BIM+技術在中東鐵路工業(yè)遺產保護中的應用研究
——以吉林省公主嶺市為例

賈 錚，莫 畏

(吉林建筑大學，吉林 長春 130000)

0 前 言

公主嶺站作為中東鐵路南支線的二等車站，是南支線上極其重要的交通樞紐和軍事要塞，其周邊遺留下來大量中東鐵路工業(yè)遺產，包括車站站舍、員工住宅、士兵營房、機車修理庫等形態(tài)多樣的遺產建筑，其種類繁多、數量集中，是中東鐵路沿線上保存較為完整的工業(yè)遺產建筑群，具有極高的研究價值和保護意義。然而近年來，由于我國城鎮(zhèn)和鐵路建設的快速發(fā)展以及遺產保護手段落后、缺乏科學管理、保護意識淡薄等一系列因素，公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產安全形勢極其嚴峻，大量建筑遺產面臨著嚴重損毀和被閑置廢棄的困境。

BIM技術作為信息時代背景下建筑行業(yè)的“二次革命”，也得到了遺產保護領域從業(yè)者的廣泛關注，并且逐漸發(fā)展出以BIM技術為核心、與其他多維技術的交互使用的BIM+理念和技術[1]，其中包括BIM+三維掃描技術、BIM+SketchUp、BIM+Ecotect、BIM+虛擬現實技術等。BIM+技術彌補和突破了BIM單一技術的局限性，通過將BIM技術與其他新興數字化技術的協(xié)同應用，對傳統(tǒng)的技術手段進行優(yōu)化和替代，探索有效的策略方法和實踐路徑以破解當前公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產不斷遭到破壞而失去大量遺產信息的不利局面，對公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的可持續(xù)保護利用和文化歷史文脈的延續(xù)具有重要意義。

1 公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產概況與現存問題

1.1 遺產概況

在中東鐵路早期建設中為縮短工期加快速度，中東鐵路局按照站點等級和規(guī)模的不同，制定了標準化的站區(qū)建設模式，公主嶺站作為中東鐵路二等車站，其早期的鐵路沿線規(guī)劃沿襲了二等車站的標準建制，即將大量附屬建筑平行于鐵路線布置在一側或兩側。在這個模式的指導之下，公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產大多集中分布在鐵路線北側，以公主嶺車站為核心建筑，向外輻射多種類型的鐵路附屬建筑，主要包括住宅建筑、工業(yè)建筑及軍事建筑等，這些遺產建筑平行于鐵路線沿東西向橫向展開，共同形成了公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的帶狀規(guī)劃空間結構。

1.2 問題分析

通過一系列文獻資料搜集以及實地調研后發(fā)現，公主嶺中東鐵路遺產的現狀問題主要集中在以下三個方面(如圖1所示)，本文插圖均為作者自繪，下不贅述。

圖1 公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產現狀問題

1)遺產原真性受到破壞。公主嶺中東鐵路始建于19世紀末，距今已有百年歷史，一方面由于歲月更替，工業(yè)遺產難以避免地經受了一些自然侵蝕和災害，出現了涂料脫落、墻體開裂、構件破損等現象。另一方面，由于時代變遷和社會發(fā)展，城鎮(zhèn)快速建設和鐵路升級改造使得位于老城區(qū)的公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產和其周邊環(huán)境受到多方面的威脅和沖擊[2]，并且當地老百姓為滿足不斷發(fā)展和改變自身生活需求，對相當數量的遺產建筑進行了一定程度的自拆自建、功能置換、修葺改建等，對公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產本體的原真性造成了極大的破壞。

2)遺產未得到有效保護。首先，大量公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產建筑位于老城區(qū)，缺乏合理的街區(qū)規(guī)劃導致道路狹窄擁擠、垃圾隨意堆放，整體衛(wèi)生環(huán)境較差，使得遺產建筑破壞加劇。其次，當前對于公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的保護手段和技術較為落后，難以對大量遺產信息進行精準且全面的獲取和表達，同時也存在相對較多的人工誤差，無法對后續(xù)的保護研究工作提供有力的基礎數據支撐。最后，公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的保護和再利用的具體實施策略不完善，尚未形成一套完整的、成熟的實踐路徑和技術規(guī)范，出現了保護工作表面化、改造利用不合理等情況。

3)遺產信息缺乏科學管理。公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產數量多、范圍廣，包含著大量豐富紛繁的遺產信息，但是關于公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的研究多集中為對某一單體遺產建筑或關于遺產某種特定方面如色彩、材料、結構的研究，使得各類遺產信息相對孤立存在，呈現較為碎片化的狀態(tài)，給公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產各類信息的統(tǒng)一管理增加了難度。另外，無論是遺產本體還是其保護研究工作均處于一個長期的、動態(tài)的過程，而傳統(tǒng)的技術手段難以及時獲取遺產信息的實時變化，致使大量遺產信息無法及時得到反映和記錄，公主嶺中東鐵路遺產信息面臨著永久性丟失的風險。

2 BIM+技術引入公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產保護中的意義

BIM+技術是以BIM技術為核心，結合多種數字技術對遺產信息進行儲存和處理，對于工業(yè)遺產的數字化來說，就是將各類遺產信息轉化為數字信息，利用先進的計算機軟件、測繪工具等相關技術對遺產信息進行儲存、處理及分析等，包括繪制圖紙、構建模型、建立數據庫等。

首先，運用BIM+三維掃描技術、BIM+SketchUp等先進的數字化技術可以全方位、多角度的存儲以及展示建筑遺產承載的各類信息，能夠對后續(xù)的遺產信息保護更新等工作的開展提供有力的數據基礎。其次，通過BIM+Ecotect可對中東鐵路工業(yè)遺產詳實的數據進行分析和評估，有助于在建筑遺產保護和再利用的過程中進行效果預判和可逆性論證。另外，利用數字技術可以搭建信息共享平臺并進行可視化展示，比如可以使用BIM+虛擬現實技術匯總各類遺產信息，將三維模型和數據信息，以實現數據的互聯(lián)互通和資源共享，促進參與各方的合作和交流[3]，有利于遺產信息的動態(tài)且長期的科學管理。

3 BIM+技術應用于公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的策略研究

3.1 利用BIM+三維掃描技術進行原始信息的采集和處理

公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產類型多樣、信息復雜，通過傳統(tǒng)的測繪手段很難全面且精確地獲取遺產信息，而三維掃描技術區(qū)別于傳統(tǒng)的攝影技術，它可以使用三維激光掃描儀在不接觸遺產對象的情況下對其進行多角度、全方位的掃描，利用激光測距的原理，使用高速激光對遺產對象進行掃描測量，可對遺產建筑的內外空間位置自動采集和記錄，有助于快速且精確地獲取遺產信息的三維空間數據[4]。

在通過三維掃描技術對原始信息進行全方位采集后，可以將數據導入BIM平臺中去，形成三維掃描技術和BIM技術的聯(lián)動，將大量遺產信息準確地轉化為數字信息并進行存儲(見圖2)。運用BIM技術構建工業(yè)遺產實體信息庫，不僅要達到將遺產信息儲存的目的，而且需對大量信息數據進行分類、分級[5]，以便更有效地使用和管理數據，對后續(xù)的價值評估也有重要的作用。

圖2 BIM技術和三維掃描技術信息采集和處理流程圖

3.2 利用BIM+SketchUp進行虛擬模型的構建

運用數字化技術對公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產進行三維建模，主要是通過BIM中的Revit軟件和SketchUp軟件將工業(yè)遺產的各項數據信息整合后構建成三維模型，形成完整的、真實的三維模型信息庫，對工業(yè)遺產可以起到全生命周期的保護和管理。

在建模初期，可以利用SketchUp軟件操作簡單、可快速建模的特點進行遺產信息的粗略建模，如基地環(huán)境、尺寸大小、色彩紋理等，可幫助快速了解遺產全方位的信息特點，為下一步精細化建模奠定基礎。但是SketchUp軟件建模精確度受到很大限制，并且無法包含所有的信息參數，因此，還需使用BIM中的Revit軟件進行全生命周期的精細化建模，這一建模過程大致分為三個階段：第一階段是“族”的設立和分類，工業(yè)遺產的各類信息包括墻體、門、窗、梁、柱等元素都可以用“族”來分類，真實地將構造信息、尺寸信息、施工工藝、材料材質等載入族庫中，建筑的各組成部分及構件完全歸入到BIM管理體系；第二階段是三維模型的制作，將各部件組合起來構建完整的三維建筑模型；第三階段是模型渲染，查找與工業(yè)遺產相符合的材質貼圖，設置參數進行模型渲染，多方位還原真實的建筑形象。

3.3 利用BIM+Ecotect軟件進行信息分析和評估

公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產信息極其復雜，包括地域信息、材質信息、構造信息、空間信息等各類信息，而數字技術不僅可以將中東鐵路工業(yè)遺產的原始數據進行儲存，更重要的是能對這些信息進行處理、分析及評估，對進一步的遺產保護利用實踐起到重要作用。首先通過BIM技術對公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產信息的分析和評估主要是對遺產的門窗、墻體、樓梯、裝飾構件等方面進行處理，然后可以運用Ecotect模擬分析軟件對建筑單體室內外進行光環(huán)境、風環(huán)境及聲環(huán)境等模擬，以便對工業(yè)遺產進行多角度的全面了解，最后在此基礎上結合其現存情況、歷史資料、修繕記錄、屬性數據、周圍環(huán)境等進行分析研究，以此進行價值評估以及判斷是否需要修復修繕、是否有改造更新的必要性以及以何種方式進行保護利用等。

3.4 利用BIM+虛擬現實技術進行可視化展示

數字化展示技術發(fā)展至今，已經應用了包括虛擬復原技術、移動互聯(lián)網技術、三維數據仿真復原技術、VR技術等在內的多種高新技術，并且有相互融合，交叉運用的趨勢[6]。運用這些虛擬展示技術可以將已建成的虛擬模型進行虛擬技術、視覺效果的處理，最終生成一個虛擬的、逼真的三維空間，并利用投屏、VR眼鏡、三維模擬、虛擬設備等手段全方位地展示公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的空間模型，包括工業(yè)遺產的周圍環(huán)境、體積大小、材質材料、空間功能、結構構造、工藝技術等各類遺產信息。

在此虛擬情境中，不僅可以給工作人員提供公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產在三維空間上的展示，非常有利于其對工業(yè)遺產全面的分析和闡釋，而且可以展示給廣大參觀者，以此提升公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的文化價值傳播，增強公眾的認同感、了解程度及保護意識(如圖3)。因此，將數字虛擬展示技術運用于公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產中，是遺產保護利用不可或缺的現實需求，也是順應當前數字化時代發(fā)展的必然趨勢和推動文化資源共享、提升工業(yè)遺產文化傳播的重要方式。

圖3 BIM+虛擬現實技術服務對象示意圖

4 結 語

在當今的數字化信息時代，BIM+技術在公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產上的應用是現實需求和必然趨勢，BIM+技術能夠對各類遺產信息進行永久性儲存，快速地構建三維模型，建立工業(yè)遺產數字化信息管理平臺，提升數據的精確性、管控的科學性，對公主嶺中東鐵路工業(yè)遺產的保護利用、改造更新以及文化價值的傳承具有重大的意義。BIM+技術在中公主嶺東鐵路工業(yè)遺產的保護工作中將發(fā)揮巨大作用，為中東鐵路工業(yè)遺產的發(fā)展和傳承奠定基石。

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