BIM技術(shù)在文物建筑保護(hù)中應(yīng)用研究

第三屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集上海.2011PAGEBIM技術(shù)在文物建筑保護(hù)中的應(yīng)用研究趙景學(xué)姜立王會一建研科技股份有限公司[摘要]研究在建筑信息模型BIM（BuildingInformationModeling）中記錄文物建筑生命周期中的的所有信息的方法，基于三維數(shù)字技術(shù)的全息幾何模型的瀏覽，整體建筑的歷史人文信息、設(shè)計(jì)與建造信息、災(zāi)害與維修信息的記錄與查詢，局部構(gòu)件的物理屬性、歷史信息、施工工藝等記錄與查詢，基于的BIM的文物建筑管理，基于BIM的文物建筑分析。為文物保護(hù)所有決策提供可靠依據(jù)，為文物建筑的研究提供最全面的信息。[關(guān)鍵詞]BIM文物建筑保護(hù)虛擬營造歷史信息全生命周期1引言在過去的20多多年的文物建建筑保護(hù)中，CAD技術(shù)的普及及和推廣將文物建筑保保護(hù)和維護(hù)人人員從傳統(tǒng)的的手工繪圖中中解放出來，可可以說是文物物建筑保護(hù)領(lǐng)領(lǐng)域的第一次次數(shù)字革命。而而現(xiàn)在，建筑筑信息模型（BIM）的出現(xiàn)將將引發(fā)整個文文物建筑保護(hù)護(hù)領(lǐng)域的第二二次數(shù)字革命命。BIM不僅帶來現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步和更新?lián)Q換代，它也間間接影響了生生產(chǎn)維護(hù)組織模式式和管理方式式，并將更長長遠(yuǎn)地影響人人們思維模式式的轉(zhuǎn)變。BIM技術(shù)的核核心是通過在在計(jì)算機(jī)中建建立虛擬的建建筑三維模型型，同時利用用數(shù)字化技術(shù)術(shù)為這個模型型提供完整的的、與實(shí)際情情況一致的建建筑信息庫。該該信息庫不僅僅包含描述建建筑物構(gòu)件的的幾何信息、專專業(yè)屬性及狀狀態(tài)信息，還還包含了非構(gòu)構(gòu)件對象（例例如空間、運(yùn)運(yùn)動行為）的的信息。借助助這個富含建建筑工程信息息的三維模型型，建筑的信信息集成化程程度大大提高高，應(yīng)用到文文物建筑保護(hù)護(hù)中可以為保護(hù)的相關(guān)方方提供一個保保護(hù)信息交換換和共享的平平臺。結(jié)合更更多的相關(guān)數(shù)數(shù)字化技術(shù)，BIM模型中包含含的建筑信息還可可以被用于模模擬文物建筑在真實(shí)世世界中的狀態(tài)態(tài)和變化，使使得建筑物在在進(jìn)行保護(hù)的全全生命周期中中，相關(guān)方就就能對文物建建筑的現(xiàn)狀、變變化規(guī)律及發(fā)發(fā)展趨勢做出出完整的分析析和評估。

隨著BIMM在國內(nèi)逐漸漸被認(rèn)可與應(yīng)應(yīng)用，特別是是近年來在國國內(nèi)工程建造造行業(yè)高速發(fā)發(fā)展的背景下下，BIM已經(jīng)在國內(nèi)內(nèi)一些大型工工程項(xiàng)目中得得到積極應(yīng)用用，涌現(xiàn)出很很多成功案例例。美國bSa（builddingSSMARTalliaance）曾經(jīng)對目目前美國工程程建設(shè)行業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域的BIM應(yīng)用情況做做過詳細(xì)調(diào)查查，并總結(jié)出出目前美國市市場上BIM的25種不同應(yīng)用用并加以分析析研究，用于于指導(dǎo)工程項(xiàng)項(xiàng)目在不同階階段選擇合適適的BIM應(yīng)用。國國內(nèi)目前還缺缺少在這一領(lǐng)領(lǐng)域的深入研研究，我們可可以借鑒美國國對BIM應(yīng)用的分類類框架，結(jié)合合目前國內(nèi)BIM技術(shù)的發(fā)展展現(xiàn)狀、市場場對BIM應(yīng)用的接受受程度以及國國內(nèi)的特點(diǎn)，將BIM技術(shù)結(jié)合文物建筑保護(hù)的需要進(jìn)行分析，對實(shí)用性進(jìn)行研究，最后得出最適合中國文物建筑保護(hù)的具體措施，再加以推廣。2文物建筑保保護(hù)中的難點(diǎn)點(diǎn)行業(yè)信息化中，我我們的研究表表明，文物建建筑保護(hù)是信信息化最難的的一個行業(yè)，難難度遠(yuǎn)超制造造業(yè)、家電等等其他的行業(yè)，而而我們現(xiàn)階段段信息化的文文物保護(hù)理念念、方法論和和應(yīng)用技術(shù)大大都還在翻版版其他行業(yè)的的模式和技術(shù)術(shù)為主，遇到到的困境是難難以避免的。明白發(fā)展什么樣樣的信息技術(shù)術(shù)、方法論和和模式才能應(yīng)應(yīng)對文物建筑筑保護(hù)信息化化困境，理清清文物建筑保保護(hù)信息化的的特點(diǎn)和難點(diǎn)點(diǎn)是關(guān)鍵，理理論和實(shí)證表表明以下行業(yè)業(yè)特點(diǎn)和難點(diǎn)點(diǎn)是對文物保保護(hù)信息化產(chǎn)產(chǎn)業(yè)具有重大大影響。2.1海量基礎(chǔ)礎(chǔ)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建建、計(jì)算、整整合、共享相相當(dāng)困難文物建筑的各類類信息都面臨臨同樣的境況，關(guān)關(guān)系到核心數(shù)數(shù)據(jù)管理的海海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)據(jù)我們?nèi)绻徊荒芎芎玫恼普瓶兀杭皶r準(zhǔn)準(zhǔn)確的獲取、分分析、共享，管管理提升和信信息化都將成成為一句空話話。信息數(shù)據(jù)的計(jì)計(jì)算和文物建建筑保護(hù)管理理過程的數(shù)據(jù)據(jù)分析工作量大，難度度高，這是一一個4D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)計(jì)計(jì)算分析問題題。傳統(tǒng)的處處理難以應(yīng)對對全過程管理理的需求，也也難以滿足獲獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)據(jù)的需求。每每個部分的保保護(hù)和維護(hù)都都面臨著選擇擇和調(diào)配，每每個地區(qū)也不不同。這樣的的海量數(shù)據(jù)的的及時、準(zhǔn)確確地獲取和分分析有巨大的的挑戰(zhàn)。維護(hù)護(hù)方同樣面臨臨海量信息處處理難題。文文物建筑保護(hù)護(hù)是數(shù)據(jù)很大的一個行行業(yè)，人工收收集處理信息息根本無力以以對，但現(xiàn)階階段我們還只只有在用人力力戰(zhàn)術(shù)。2.2知識庫建建設(shè)困難文物建筑保護(hù)業(yè)業(yè)務(wù)管理需要要很多知識庫庫支撐：文物物知識庫、文物維護(hù)工法法庫、古建知識庫庫、材料知識識庫、崗位職職責(zé)知識庫等等。這些知識識庫不僅數(shù)據(jù)據(jù)量大，而且且根據(jù)時間的的推移和技術(shù)術(shù)的革新變化化很快。文物建筑筑保護(hù)新工藝藝、新材料不不斷快速增加加，而維護(hù)工作要干多年，一一個有經(jīng)驗(yàn)的的項(xiàng)目管理人人員每天仍然然會遇到很多多新問題。文文物建筑保護(hù)護(hù)信息化只有在知識積積累和共享發(fā)發(fā)揮出巨大作作用時才能體現(xiàn)價(jià)價(jià)值。目前，傳統(tǒng)的知知識庫建設(shè)方方法往往是：：集中式殲滅滅戰(zhàn)，修訂周周期長，依賴賴專家，紙介介質(zhì)方式共享享。這種傳統(tǒng)統(tǒng)知識庫建設(shè)設(shè)方法帶來的的問題是無法法跟上建筑保保護(hù)需求變化化和維護(hù)變化，知知識庫修訂好好時往往有需需要更新了。當(dāng)當(dāng)前文物建筑筑保護(hù)需求快快速增長，聚聚集專家花很很長時間建設(shè)設(shè)一個知識庫庫已越來越不不可能。不僅僅是一個單位位沒有這樣的的能力，一個個地區(qū)主管部部門也同樣困困難。導(dǎo)致現(xiàn)現(xiàn)在整個文物物建筑保護(hù)業(yè)業(yè)至今還靠經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，僅靠人人的能力來工工作，錯誤的產(chǎn)生生和管理失控控越來越常見見。傳統(tǒng)方法法還存在共享享能力弱的問問題，不方便便知識隨時隨隨地在全員范范圍內(nèi)獲取。解決文物建筑保保護(hù)知識庫建建設(shè)問題必須須要創(chuàng)新方法法論同時，用用先進(jìn)的信息息技術(shù)來改變變這一切。2.3協(xié)同效率率低一個大型文物建建筑保護(hù)項(xiàng)目目的參與單位位可以是多個。協(xié)協(xié)同是項(xiàng)目管管理一大難題題，大量的時時間和成本被被損失在協(xié)同同效率這一問問題上。信息息技術(shù)是突破破這一難題的的當(dāng)然之選，但但目前的項(xiàng)目目管理系統(tǒng)局局限性還很大。一是協(xié)同的平臺臺僅基于二維維數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)據(jù)可視化和關(guān)關(guān)聯(lián)性差，技技術(shù)層級不夠夠，影響效率率，容易引起起錯誤理解，存存在的問題不不容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)。二是開放性不夠夠。文物建筑筑保護(hù)管理系系統(tǒng)還只能局局限于一個單單位內(nèi)部，而而一個維護(hù)項(xiàng)目的順順利進(jìn)行顯然然不是一個單單位的事，所所有參與方的的協(xié)同平臺的的創(chuàng)建應(yīng)用越越來越重要。2.4文物建筑筑地域性強(qiáng)文建筑保護(hù)地點(diǎn)點(diǎn)分布十分廣廣泛。不像其其他行業(yè)在固固定的流水線線和辦公室里里辦公，文物物建筑保護(hù)管管理是針對不不同地域的文文物建筑的，地地域和建筑的的類型和特點(diǎn)點(diǎn)都有變化，應(yīng)用系統(tǒng)隨著不同地域文物建筑的變化而變化是信息化一大制約因素。2.5易用性要要求高文物建筑保護(hù)管管理人員計(jì)算算和平均水平平較其他行業(yè)業(yè)會低很多，領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)干部操作作軟件若要鍵鍵盤、鼠標(biāo)一一起上，學(xué)習(xí)習(xí)難度就已偏偏高，影響了了普及速度。觸觸摸技術(shù)，一一指搞定，才才是文物建筑筑保護(hù)信息技技術(shù)的方向。2.6信息化人人才缺乏文物建筑保護(hù)護(hù)業(yè)信息化近近年的發(fā)展表表明，信息化化進(jìn)展受到信信息化人才缺缺乏的嚴(yán)重制制約。實(shí)施文文物建筑保護(hù)護(hù)信息化系統(tǒng)統(tǒng)，目前各級級操作人員都都缺，且因文文物保護(hù)任務(wù)務(wù)繁重，相關(guān)人員都在在進(jìn)行文物建建筑的本體保保護(hù)，因此信信息化系統(tǒng)部部署和實(shí)施一一定要更便捷捷，而不需一一大堆人上去去弄很長時間間。3突破的關(guān)鍵鍵技術(shù)：應(yīng)對上述信息化化難題，僅以以原先成熟的的和其他行業(yè)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)已大大為不夠。所所幸的是近年年IT技術(shù)特別是是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)和商業(yè)模式式的不斷推陳陳出新，為文文物建筑保護(hù)護(hù)信息化突破破創(chuàng)造了嶄新新的空間，BIM技術(shù)將是突破文物建筑筑保護(hù)業(yè)信息息化最強(qiáng)有力力的關(guān)鍵技術(shù)術(shù)。BIM（BuiildinggInfoormatiionMoodelinng建筑信息模模型）技術(shù)被被國際工程界界公認(rèn)為是一一項(xiàng)建筑及維維護(hù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)業(yè)生產(chǎn)力革命命性技術(shù)，無無論多重視都都不為過。它它的關(guān)鍵價(jià)值值在于提供了了一個項(xiàng)目核核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)據(jù)的支撐平臺臺。有了BIM，我們文物建建筑保護(hù)界才才有了一直需需要的一個技技術(shù)支撐平臺臺：一個可隨隨時、快速、普普遍訪問到的的最新、最準(zhǔn)準(zhǔn)確、最完整整、最可靠的的4D關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫庫。BIM技術(shù)的這種種價(jià)值解決了了項(xiàng)目管理長長期困擾的兩兩大難題,一是海量基基礎(chǔ)數(shù)據(jù)全過過程統(tǒng)計(jì)分析析：方法選定定、特征歸納、維維護(hù)分類等等等。二是協(xié)同同難題。二維維紙介質(zhì)圖不不能同步，不不能對每個文文物建筑細(xì)節(jié)節(jié)單獨(dú)進(jìn)行詳詳細(xì)全方位解解讀，理解差差別大，更難難遠(yuǎn)程協(xié)同維維護(hù)。同時BIM可提供強(qiáng)大大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支支撐，免受人人工處理大量量數(shù)據(jù)之苦，又又解決系統(tǒng)錄錄入數(shù)據(jù)時不不對應(yīng)、不及及時、不準(zhǔn)確確的問題。4BIM在文文物建筑保護(hù)護(hù)中具體的應(yīng)應(yīng)用4.1文物建筑筑三維虛擬模型根據(jù)文物建筑保保護(hù)方案建立和維維護(hù)BIM模型，實(shí)質(zhì)質(zhì)是使用BIM平臺匯總各各項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所所有的維護(hù)相相關(guān)信息，消消除項(xiàng)目中的的信息孤島，并并且將得到的的信息結(jié)合三三維模型進(jìn)行行整理和儲存存，以備項(xiàng)目目全過程中項(xiàng)項(xiàng)目各相關(guān)方方隨時共享。根據(jù)文物BIM模型的用途決定BIM模型的細(xì)節(jié)精度，同時僅靠一個BIM工具并不能完成所有的工作，所以可以采用“分布式”BIM模型的方法，建立符合維護(hù)項(xiàng)目現(xiàn)有條件和使用用途的BIM模型。BIM“分布式”模型還體現(xiàn)在BIM模型往往由相關(guān)的單位根據(jù)各自工作范圍單獨(dú)建立，最后通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)合成。確保BIM模型信息的準(zhǔn)確、時效和安全。4.2文物建筑筑周邊環(huán)境分分析周邊環(huán)境分析是是研究影響文文物建筑保護(hù)護(hù)的主要因素素，是研究文文物建筑與周周圍景觀的聯(lián)聯(lián)系。文物建筑周周圍的地貌、植植被、氣候條條件都是影響響保護(hù)決策的重重要因素，傳傳統(tǒng)的環(huán)境分析存在在諸如定量分分析不足、主主觀因素過重重、無法處理理大量數(shù)據(jù)信信息等弊端，通通過BIM信息系統(tǒng)，對文物建筑周周邊及文物建筑物空空間數(shù)據(jù)進(jìn)行行建模，分析析保護(hù)和維護(hù)護(hù)方案，通過BIM軟件的強(qiáng)大大功能，迅速速得出令人信信服的分析結(jié)結(jié)果，從而做出最理理想的文物建建筑保護(hù)方案案。4.3虛擬文物物建筑研究在文物研究方面面，對文物建筑筑本體進(jìn)行研研究，受到時時間和空間的的限制，給研研究工作帶來來極大的比便便，利用BIIM模型，可以使使用BIM可以對對文物建筑的的布局、紋理理、色彩以及及歷史信息進(jìn)進(jìn)行全方位的的研究。BIM甚至可以做做到局部的細(xì)細(xì)節(jié)推敲，通通過BIM來研究文物建建筑，可以獲獲得較高的互互動效應(yīng)，以以便從文物管管理方獲得更詳實(shí)的的信息。各種相關(guān)的的信息更容易易的集中在一一起，便于研研究人員進(jìn)行行探索和分析析。4.4增強(qiáng)文物物建筑保護(hù)的的可視化3Dmax、SSketchhup這些三維可可視化設(shè)計(jì)軟軟件的出現(xiàn)有有力地彌補(bǔ)了了因缺乏對傳傳統(tǒng)建筑圖紙紙的理解能力力而造成的交交流鴻溝，但由于這些些軟件的理念和功能能上的局限，使使得這樣的三三維可視化展展現(xiàn)與文物建建筑保護(hù)及研究之間存在著相當(dāng)大的差差距。另外，傳統(tǒng)CAAD的平臺主要使用平、立立、剖等三視視圖以及文字字說明的方式式來表達(dá)和展現(xiàn)現(xiàn)文物建筑信信息。這種由由于工具原因因造成的信息息割裂，在遇遇到文物建筑筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，非常常容易出錯。BIM不僅擁有了了三維可視化化的工具，所所見即所得，更更重要的是通過工工具的提升，能能使用三維的的思考方式來來完成文物保保護(hù)方案，同同時也真正擺擺脫了技術(shù)壁壁壘的限制。4.5文物建筑筑的虛擬營造造文物建筑歷史悠悠久，雖然有有一定的規(guī)律律但是古代的的工匠大多不不通文墨，不不能對建筑的的規(guī)律通過文文字做系統(tǒng)性性的總結(jié)的表表達(dá)，幾千年年來主要以師師傅帶徒弟，口口傳心受缺乏乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，加之交通通和信息的不不暢，造成不不同的時期，不不同的地域，不不同的工匠之之間營造規(guī)律律差別很大。動動態(tài)的營造過過程更是很難難完全體現(xiàn)出出來。通過BIM技術(shù)將三維模型與工程進(jìn)度相鏈鏈接，將空間間信息與時間間信息整合在在一個可視的的4D（3D+Tiime）模型中，可可以直觀、精精確地反映整整個文物建筑的營造過程。通通過BIM可以對文物建建筑的重點(diǎn)或或難點(diǎn)部分進(jìn)進(jìn)行模擬。對對于一些重要要的營造工藝進(jìn)行行模擬和分析析，也可以利利用BIM技術(shù)結(jié)合維護(hù)護(hù)組織計(jì)劃進(jìn)進(jìn)行預(yù)演以提提高復(fù)雜文物物建筑體系的的維護(hù)可行性性。借助BIM對文文物建筑的維維修進(jìn)行的模模擬，能夠非非常直觀地了了解整個維修過程的時間節(jié)節(jié)點(diǎn)和維修工序，并清清晰把握在維維修過程中的難難點(diǎn)和要點(diǎn)，也也可以進(jìn)一步步對原有維修修方案進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化和改善，以以提高維修效率和維修方案的安全全性。4.6災(zāi)害應(yīng)急急模擬由于文物建筑的的歷史價(jià)值，對對災(zāi)害的預(yù)防防十分重要，利用BIM及相應(yīng)災(zāi)害分析模擬軟件，可以在災(zāi)害發(fā)生前模擬災(zāi)害發(fā)生的過程，制定避免災(zāi)害發(fā)生的措施，以及發(fā)生災(zāi)害后消防滅火、救援支持、重要文物轉(zhuǎn)移、特殊文物建筑保護(hù)的應(yīng)急預(yù)案。

當(dāng)災(zāi)害發(fā)生后，BIM模型可以提提供救援人員員緊急狀況點(diǎn)點(diǎn)的完整信息息，這將有效效提高突發(fā)狀狀況應(yīng)對措施施。此外通過過BIM模型能能清晰地呈現(xiàn)現(xiàn)出建筑物內(nèi)內(nèi)部緊急狀況況的位置，甚甚至提供最合適的的救援路線，救救援人員可以以由此做出正正確的現(xiàn)場處處置，提高應(yīng)應(yīng)急行動的成成效。5結(jié)論從以上應(yīng)用中可可以看出，BIM的應(yīng)用對于于實(shí)現(xiàn)文物建建筑保護(hù)及文文物建筑管理理，提高文物物建筑保護(hù)的的科學(xué)技術(shù)水水平，促進(jìn)文文物建筑保護(hù)護(hù)全面信息化化和現(xiàn)代化，具具有巨大的應(yīng)應(yīng)用價(jià)值和廣廣闊的應(yīng)用前前景。相信隨隨著BIM技術(shù)的發(fā)展展和市場的成成熟，一定會會涌現(xiàn)出更多多類型的BIM應(yīng)用。BIM，在某種種程度上我們們可以把它看看作文物建筑的數(shù)字化、信信息化進(jìn)程。其實(shí)BIM的內(nèi)涵及外外延早已超出出了模型的范范疇，也延伸伸出了建筑行行業(yè)，甚至到到整個工程行行業(yè)。因此，從BIM的實(shí)用性十十分適用于文文物建筑保護(hù)護(hù)