數(shù)字化建設(shè) | 建筑信息模型技術(shù)在古建筑信息管理中的應(yīng)用
古建筑作為華夏燦爛文明的載體,具有重要的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價值。亙古通今,古建筑全生命周期所涵蓋的信息繁冗復(fù)雜,傳統(tǒng)以“信息”為管理對象的方式,易形成信息孤島,缺少一種保護信息的合理交換和共享方式。在分析研究和完整記錄古建筑保護過程中所涉及的各方面信息,需要更為精準和高效的信息載體,提倡利用“富含信息的模型”為管理對象替代傳統(tǒng)的方式,大力推進古建筑保護的信息化和數(shù)字化進程,提高文物建筑保護的科技水平。伴隨著信息化逐漸深入,古建筑信息模型的構(gòu)建還將有助于豐富文化供給,弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。“富含信息的古建筑信息模型”基于建筑信息模型技術(shù)(BIM)建立,其將帶來現(xiàn)有技術(shù)的進步和更新?lián)Q代,也間接影響生產(chǎn)維護組織模式和管理方式,并將更長遠地影響文物建筑保護從業(yè)者的思維模式。
古建筑信息及保存現(xiàn)狀
古建筑全生命周期的信息,包含古建筑構(gòu)造、參與方和時間3個維度。其中古建筑構(gòu)造信息來自于古建筑的結(jié)構(gòu)體系特征、構(gòu)件參數(shù)和屬性信息3個方面;參與方信息包括古建筑保護過程中各階段所涉及參與單位的相關(guān)資料,如設(shè)計單位、修繕單位和檢測單位等;時間維度信息則主要記錄古建筑構(gòu)件在服役期間的修繕信息和增補構(gòu)件的相關(guān)信息。
古建筑保護工作之所以困難,很大程度上在于古建筑信息的流失。隨著歷史變遷,圍繞著古建筑的信息流不斷堆疊,其管理方式經(jīng)歷了從“口傳心授”到現(xiàn)階段以紙質(zhì)文件和電子文檔為主的轉(zhuǎn)變。舊時“口傳心授”的傳承方式,大都經(jīng)過了簡化,存在著“掛一漏萬”的可能。現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)采集主要通過手工測繪和攝影測量相結(jié)合的綜合手段;信息記錄則以紙質(zhì)書籍資料、二維測繪圖紙為主。當涉及到形制復(fù)雜、異形構(gòu)件較多的古建筑時,測繪過程就面臨較大困難,精度下降,信息解讀、分析和管理效率低下。此外,各種信息的交匯重復(fù)、溝通困難,在信息時代的今天顯得格格不入,迫切需要我們?nèi)ミM行優(yōu)化梳理,使古建筑信息管理規(guī)范化、高效化,以便于檢索和分享。
古建筑信息模型
運用先進的三維激光掃描技術(shù)采集復(fù)雜古建筑構(gòu)件的基礎(chǔ)信息和空間信息,借助BIM技術(shù)實現(xiàn)其三維實體模型的高原真性復(fù)刻、構(gòu)件級信息的精準賦予是改變目前這一信息困境的有效手段。其具體實施過程為:利用三維激光掃描技術(shù)等措施采集古建筑的幾何數(shù)據(jù)信息和空間位置信息,結(jié)合古建筑的通則和權(quán)衡,建立基于Revit族的構(gòu)件“族庫”,通過細化構(gòu)件族建立過程和優(yōu)化構(gòu)件族傳遞流程的方式實現(xiàn)古建筑構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)置和復(fù)雜部位的構(gòu)件級搭建。古建筑BIM模型的建立將有助于實現(xiàn)古建筑多維信息的有效記錄和永久留存,為古建筑全生命周期保護和管理提供新的思路。
(a)古建筑內(nèi)部掃描
(b)古建筑外部掃描
三維激光掃描技術(shù)又稱“實景復(fù)制技術(shù)”,具有非接觸式、高效率和高精度的特點,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地形測繪、變形監(jiān)測、智慧城市建設(shè)和數(shù)字文化遺產(chǎn)保護及修復(fù)等多個領(lǐng)域,尤其是在文化遺產(chǎn)的預(yù)防性保護和數(shù)字化方向。數(shù)字化的古建筑數(shù)據(jù)采集方式將集合三維激光掃描的大范圍量測與細部構(gòu)造的手工測繪。古建筑信息模型的建立基于Autodesk Revit軟件,軟件以“族”為基本單元的構(gòu)建方式,與古建筑構(gòu)件組合搭建的特點相契合,在此基礎(chǔ)上借助軟件的整合能力管理古建筑中的構(gòu)件及其信息,建立豐富的古建筑構(gòu)件“族庫”,實現(xiàn)構(gòu)件層級的參數(shù)化驅(qū)動,進而強化古建筑信息模型的永久保留。雖然古建筑在規(guī)模和形制上有所差別,但其構(gòu)件化的搭建、模數(shù)化的尺度以及特征化的組合等特點使得古建筑高效的參數(shù)化建模過程成為可能,大大簡化了后期的重復(fù)工作,降低了數(shù)字化的成本。
(a)斗拱構(gòu)件族
(b)斗拱族
(c)屋面瓦片族
基于BIM技術(shù)的古建筑信息模型作為信息平臺,是古建筑信息永久留存的基礎(chǔ)。古建筑信息模型具有可視化性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。
(a)古建筑大木構(gòu)架
(b)古建筑信息模型
模型中存入的信息以設(shè)計功能有用性為原則,信息載入以規(guī)范化的形式,信息使用以滿足直接查看和量化調(diào)用為宜。其以單個實體構(gòu)件為對象,將構(gòu)件真實的幾何信息、屬性信息及構(gòu)件層級的關(guān)聯(lián)信息封裝在同一模型框架內(nèi),提供程序系統(tǒng)充分的計算依據(jù),滿足自動計算和查詢相關(guān)信息的能力。源自于同一BIM平臺的各類信息之間具有統(tǒng)一性和聯(lián)動性,當對某一構(gòu)件的信息進行修改時,其他與之關(guān)聯(lián)的信息隨之進行參數(shù)化聯(lián)動。在對模型和信息進行修改的同時,Revit軟件的階段化設(shè)置功能可將每次修改定義在不同時間階段中,便于古建筑不同保護階段間的信息分類、校核。此外,古建筑信息模型可鏈接圖像、點云數(shù)據(jù)和生成CAD矢量圖紙數(shù)據(jù)等,實現(xiàn)對傳統(tǒng)紙質(zhì)和數(shù)字化資源的持久利用與保存。
古建筑信息模型的擴展
古建筑信息模型是針對單體古建筑或古建筑群的精細模型,其可作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)GIS中,建立區(qū)域性古建筑分布展示和管理平臺;也可通過其與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的綜合應(yīng)用,強化古建筑信息與文旅融合的創(chuàng)新發(fā)展。
基于GIS技術(shù)建立的古建筑信息管理平臺主要用于大范圍空間的信息管理,致力于宏觀地理環(huán)境的研究,提供三維漫游、空間查詢、空間分析、VR/AR等應(yīng)用能力,并且在古建筑BIM的后期運維階段,三維GIS可為其提供決策支持,因此古建筑信息的保護不僅需要BIM將其數(shù)字化表達,而且需要一個三維GIS平臺來展示、管理和應(yīng)用這些古建筑數(shù)字化數(shù)據(jù)。與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合的方式則可以打造古建筑文化傳播新途徑。BIM模型為虛擬現(xiàn)實提供了和古建筑本體一致的精確模型,其可以實現(xiàn)游客在一個虛擬場景中漫游,為其帶來不一樣的感知和思維交互體驗。未來可圍繞文物本體及其歷史環(huán)境等重要元素,打造虛擬古建筑群,開發(fā)以智能終端平臺或現(xiàn)場展示平臺為承載的數(shù)字化文物旅游產(chǎn)品,加強文物數(shù)字化展示利用,促進古建筑的保護及文化傳播。
古建筑是中華建筑文化最直觀最具體的表現(xiàn)。三維激光掃描技術(shù)提取了其詳實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),歷朝歷代的通則和權(quán)衡賦予了其豐富的屬性信息;基于此建立古建筑信息模型(BIM),與地理信息系統(tǒng)(GIS)相融合應(yīng)用;并最終通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)古建筑線上線下用戶的主體交互和沉浸式體驗。創(chuàng)新的多技術(shù)多平臺信息整合方式可有效促進古建筑文化和旅游產(chǎn)業(yè)的共同進步。
文化是旅游的靈魂,旅游是文化的重要載體,其與國家和各省份所倡導(dǎo)的文旅融合高度契合,讓市民和游客感受信息化和文旅融合發(fā)展帶來的新成果。發(fā)展古建筑文化旅游,走以古建筑文化為內(nèi)涵的發(fā)展之路,實現(xiàn)了建筑遺產(chǎn)從淺層旅游到深層旅游的轉(zhuǎn)變,從粗放旅游到信息化旅游的過渡,文化旅游必然生機無限。
(該文為2019年度文化藝術(shù)和旅游研究項目信息化發(fā)展專項(xxhfzzx201910)研究成果)