数字化建设 | 建筑信息模型技术在古建筑信息管理中的应用

我要发布     发布日期:2020-11-11 14:56:27  来源:文博中国  作者:杨振威等
核心提示:古建筑作为华夏灿烂文明的载体,具有重要的历史、艺术和科学价值。亘古通今,古建筑全生命周期所涵盖的信息繁冗复杂,传统以“信息”为管理对象的方式,易形成信息孤岛,缺少一种保护信息的合理交换和共享方式。在分析研究和完整记录古建筑保护过程中所涉及的各方面信息,需要更为精准和高效的信息载体,提倡利用“富含信息的模型”为管理对象替代传统的方式。

  古建筑作为华夏灿烂文明的载体,具有重要的历史、艺术和科学价值。亘古通今,古建筑全生命周期所涵盖的信息繁冗复杂,传统以“信息”为管理对象的方式,易形成信息孤岛,缺少一种保护信息的合理交换和共享方式。在分析研究和完整记录古建筑保护过程中所涉及的各方面信息,需要更为精准和高效的信息载体,提倡利用“富含信息的模型”为管理对象替代传统的方式,大力推进古建筑保护的信息化和数字化进程,提高文物建筑保护的科技水平。伴随着信息化逐渐深入,古建筑信息模型的构建还将有助于丰富文化供给,弘扬中华优秀传统文化。“富含信息的古建筑信息模型”基于建筑信息模型技术(BIM)建立,其将带来现有技术的进步和更新换代,也间接影响生产维护组织模式和管理方式,并将更长远地影响文物建筑保护从业者的思维模式。


  古建筑信息及保存现状


  古建筑全生命周期的信息,包含古建筑构造、参与方和时间3个维度。其中古建筑构造信息来自于古建筑的结构体系特征、构件参数和属性信息3个方面;参与方信息包括古建筑保护过程中各阶段所涉及参与单位的相关资料,如设计单位、修缮单位和检测单位等;时间维度信息则主要记录古建筑构件在服役期间的修缮信息和增补构件的相关信息。


  古建筑保护工作之所以困难,很大程度上在于古建筑信息的流失。随着历史变迁,围绕着古建筑的信息流不断堆叠,其管理方式经历了从“口传心授”到现阶段以纸质文件和电子文档为主的转变。旧时“口传心授”的传承方式,大都经过了简化,存在着“挂一漏万”的可能。现阶段的数据采集主要通过手工测绘和摄影测量相结合的综合手段;信息记录则以纸质书籍资料、二维测绘图纸为主。当涉及到形制复杂、异形构件较多的古建筑时,测绘过程就面临较大困难,精度下降,信息解读、分析和管理效率低下。此外,各种信息的交汇重复、沟通困难,在信息时代的今天显得格格不入,迫切需要我们去进行优化梳理,使古建筑信息管理规范化、高效化,以便于检索和分享。


  古建筑信息模型


  运用先进的三维激光扫描技术采集复杂古建筑构件的基础信息和空间信息,借助BIM技术实现其三维实体模型的高原真性复刻、构件级信息的精准赋予是改变目前这一信息困境的有效手段。其具体实施过程为:利用三维激光扫描技术等措施采集古建筑的几何数据信息和空间位置信息,结合古建筑的通则和权衡,建立基于Revit族的构件“族库”,通过细化构件族建立过程和优化构件族传递流程的方式实现古建筑构件的参数化设置和复杂部位的构件级搭建。古建筑BIM模型的建立将有助于实现古建筑多维信息的有效记录和永久留存,为古建筑全生命周期保护和管理提供新的思路。



  (a)古建筑内部扫描



  (b)古建筑外部扫描


  三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,具有非接触式、高效率和高精度的特点,现已广泛应用于地形测绘、变形监测、智慧城市建设和数字文化遗产保护及修复等多个领域,尤其是在文化遗产的预防性保护和数字化方向。数字化的古建筑数据采集方式将集合三维激光扫描的大范围量测与细部构造的手工测绘。古建筑信息模型的建立基于Autodesk Revit软件,软件以“族”为基本单元的构建方式,与古建筑构件组合搭建的特点相契合,在此基础上借助软件的整合能力管理古建筑中的构件及其信息,建立丰富的古建筑构件“族库”,实现构件层级的参数化驱动,进而强化古建筑信息模型的永久保留。虽然古建筑在规模和形制上有所差别,但其构件化的搭建、模数化的尺度以及特征化的组合等特点使得古建筑高效的参数化建模过程成为可能,大大简化了后期的重复工作,降低了数字化的成本。



  (a)斗拱构件族



  (b)斗拱族



  (c)屋面瓦片族


  基于BIM技术的古建筑信息模型作为信息平台,是古建筑信息永久留存的基础。古建筑信息模型具有可视化性、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。



  (a)古建筑大木构架



  (b)古建筑信息模型


  模型中存入的信息以设计功能有用性为原则,信息载入以规范化的形式,信息使用以满足直接查看和量化调用为宜。其以单个实体构件为对象,将构件真实的几何信息、属性信息及构件层级的关联信息封装在同一模型框架内,提供程序系统充分的计算依据,满足自动计算和查询相关信息的能力。源自于同一BIM平台的各类信息之间具有统一性和联动性,当对某一构件的信息进行修改时,其他与之关联的信息随之进行参数化联动。在对模型和信息进行修改的同时,Revit软件的阶段化设置功能可将每次修改定义在不同时间阶段中,便于古建筑不同保护阶段间的信息分类、校核。此外,古建筑信息模型可链接图像、点云数据和生成CAD矢量图纸数据等,实现对传统纸质和数字化资源的持久利用与保存。


  古建筑信息模型的扩展


  古建筑信息模型是针对单体古建筑或古建筑群的精细模型,其可作为基础数据导入地理信息系统GIS中,建立区域性古建筑分布展示和管理平台;也可通过其与虚拟现实技术的综合应用,强化古建筑信息与文旅融合的创新发展。


  基于GIS技术建立的古建筑信息管理平台主要用于大范围空间的信息管理,致力于宏观地理环境的研究,提供三维漫游、空间查询、空间分析、VR/AR等应用能力,并且在古建筑BIM的后期运维阶段,三维GIS可为其提供决策支持,因此古建筑信息的保护不仅需要BIM将其数字化表达,而且需要一个三维GIS平台来展示、管理和应用这些古建筑数字化数据。与虚拟现实相结合的方式则可以打造古建筑文化传播新途径。BIM模型为虚拟现实提供了和古建筑本体一致的精确模型,其可以实现游客在一个虚拟场景中漫游,为其带来不一样的感知和思维交互体验。未来可围绕文物本体及其历史环境等重要元素,打造虚拟古建筑群,开发以智能终端平台或现场展示平台为承载的数字化文物旅游产品,加强文物数字化展示利用,促进古建筑的保护及文化传播。


  古建筑是中华建筑文化最直观最具体的表现。三维激光扫描技术提取了其详实的基础数据,历朝历代的通则和权衡赋予了其丰富的属性信息;基于此建立古建筑信息模型(BIM),与地理信息系统(GIS)相融合应用;并最终通过虚拟现实技术实现古建筑线上线下用户的主体交互和沉浸式体验。创新的多技术多平台信息整合方式可有效促进古建筑文化和旅游产业的共同进步。


  文化是旅游的灵魂,旅游是文化的重要载体,其与国家和各省份所倡导的文旅融合高度契合,让市民和游客感受信息化和文旅融合发展带来的新成果。发展古建筑文化旅游,走以古建筑文化为内涵的发展之路,实现了建筑遗产从浅层旅游到深层旅游的转变,从粗放旅游到信息化旅游的过渡,文化旅游必然生机无限。


  (该文为2019年度文化艺术和旅游研究项目信息化发展专项(xxhfzzx201910)研究成果)

 

本文标题: 数字化建设 | 建筑信息模型技术在古建筑信息管理中的应用

本文链接: https://www.gujianchina.cn/news/show-9771.html (转载时请保留)

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