基于BIM 技術(shù)的傳統(tǒng)村落民居建筑保護(hù)研究

李昶嶸

（太原師范學(xué)院管理系， 山西 晉中 030619）

0 引言

傳統(tǒng)村落民居建筑是傳統(tǒng)村落文化的主要物質(zhì)載體，承載著本地居民的生活智慧和地域文化。由于年久失修、技藝失傳、現(xiàn)代化改造、自然災(zāi)害等原因，傳統(tǒng)民居的建筑本體很容易遭到破壞，嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)村落的整體風(fēng)貌。

利用BIM 技術(shù)繪制傳統(tǒng)村落民居建筑，可以將建筑實(shí)體通過數(shù)字化方式轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)，通過建立傳統(tǒng)村落民居建筑信息數(shù)據(jù)庫，掌握傳統(tǒng)村落民居建筑的現(xiàn)狀，并進(jìn)行有效的保護(hù)、管理與利用。本文嘗試探索BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)村落民居建筑保護(hù)中的應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)村落民居建筑在保護(hù)中存在的問題和指導(dǎo)改造更新與活化利用提供借鑒與建議。

1 BIM 技術(shù)在建筑建模中的應(yīng)用

運(yùn)用傳統(tǒng)的建筑軟件，例如Autodesk CAD，雖然能繪制出建筑的二維圖形，但無法精確地展示其三維空間，再如SketchUp，雖然能得到建筑的三維模型，但是無法精確地反應(yīng)各個構(gòu)件之間的模數(shù)關(guān)系。與上述軟件相比，通過基于BIM 技術(shù)軟件建立的模型既可以展現(xiàn)靜態(tài)信息，又可以包含動態(tài)的信息，如建筑物的侵蝕、沉降、變形等。傳統(tǒng)民居建筑較為確定的結(jié)構(gòu)尺寸及規(guī)律的模數(shù)制，各式參數(shù)類型由各種尺寸之間函數(shù)約束關(guān)系定義，有利于實(shí)現(xiàn)即時性建筑三維模型的參數(shù)化。BIM 的建模理念與技術(shù)支持使參數(shù)化的構(gòu)件庫的實(shí)現(xiàn)及實(shí)際應(yīng)用有了可行性。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)村落民居建筑和整體風(fēng)貌的保護(hù)中，貫穿于建筑的全生命周期，可以使傳統(tǒng)村落得到更加科學(xué)合理的保護(hù)，使遺產(chǎn)保護(hù)工作更高效。

2 BIM 技術(shù)研究現(xiàn)狀

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種在信息技術(shù)與建造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的建筑工具，能將建筑信息化、模擬化和虛擬現(xiàn)實(shí)化。通過Revit Architecture 軟件，可以從模型圖元、注釋符號圖元、視圖圖元與數(shù)據(jù)庫四方面對古建筑構(gòu)件族進(jìn)行參數(shù)化模型的建立[1]，Revit Architecture 軟件的尺寸驅(qū)動功能非常適合具有嚴(yán)格模數(shù)的古建筑進(jìn)行建模[2]。通過不同新技術(shù)的綜合運(yùn)用，可在BIM 中對古建筑構(gòu)件信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分類整理，建立古建筑的參數(shù)化模型，并與其他軟件平臺鏈接形成數(shù)據(jù)庫，為古建筑修繕保護(hù)與利用提供客觀具體的信息資料，實(shí)現(xiàn)古建筑信息全生命周期的管理[3-6]。

綜上所述，雖然在我國BIM 技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用依舊有限，但可操作性和應(yīng)用的價值已得到一定程度上的認(rèn)可，持續(xù)探索BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)村落民居建筑保護(hù)中的應(yīng)用路徑具有重要的意義。

3 BIM 技術(shù)在山西傳統(tǒng)村落民居建筑保護(hù)中的應(yīng)用分析

Revit Architecture 軟件是BIM 技術(shù)主流的軟件之一，集合了BIM 平臺的各種功能，是一種綜合性的分析軟件。該軟件中族功能的應(yīng)用，在記錄建筑屬性以及有關(guān)信息上起著重要的作用。BIM 建筑信息模型是一個數(shù)字化的三維模型，由族庫里的族構(gòu)件（梁、柱、墻、枋、門、窗）等構(gòu)成，可以通過對族的設(shè)置，對傳統(tǒng)建筑如四合院進(jìn)行參數(shù)化轉(zhuǎn)化[7]，建立具有空間與屬性數(shù)據(jù)的虛擬三維模型。傳統(tǒng)民居建筑測繪的構(gòu)件數(shù)據(jù)、建筑結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、物理受力分析也能完整地記錄在模型當(dāng)中。

3.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用的基本操作步驟

3.1.1 傳統(tǒng)民居建筑信息收集及分類

山西傳統(tǒng)村落民居建筑形式多樣，科學(xué)合理的對信息進(jìn)行收集和分類有利于信息的管理和模型的建立，可將民居建筑信息統(tǒng)一劃分為建筑構(gòu)件信息和環(huán)境信息。

3.1.2 建立傳統(tǒng)民居建筑構(gòu)件庫

在信息收集和分類整理的基礎(chǔ)上，通過參數(shù)化可以實(shí)現(xiàn)族構(gòu)件的建立。對相同建筑上的不同構(gòu)件、不同建筑上的相同構(gòu)件進(jìn)行信息標(biāo)準(zhǔn)化。信息標(biāo)準(zhǔn)化主要包括編碼、分類、關(guān)鍵信息標(biāo)準(zhǔn)等。

3.1.3 傳統(tǒng)民居建筑信息數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建

在建立傳統(tǒng)民居建筑構(gòu)件庫的基礎(chǔ)上，通過Revit Architecture 軟件建立傳統(tǒng)民居建筑幾何模型，實(shí)現(xiàn)對建筑的可視化呈現(xiàn)和整體性信息保存。

3.2 BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)村落民居建筑建模中的應(yīng)用

3.2.1 案例地概況

山西谷戀村位于祁縣賈令鎮(zhèn)，以文化名人多、歷史文化底蘊(yùn)深厚而著稱，是較早被評為“山西省歷史文化名村”的傳統(tǒng)村落之一。與相距不遠(yuǎn)的著名景點(diǎn)祁縣喬家大院不同，谷戀村商業(yè)開發(fā)程度較低，基本維持了百姓生活居住的功能，傳統(tǒng)民居建筑保存基本完好，建筑更能體現(xiàn)傳統(tǒng)汾河流域四合院民居的形制，見圖1，圖2；三維模型見圖3。

圖1 谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居

圖2 谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居航拍圖

圖3 谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居三維模型

3.2.2 谷戀村四合院的模型建構(gòu)

Revit Architecture 軟件中，族是構(gòu)成項(xiàng)目的基本元素。在創(chuàng)建模型過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況創(chuàng)建自定義族。傳統(tǒng)民居建筑有很多異形結(jié)構(gòu)，需要創(chuàng)建族構(gòu)件來完成，對于復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)，根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直觀地還原真實(shí)形態(tài)，有助于族構(gòu)件的創(chuàng)建。

在BIM 應(yīng)用中，不同的構(gòu)件之間存在著一定的上下層級關(guān)系，比如本文中的筒瓦就有：類別（瓦）——族（筒瓦）——類型（斜鋪）——實(shí)例（建模中存在的屋頂筒瓦），所以，在最終進(jìn)行建模之前，需要對不同構(gòu)件進(jìn)行分類和記錄。結(jié)合Revit Architecture 軟件中的設(shè)置和谷戀村四合院的具體情況，可將構(gòu)件族分為主體族、構(gòu)件族和特殊族。

表1 谷戀村四合院Revit 族分類列表

（1）主體族。谷戀村四合院的主體結(jié)構(gòu)主要由梁、柱、板三部分構(gòu)成。在Revit Architecture 軟件中，可以找到對于這三種構(gòu)件的相應(yīng)族文件，通過測量四合院中梁、柱、板的尺寸數(shù)據(jù)，在軟件中進(jìn)行錄入與構(gòu)建，做成獨(dú)立的族放入到相應(yīng)的文件中。

（2）構(gòu)件族。在谷戀村四合院中，除梁、柱、板以外，建筑上的墻、門、窗等部分都屬于構(gòu)件族之列，可根據(jù)Revit Architecture 中“門”和“窗”進(jìn)行創(chuàng)建。比如四合院的“窗”族的建立，首先對窗的尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，創(chuàng)建時必須對窗的高度、寬度進(jìn)行控制，還需要對雕飾部分的花紋等細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，對各種構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)化記錄。

（3）特殊族。特殊族主要包括建筑的異形結(jié)構(gòu)和細(xì)部構(gòu)造。比如，依附于梁、柱上的脊、望板、瓦等。由于這部分在建模過程中技術(shù)操作上的特殊，而且Revit Architecture 軟件并沒有專門的族來創(chuàng)建，所以要定義特殊族來制作這些構(gòu)件的樣板。

依據(jù)CAD 與Revit Architecture 軟件對最終模型進(jìn)行了合模，實(shí)現(xiàn)了四合院整體模型的展現(xiàn)。見圖4，圖5。

圖4 由BIM 模型生成的谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居剖面圖

圖5 基于Revit Architecture 的谷戀村北大街14 號傳統(tǒng)民居模型圖

4 結(jié)束語

在傳統(tǒng)民居建筑保護(hù)的過程中，BIM 技術(shù)可以通過建立三維模型的方式記錄并保留現(xiàn)有建筑信息，對于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)民居建筑信息化、數(shù)字化發(fā)揮著重要的作用。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅有利于提升傳統(tǒng)民居建筑保護(hù)的科學(xué)技術(shù)水平，還可以推動傳統(tǒng)民居建筑管理水平的提高。

傳統(tǒng)民居建筑的保護(hù)原則是保持其真實(shí)性和完整性，但是在現(xiàn)有傳統(tǒng)村落和古建筑保護(hù)相關(guān)法規(guī)中，并沒有針對傳統(tǒng)村落建筑修繕保護(hù)和活化利用的程度和范圍提出明確的要求，尤其是在部分地區(qū)“標(biāo)本式凍結(jié)式”的保護(hù)要求之下，造成了“房壞不敢修,房倒不能修”的現(xiàn)象，一定程度上阻礙了居民生活水平的提高和傳統(tǒng)建筑活化利用的效果。應(yīng)當(dāng)在保證建筑信息數(shù)據(jù)得到完整、真實(shí)的記錄后，放寬改造更新的標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上鼓勵進(jìn)行傳統(tǒng)村落民居建筑的改造與更新。改造完成后，應(yīng)當(dāng)及時記錄和上報改造更新后的形態(tài)，更新在古村落建筑檔案數(shù)據(jù)庫中，以便后期追溯更新歷史，在需要時恢復(fù)古建筑原貌。這樣的記錄可以更好地動態(tài)管理傳統(tǒng)村落民居建筑的保護(hù)與利用，提升活化利用的質(zhì)量與效果，為鄉(xiāng)村振興的發(fā)展提供更好的條件。