BIM在文化遗产保护设计的应用探索

近年来，BIM在我国建筑领域的应用逐步兴起，技术理论研究持续深入。同时，BIM在部分建设项目的设计、施工和运营维护管理中陆续得到应用。推进BIM应用，已成为政府、行业和企业的共识。

清华大学建筑设计研究院有限公司建筑与文化遗产保护研究所将BIM技术应用于文化遗产保护设计、施工、运营维护各阶段，充分体现BIM在参数化设计方法，探索了HBIM（heritagebuildinginformationmodel）应用技术。本文力图明晰BIM的优势作用及所面临的问题。

一、既往经验简介

对于大多数从事文化遗产保护方面的责任设计师来说，HBIM目前的使用还处于非常初级的阶段。我们的技术团队自2009年开始尝试使用REVIT等软件应用于文化遗产保护项目设计的不同阶段。

1、实例分析：河南省辉县市卫源庙清晖殿文物建筑现状修整工程

清晖殿位于河南省辉县市百泉卫源庙内。卫源庙创建于隋，为祭祀卫源之神而建。现存建筑为明代早期重建，保留有柱础等唐宋遗构。

经过前期的探索，本项目应用HBIM技术逐步成熟，取得了两方面的成果，一是通过HBIM对异形屋面，建筑脊饰等细部，斗拱等的三维模型进行可视化设计，大大减少了二维设计的隐形失误。

另一方面本项目同时探讨对各类构件进行分类管理和统计“搭建构件类型库”，并按此赋予不同的信息内容，为标准化信息平台的搭建，打下了良好的基础。

　　图/辉县清辉殿现状照片

　　图/清晖殿结构分解图（Revit参数化设计软件建立模型过程）

　　图/清晖殿斗拱样式分析图（三维斗拱分析）

　　图/清晖殿轴测图

2、HBIM工程设计的流程总结

该项目总结了HBIM工程设计的流程，主要经过标准样板文件的设计、三维信息模型的建立、根据模型形成工程图纸、概算工程量清单的汇总、工程验收后根据洽商设计变更内容、深化模型形成竣工图纸等几个阶段。

人员配备上形成主创人员（1人）负责样板文件的制作、族制作（2人）、模型制作出图（2人）的5人工作小组模式。

二、HBIM设计具备强大的三维能力和完备数据库，详细记录构件级别的各项特征

（HBIM）建筑信息模型为修缮设计的方法提供了强有力的技术支持，它使得复杂的价值及其载体的分析设计变得简单易行。首先基于建筑信息模型（HBIM）的思维，文物建筑的构件信息，结构信息，材料信息，残损信息、修缮做法都可以被整合在一个相互关联的逻辑系统中，在建立大木、小木、瓦石、装修模型的时候已经同步载入年代、价值、残损等主要特征信息。最终的图纸是一个信息模型在不同维度上的表达。责任设计师同时可以以三维的方式观察设计对象。

再者，借助BIM模型信息关联的特性，使得方案的调整、表达、平立剖图纸绘制变得十分简单，减少了重复性的工作，责任设计师可以有更多的时间和精力回归到具体问题的解决中去。

实例分析：万载祠堂群修缮工程

江西省万载县田下是万载县古祠堂保存较为完整的区域，是保存历史建筑较为集中的地段。该建筑群中的祠堂以郭氏宗祠数量最多，还有易家祠、宋家祠等。这些祠堂最早的始建于明朝天启丁卯年（1627年），对于研究万载的历史变革和社会变迁以及当地明末清初的祠堂建筑风格，具有十分重要的意义。

　　图/绿荫公祠大门立面图；绿荫公祠仪门轴测图；梁、檩信息模型设计；柱径及柱础信息模型设计

三、HBIM设计软件（REVIT）与其他技术成果具有较好的协同工作接口

责任设计师不仅要有设计能力，还需具备跨专业的协调能力。利用HBIM软件的参数化功能使得设计成果的开放性大大提高，满足了设计师对多种可预见参数的参与，使得设计的客观性加强。基于BIM理念的跨软件平台的协作，让设计师可以选择最合适的软件完成相应的工作。设计团队主要使用AUTODESK公司的REVIT软件，REVIT软件与CAD、等软件有较好的接口，数据的适应性很强。

实例分析：安平桥（五里桥）瑞光塔抢险加固工程设计方案

瑞光塔为桥头塔，立于安平桥（五里桥）东侧。因位于安海西岸，俗称“西塔”。该塔通高20.55米，为五层六角楼阁式砖石结构，内空心，有旋梯可上，外涂白灰土，又俗称“白塔”。瑞光塔于南宋绍兴二十二年（1152）桥建成后，乡人用建桥余资建造，明清间多次重修，明万历三十四年（1606）重修后曾易名“文明塔”。1961年3月瑞光塔作为安平桥的附属建筑，一并列为全国重点文物保护单位。

本设计主要研究了各个专业协同设计的方面，协同三维扫描成果和本专业内部各个人员分工的不同交互工作方式。

　　图/瑞光塔现状照片及点云文件；瑞光塔revit剖面图

　　图/根据三维扫描出精确数据，用revit建模，瑞光塔revit外立面模型

四、不仅仅是设计环节，HBIM设计方法在文物保护中整合了各个相关人群和环节，为文物保护单位提供与文物建筑匹配的信息模型

HBIM运用于文物建筑修缮设计，整合环节的主要优势在于三个方面：一是文化遗产保护设计多个人群，同时设计过程涉及诸多工种，设计中反复推敲带来的调整变更往往是多环节多工序的；HBIM提供了一种新的工作方式，将管理部门、保护单位、设计方、施工方和大众联系在一个交流平台上，从而使保护工作的各个环节紧密联系，同步调整的设计方式协同进行。

　　表/HBIM方法的整体构架

第二个方面是勘察和记录信息，这是文物保护才有的需求，而新建设计是没有的。HBIM设计过程中，有价值的信息在BIM建模数据完成后可以永久的保留下去，具有建立新型档案保存方式和检索方式的意义。那么BIM在古建保护方面的意义就完全不同于新建设计了。

第三个方面是施工设计上，能通过BIM规定实施工序，把材料、构造等传统施工工艺体现在三维BIM的房屋修缮图中。对于文物古建筑来说，这种方式让病害的诊断和治疗措施的制定更直观。

五、结语

1、HBIM在文物修缮设计中目前面临的主要困境

首先，标准的不统一，整个行业范围内部无法形成统一的交付标准。其次，行业的整体水平普遍较低，大部分业主单位对HBIM的认知不足。第三，责任设计师对“用BIM做设计”缺少正确认识。大多责任设计师对BIM的理解停留在“画完平面生成立面和剖面”的错误思维上。

2、HBIM在文化遗产保护领域有广阔的前景

一是实践表明，HBIM的应用在文保领域是可行的，并已经初步彰显了其巨大的科技和商业价值；二是目前我国的BIM技术主要用于施工设计阶段，但随着BIM技术的推广和应用，使得建设工程设计图更加具体、直观，设计图纸具有了生命，未来BIM技术在管理展示、监测等文化遗产保护领域将具有广阔的发展前景。（作者：杨绪波陈鹏举）

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