能夠大致評估此區(qū)文物建筑的真實(shí)性和完整性。

在監(jiān)測概念提出以后，情況有所變化。依靠經(jīng)驗(yàn)作出的定性評估結(jié)論已無法滿足監(jiān)測需求，取而代之的，應(yīng)該是一套科學(xué)的、成體系的、可推廣的、可回溯驗(yàn)證的評估方式。這種方式要求，評估結(jié)論要有充分的數(shù)據(jù)支撐，而數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是具體的、可讀的，分析過程也應(yīng)當(dāng)便于解讀。

在養(yǎng)心殿，建筑組群和建筑單體兩個(gè)層面的價(jià)值載體顯然具有不同的監(jiān)測需求，但其價(jià)值又決定了二者不可偏廢（圖2）。在這種情況下，需要采取兩套既相互關(guān)聯(lián)、又相對獨(dú)立的監(jiān)測方式。宏觀上，建筑組群的評估內(nèi)容包括建筑完整性、形制真實(shí)性、材料真實(shí)性、功能真實(shí)性等，這些內(nèi)容需要在若干建筑單體的數(shù)據(jù)中反映。微觀上，建筑單體的評估內(nèi)容包括形制真實(shí)性、工藝真實(shí)性、材料真實(shí)性等，這些內(nèi)容需要在眾多構(gòu)件的數(shù)據(jù)中反映。這種監(jiān)測方式，使用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究方法，需要大量的樣本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量越大，呈現(xiàn)的變化規(guī)律越明顯，得出的結(jié)論越真實(shí)。

文物建筑的監(jiān)測包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩類，分別對應(yīng)文物建筑自然衰敗和人工干預(yù)兩個(gè)不同的階段。但實(shí)際操作中，兩類數(shù)據(jù)并不是截然分開的，相互之間具有密切的聯(lián)系。以養(yǎng)心殿為例，此次保護(hù)項(xiàng)目是對文物建筑的人工干預(yù)，監(jiān)測應(yīng)以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為主。這類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括文物建筑的病害信息、維修信息、竣工信息等。但是，對養(yǎng)心殿文物建筑實(shí)施科學(xué)的保護(hù)工作，同樣離不開對靜態(tài)數(shù)據(jù)的記錄和整理，這也是研究性項(xiàng)目的意義所在。這類靜態(tài)數(shù)據(jù)包括文物建筑的構(gòu)成要素、形制信息、歷史信息等。上述兩類數(shù)據(jù)都是養(yǎng)心殿文物建筑監(jiān)測不可或缺的內(nèi)容。

慶幸的是，“研究性保護(hù)”這一文物建筑保護(hù)方式，為開展科學(xué)化的監(jiān)測工作提供了可能。長周期、高投入、精細(xì)化的研究性保護(hù)工作，獲取了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為文物建筑的分析研究提供了根本保障。除以往工程必需的勘察、設(shè)計(jì)資料外，此次養(yǎng)心殿項(xiàng)目劃分了大木、瓦頂、墻體、地面、裝修、彩畫、裱糊等工種，分別深入推進(jìn)勘察設(shè)計(jì)工作，工程與研究同步推進(jìn)，同時(shí)輔以文獻(xiàn)資料、信息化測繪、環(huán)境監(jiān)測等相關(guān)領(lǐng)域的研究，最終成果非常翔實(shí)，全面揭示了養(yǎng)心殿區(qū)域文物建筑的特點(diǎn)。

然而，“工欲善其事，必先利其器”，革命性的保護(hù)理念，需要有革命性的工具來支撐具體的實(shí)施工作?！把芯啃浴表?xiàng)目帶來的“大數(shù)據(jù)”，對傳統(tǒng)的記錄方式而言，是前所未有的挑戰(zhàn)。勘察報(bào)告及保護(hù)設(shè)計(jì)方案從以前的“一本”變成了“一箱”，甚至“一車”。如此卷帙浩繁的工程文件不但存儲不便，而且可讀性較差，不利于后人分析解讀。因此，隨著研究性保護(hù)項(xiàng)目的推廣，信息載體進(jìn)行相應(yīng)的革新勢在必行。

二、CGB技術(shù)的優(yōu)勢

CGB技術(shù)實(shí)質(zhì)上是CAD、GIS和BIM三種計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，名稱取自三者的首字母。故宮博物院是國內(nèi)最早將CAD技術(shù)運(yùn)用于古建筑測繪及維修保護(hù)領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)之一，目前存檔的大量工程圖紙都是由CAD繪制。GIS指地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），以其強(qiáng)大的宏觀管理、信息處理、圖像可視化等功能，逐漸得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，未來將在遺產(chǎn)保護(hù)、管理、監(jiān)測、研究等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。BIM是建筑信息模型（ Building Information Modeling），其優(yōu)勢在于建筑物全生命周期管理，同時(shí)這也是文物建筑監(jiān)測的核心任務(wù)，二者相契合，因此BIM成為故宮文物建筑監(jiān)測的利器便順其自然。

GIS和BIM技術(shù)在故宮文物建筑保護(hù)、管理、監(jiān)測等領(lǐng)域已經(jīng)有所運(yùn)用，但是這些工作僅僅是起步，GIS和BIM仍有眾多強(qiáng)大功能未充分利用。例如，GIS管理地圖的功能可以推廣至建筑組群層面;GIS在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)管理方面的功能有助于實(shí)現(xiàn)文物建筑全生命周期的信息管理。再如，以往對于文物建筑保護(hù)工程的關(guān)注，大都集中于開工前和竣工后兩個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的對比，而忽略干預(yù)中文物建筑的變化。利用GIS大數(shù)據(jù)管理的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)干預(yù)中文物建筑信息的記錄、分析，及時(shí)指導(dǎo)和調(diào)整保護(hù)設(shè)計(jì)方案。

另外，BIM由于建模周期長的技術(shù)特點(diǎn)，短期內(nèi)難以像現(xiàn)代建筑工程那樣用于保護(hù)工程實(shí)踐，但在監(jiān)測工作中有很大的發(fā)揮余地。文物建筑在相當(dāng)長的時(shí)間里，會(huì)處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，因此花費(fèi)較多時(shí)間搭建建筑信息模型是一勞永逸的工作。這種模型實(shí)質(zhì)上是一種索引模型，模型本身的幾何形體并不苛求完全反映建筑現(xiàn)狀，幾何形體背后的建筑信息是模型的核心價(jià)值所在。文物建筑的基本信息、殘損信息、干預(yù)信息等以字段屬性的形式映射到幾何形體中，從而真實(shí)地反映建筑的各類專題信息。文物建筑監(jiān)測關(guān)注的是文物建筑的微小變化，在較長時(shí)間內(nèi)，BIM是作為記錄工具持續(xù)記錄文物建筑的靜態(tài)信息，到了重要節(jié)點(diǎn)，BIM即可成為分析工具，將之前記錄的信息整合匯總，分析文物建筑的變化規(guī)律，從而指導(dǎo)后續(xù)的保護(hù)工作。

故宮博物院對于文物建筑的保護(hù)、管理、研究有良好的傳統(tǒng)，基礎(chǔ)工作扎實(shí)，積累了大量檔案和圖紙資料。這些資料具有多種價(jià)值，通過不同的管理方式，能夠發(fā)掘不同的價(jià)值。在傳統(tǒng)的管理模式下，原始的檔案和圖紙資料大都相對獨(dú)立地存在，絕大多數(shù)專業(yè)人員僅熟悉自己相關(guān)的內(nèi)容，而資料之間內(nèi)在的聯(lián)系只有少數(shù)專家可以解讀，這在很大程度上限制了資料價(jià)值的發(fā)揮。為突破這一瓶頸，在養(yǎng)心殿項(xiàng)目中，我們嘗試著利用CGB技術(shù)，將歷史資料、普查信息、現(xiàn)狀勘察、維修設(shè)計(jì)等內(nèi)容加以整合，綜合利用，盡量發(fā)掘其潛在價(jià)值。

三、CGB技術(shù)在養(yǎng)心殿文物建筑監(jiān)測中的運(yùn)用

接下來具體闡述在養(yǎng)心殿項(xiàng)目中，如何利用GIS技術(shù)來管理建筑組群信息以及利用BIM技術(shù)來管理建筑單體信息。

（一）GIS平臺中對養(yǎng)心殿區(qū)建筑組群的監(jiān)測

利用第三次文物建筑基礎(chǔ)信息普查的成果，我們明確了養(yǎng)心殿區(qū)文物建筑的構(gòu)成要素，這是開展文物建筑監(jiān)測工作的基礎(chǔ)。在GIS平臺中，將養(yǎng)心殿核心區(qū)內(nèi)的13座房屋、21座門、3座影壁、2個(gè)樹池、1口井等以面要素的形式進(jìn)行表達(dá)，成為記錄文物建筑各類屬性信息的載體（圖3）③。相比傳統(tǒng)的記錄方式，GIS中的這些面要素具有唯一的編號和名稱，與真實(shí)的文物建筑相對應(yīng)，減少了多種名稱混合使用造成的誤讀。如果文物建筑存在多個(gè)名稱共用的情況，可以通過增加字段的方式實(shí)現(xiàn)，再根據(jù)使用需求進(jìn)行顯隱操作。此外，GIS以可視化的方式，實(shí)現(xiàn)了信息與實(shí)物之間的互動(dòng)（通過選取信息能夠檢索相應(yīng)實(shí)物，選取實(shí)物能夠檢索相關(guān)信息），對于文物建筑信息化管理邁出了重要一步。

此次養(yǎng)心殿項(xiàng)目中，文物建筑需要記錄的屬性信息主要包括建筑形制、歷史沿革、現(xiàn)狀病害和維修設(shè)計(jì)等，建筑組群層面的這些信息都能夠記錄在GIS當(dāng)中，并以可視化的方式表達(dá)，深度達(dá)到建筑單體級別。

文物建筑形制既包括建筑單體本身的開間、進(jìn)深、層數(shù)、屋頂形制等信息，也包括具體工種的信息，如木作的橫順望板形制、瓦作的瓦件樣數(shù)等。建筑形制是評估文物建筑真實(shí)性的重要內(nèi)容，因此也是監(jiān)測的重點(diǎn)。以屋頂形制為例，養(yǎng)心殿核心區(qū)共有歇山、硬山、卷棚硬山、卷棚歇山4種類型，其分布規(guī)律十分明顯：正殿是級別最高的歇山，兩邊次要的建筑是硬山，北部生活區(qū)域?yàn)榫砼镉采?，南?cè)附屬用房為卷棚歇山。屋頂形制反映出各建筑單體不同的級別，體現(xiàn)了整個(gè)區(qū)域建筑功能的劃分，如果將現(xiàn)狀與歷史文獻(xiàn)相對照，能夠科學(xué)評估文物建筑的真實(shí)性（圖4）。事實(shí)上不僅是屋頂形制，其他每一類建筑形制都有其特定的價(jià)值，這些信息記錄在GIS中，按需調(diào)用，能夠滿足文物建筑監(jiān)測、保護(hù)、管理、研究等多種用途。

文物建筑歷次維修情況是歷史沿革的重要內(nèi)容。故宮歷來重視檔案記載，從清代到民國再到新中國成立后，幾乎每項(xiàng)重大的文物保護(hù)工程都記錄在案，歷代故宮人也花費(fèi)了大量精力來整理這些資料。這些資料以圖紙、照片、文字的方式保留下來。21世紀(jì)初，大多資料都實(shí)現(xiàn)了電子化，方便了資料的管理和使用。近些年來，信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，如果故宮維修檔案的管理從電子化走向信息化，將更有利于發(fā)揮這批資料的價(jià)值，而GIS就是實(shí)現(xiàn)這一跨越的利器。

養(yǎng)心殿近三次維修工程分別發(fā)生在1 954年、1 980年和1 997年，采取的措施包括揭宦瓦頂、捉節(jié)夾壟、修整大木、歸安石活、修整地面、重做油飾等。在GIS中，以建筑單體為單元，將維修信息記錄在年份對應(yīng)的字段中，不但能夠?qū)⒛骋荒攴萁ㄖM群的維修情況以圖紙的方式呈現(xiàn)（圖5、6、7），還能夠?qū)⒛骋唤ㄖ误w歷年的維修情況以數(shù)據(jù)表的方式呈現(xiàn)。GIS在同一平臺上實(shí)現(xiàn)了空間和時(shí)間兩個(gè)維度的延伸，這是傳統(tǒng)媒介所無法完成的。如果將歷史上所有的維修資料以及今后實(shí)施保護(hù)工程的資料全部集成在GIS當(dāng)中，積累大量時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合使用需求不斷優(yōu)化屬性的設(shè)置，提升分析水平，相信對于文物建筑真實(shí)性、完整性、延續(xù)性的評估將會(huì)帶來革命性的變化。

此次養(yǎng)心殿項(xiàng)目在勘察設(shè)計(jì)階段，劃分了大木、瓦頂、墻體、地面、裝修、彩畫、裱糊等工種，以適應(yīng)研究性項(xiàng)目的要求。分工種推進(jìn)項(xiàng)目，有利于研究的深入，但在成果整合時(shí)面臨一定的挑戰(zhàn)，即如何保證不同設(shè)計(jì)師從不同工種提出的維修措施在同一建筑上相互協(xié)調(diào)、避免沖突？這在傳統(tǒng)的方式下，需要依靠設(shè)計(jì)師之間頻繁的溝通以及設(shè)計(jì)師個(gè)人的全局觀來實(shí)現(xiàn)。在故宮，設(shè)計(jì)人員擁有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，上述矛盾尚不突出。如果要將這一模式推廣，考慮到不同地區(qū)從業(yè)人員水平不一，便需要借助新的工具來解決這一問題。

GIS中，所有的勘察結(jié)論、設(shè)計(jì)方案全部指向唯一的文物建筑要素。在勘察設(shè)計(jì)工作完成后，將各工種的成果錄入信息載體當(dāng)中，若選取某一文物建筑，相關(guān)的勘察結(jié)論和維修措施就可以全部呈現(xiàn)出來（圖8、9，表1）。這樣便可以評估維修措施是否“對癥下藥”，不同工種采取的措施是否相得益彰，這也就實(shí)現(xiàn)了干預(yù)中文物建筑的監(jiān)測。不過，由于工期等因素，在現(xiàn)有條件下這種監(jiān)測工作只能延后開展，僅僅達(dá)到評估設(shè)計(jì)方案科學(xué)性的目的。未來如果能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)論及時(shí)反饋至設(shè)計(jì)人員，在工程實(shí)施前進(jìn)行一輪方案優(yōu)化，將會(huì)提升文物保護(hù)工程的質(zhì)量。

除保護(hù)工程之外，還有其他因素會(huì)影響文物建筑的保存狀況，如管理部門或使用功能的改變、容納人員數(shù)量的增減等，這些都是故宮文物建筑監(jiān)測的重要內(nèi)容。借助于GIS技術(shù)，結(jié)合養(yǎng)心殿項(xiàng)目，我們對這些影響因素的監(jiān)測進(jìn)行了探索（圖10、11）。

總而言之，GIS可以當(dāng)作一個(gè)匯總文物建筑信息的平臺，將各類既有素材集成于代表文物建筑的要素之上，經(jīng)過分析轉(zhuǎn)化，再輸出新的有用信息，指導(dǎo)文物建筑的保護(hù)、管理、研究等工作，這也是監(jiān)測的目的所在。借助GIS能夠?qū)崿F(xiàn)立足建筑組群、深至建筑單體層面的監(jiān)測目標(biāo)。至于深入構(gòu)件層面的監(jiān)測目標(biāo)，則是BIM的使命。

（二）BIM平臺中對養(yǎng)心殿西配殿建筑單體的監(jiān)測

文物建筑是由諸多建筑構(gòu)件有機(jī)組合而成，建筑構(gòu)件承載著建筑形制、工藝、藝術(shù)等多方面的價(jià)值，因此僅僅依靠建筑單體層面的載體根本無法滿足文物建筑的監(jiān)測需求，只有深入構(gòu)件層面記錄信息，才能更加科學(xué)地的評估建筑單體價(jià)值。養(yǎng)心殿項(xiàng)目立足“研究性”定位，深入構(gòu)件層面進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，搜集了大量一手?jǐn)?shù)據(jù)。但在傳統(tǒng)記錄方式下，管理這批龐大的數(shù)據(jù)顯得力不從心。以臺基病害為例，如果勘察深度達(dá)到每一塊方磚層面，那么圖紙中索引這些方磚的不同病害時(shí)會(huì)顯得混亂不堪（圖12），即使通過表格來詳細(xì)表達(dá)每一塊方磚的病害，也存在圖表難以對應(yīng)的問題，且往往只有專業(yè)人員才可以解讀。這極大地限制了研究性項(xiàng)目成果的表達(dá)。

針對以上問題，BIM提供了一套行之有效的解決方案。BIM中的模型與背后的數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)，方磚的幾何形態(tài)顯示在前臺的模型中，而名稱、編號、類別、病害、維修措施等屬性都儲存在后臺的數(shù)據(jù)庫中，二者支持相互索引（圖13、表2）。這樣在不影響可視化的前提下，完整地記錄了每一塊方磚的信息，從而保證了研究性項(xiàng)目大數(shù)據(jù)的管理。

事實(shí)上，BIM模型中能夠集成的數(shù)據(jù)類型是多樣的。文物建筑相關(guān)的文獻(xiàn)、照片、普查成果、測繪成果、勘察成果、設(shè)計(jì)成果均可以記錄在BIM當(dāng)中（圖14）。以養(yǎng)心殿為例，文獻(xiàn)包括清代宮廷檔案、故宮建院以來歷次維修檔案、“樣式雷”圖檔等;照片包括歷史照片以及普查、測繪、勘察、設(shè)計(jì)階段拍攝的實(shí)物照、工作照等;普查成果包括建筑構(gòu)件的編號、名稱、位置、形制等基本信息;測繪成果除傳統(tǒng)的二維線劃圖之外，還有三維激光掃描或近景攝影測量生成的各類點(diǎn)云模型、Mesh模型、彩色模型以及模型輸出的各類正射影像;勘察成果主要是針對文物建筑現(xiàn)狀及病害編制的各類專題報(bào)告，如大木、瓦頂、墻體、彩畫的殘損和病害、木材樹種情況等;設(shè)計(jì)成果主要是針對建筑構(gòu)件采取的干預(yù)措施，如更換、剔補(bǔ)、拆砌等。以上數(shù)據(jù)格式多樣、管理方式各異、價(jià)值側(cè)重不同，但在BIM中整合之后全部指向?qū)?yīng)的建筑構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了信息的有機(jī)管理，為后續(xù)的信息檢索、數(shù)據(jù)分析、成果輸出提供了便利。 故宮養(yǎng)心殿項(xiàng)目按各工種推進(jìn)勘察和設(shè)計(jì)工作，積累了大量的數(shù)據(jù)，但如何分析這些數(shù)據(jù)呢？我們利用BIM進(jìn)行了一定的嘗試。以大木為例，構(gòu)件的病害主要包括糟朽、開裂、下沉、缺損、拔損等，而采取的維修措施有墩接、加固、楦縫、挖補(bǔ)等，這些信息都記錄在對應(yīng)構(gòu)件之中（圖15、16）。選取單個(gè)構(gòu)件，縱向?qū)φ者@兩類信息，能夠了解維修措施是否“對癥下藥”，從而達(dá)到評估保護(hù)設(shè)計(jì)方案科學(xué)性的目的。以此類推，臺基（見表2）、墻體、外檐裝修等專題也可以實(shí)現(xiàn)以上操作。與傳統(tǒng)的管理方式相比，BIM中三維模型作為信息載體保證了建筑構(gòu)件的完整性，從而能夠完整記錄構(gòu)件層面的信息。值得注意的是，大木、瓦石、裝修這些工種的信息載體以構(gòu)件層面為主，因此BIM管理起來游刃有余。但是對彩畫而言，同一構(gòu)件上有大量信息，需要將構(gòu)件再細(xì)分為若干部分，才能科學(xué)記錄其病害及維修措施;對裱糊而言，多個(gè)構(gòu)件結(jié)合成一個(gè)整體，這個(gè)整體再以另外的方式劃分若干部分，才能表達(dá)裱糊相關(guān)的信息。面對這兩種情況，BIM顯得力不從心，目前尚無有效解決方案，這將是未來探索的方向。BIM的另一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢是可視化，這在養(yǎng)心殿項(xiàng)目中也有所體現(xiàn)。任何信息只有以某種方式表達(dá)出來，傳遞給他人，完成信息交換，才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。記錄在文物建筑構(gòu)件中的不同類型的信息，有不同的表達(dá)需求，而基于三維模型的BIM利用多方位的視圖，恰恰能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化的可視化展示。

故宮的文物建筑以木構(gòu)為主，作為主要的建筑材料，對于木材材料性能的研究顯得至關(guān)重要。對于木材樹種的研究，故宮積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在養(yǎng)心殿項(xiàng)目中沿用既有的方法，采集了大量樣品，經(jīng)過分析化驗(yàn)，得出了精確到構(gòu)件層面的結(jié)論。這些信息完整地錄入了BIM模型當(dāng)中，涉及的構(gòu)件包括柱、梁、枋、檁、斗棋、花板、椽子、望板等。為了將這些信息全面、直觀地展示出來，BIM以三維拆解模型的方式輸出，避免了椽望對梁檁的遮擋，最大限度地展示出木材樹種檢測的成果（圖17）。

當(dāng)然，BIM中的三維模型并不排斥二維的展示方式。對于二維視圖下能夠完整表達(dá)的專題信息，還是采用二維展示。例如從俯視平面視圖表達(dá)椽子的勘察情況（圖18），從立面視圖表達(dá)外檐裝修的維修方案（圖19）等。即使在這種情況下，BIM相比傳統(tǒng)的二維圖紙仍有優(yōu)勢。由于BIM后臺的模型是三維的，因此可以保留構(gòu)件的位置信息，自由調(diào)整視圖的角度，同時(shí)能夠根據(jù)專題需求靈活設(shè)置構(gòu)件的顯隱，突出表達(dá)專題信息。

顯而易見，BIM技術(shù)為文物建筑構(gòu)件層面的監(jiān)測提供了強(qiáng)大支持。恰逢養(yǎng)心殿項(xiàng)目在勘察和設(shè)計(jì)階段積累了大量研究成果，我們選取西配殿為例，深入構(gòu)件層面，探索了干預(yù)中文物建筑的監(jiān)測策略。實(shí)際上，BIM還有很大的潛在價(jià)值可以發(fā)掘，下一步我們將以更復(fù)雜的養(yǎng)心殿正殿為例，深入探討參數(shù)化建模、模型輕量化、可視化展示等方面的內(nèi)容，從而更好地服務(wù)于故宮文物建筑的保護(hù)、管理、監(jiān)測、研究工作。

四、結(jié)語

以養(yǎng)心殿項(xiàng)目為契機(jī)，故宮博物院探索了CGB技術(shù)在文物建筑監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。GIS在以建筑單體為單位管理建筑組群信息時(shí)具有突出優(yōu)勢，在故宮上線試運(yùn)行的文物建筑監(jiān)測系統(tǒng)中已得到印證，未來將在故宮進(jìn)行更大范圍的推廣和更深入的發(fā)掘。BIM在以建筑構(gòu)件為單位管理建筑單體信息時(shí)優(yōu)勢明顯，在養(yǎng)心殿西配殿、值房、正殿中進(jìn)行了不同深度的技術(shù)探索。但目前BIM技術(shù)在古建筑領(lǐng)域的應(yīng)用還不成熟，在參數(shù)化建模、模型輕量化、可視化展示、數(shù)據(jù)規(guī)范化等方面還有眾多難題亟待解決。本文立足遺產(chǎn)地管理者的角色，從需求層面論證了CGB技術(shù)在故宮文物建筑監(jiān)測領(lǐng)域的必要性和可行性，更多技術(shù)細(xì)節(jié)還有賴于專業(yè)人員攻堅(jiān)克難。

（本文為故宮博物院科研課題“基于圖像資料的養(yǎng)心殿建筑記錄及監(jiān)測研究”成果。文中圖片除署名外，為作者根據(jù)故宮博物院古建部《養(yǎng)心殿研究性保護(hù)項(xiàng)目·文物建筑調(diào)查評估與保護(hù)方案》整理。）

（責(zé)任編輯：孫秀麗）