BIM技術(shù)在文物建筑保護(hù)中應(yīng)用

第三屆工程建設(shè)計算機(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多年的文物建筑保護(hù)中，CAD技術(shù)的普及和推廣將文物建筑保護(hù)和維護(hù)人員從傳統(tǒng)的手工繪圖中解放出來，可以說是文物建筑保護(hù)領(lǐng)域的第一次數(shù)字革命。而現(xiàn)在，建筑信息模型（BIM）的出現(xiàn)將引發(fā)整個文物建筑保護(hù)領(lǐng)域的第二次數(shù)字革命。BIM不僅帶來現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步和更新?lián)Q代，它也間接影響了生產(chǎn)維護(hù)組織模式和管理方式，并將更長遠(yuǎn)地影響人們思維模式的轉(zhuǎn)變。BIM技術(shù)的核心是通過在計算機(jī)中建立虛擬的建筑三維模型，同時利用數(shù)字化技術(shù)為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象（例如空間、運動行為）的信息。借助這個富含建筑工程信息的三維模型，建筑的信息集成化程度大大提高，應(yīng)用到文物建筑保護(hù)中可以為保護(hù)的相關(guān)方提供一個保護(hù)信息交換和共享的平臺。結(jié)合更多的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)，BIM模型中包含的建筑信息還可以被用于模擬文物建筑在真實世界中的狀態(tài)和變化，使得建筑物在進(jìn)行保護(hù)的全生命周期中，相關(guān)方就能對文物建筑的現(xiàn)狀、變化規(guī)律及發(fā)展趨勢做出完整的分析和評估。

隨著BIM在國內(nèi)逐漸被認(rèn)可與應(yīng)用，特別是近年來在國內(nèi)工程建造行業(yè)高速發(fā)展的背景下，BIM已經(jīng)在國內(nèi)一些大型工程項目中得到積極應(yīng)用，涌現(xiàn)出很多成功案例。美國bSa（buildingSMARTalliance）曾經(jīng)對目前美國工程建設(shè)行業(yè)領(lǐng)域的BIM應(yīng)用情況做過詳細(xì)調(diào)查，并總結(jié)出目前美國市場上BIM的25種不同應(yīng)用并加以分析研究，用于指導(dǎo)工程項目在不同階段選擇合適的BIM應(yīng)用。國內(nèi)目前還缺少在這一領(lǐng)域的深入研究，我們可以借鑒美國對BIM應(yīng)用的分類框架，結(jié)合目前國內(nèi)BIM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、市場對BIM應(yīng)用的接受程度以及國內(nèi)的特點，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文物建筑保護(hù)中的難點行業(yè)信息化中，我們的研究表明，文物建筑保護(hù)是信息化最難的一個行業(yè)，難度遠(yuǎn)超制造業(yè)、家電等其他的行業(yè)，而我們現(xiàn)階段信息化的文物保護(hù)理念、方法論和應(yīng)用技術(shù)大都還在翻版其他行業(yè)的模式和技術(shù)為主，遇到的困境是難以避免的。明白發(fā)展什么樣的信息技術(shù)、方法論和模式才能應(yīng)對文物建筑保護(hù)信息化困境，理清文物建筑保護(hù)信息化的特點和難點是關(guān)鍵，理論和實證表明以下行業(yè)特點和難點是對文物保護(hù)信息化產(chǎn)業(yè)具有重大影響。2.1海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、計算、整合、共享相當(dāng)困難文物建筑的各類信息都面臨同樣的境況，關(guān)系到核心數(shù)據(jù)管理的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)我們?nèi)绻荒芎芎玫恼瓶兀杭皶r準(zhǔn)確的獲取、分析、共享，管理提升和信息化都將成為一句空話。信息數(shù)據(jù)的計算和文物建筑保護(hù)管理過程的數(shù)據(jù)分析工作量大，難度高，這是一個4D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)計算分析問題。傳統(tǒng)的處理難以應(yīng)對全過程管理的需求，也難以滿足獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求。每個部分的保護(hù)和維護(hù)都面臨著選擇和調(diào)配，每個地區(qū)也不同。這樣的海量數(shù)據(jù)的及時、準(zhǔn)確地獲取和分析有巨大的挑戰(zhàn)。維護(hù)方同樣面臨海量信息處理難題。文物建筑保護(hù)是數(shù)據(jù)很大的一個行業(yè)，人工收集處理信息根本無力以對，但現(xiàn)階段我們還只有在用人力戰(zhàn)術(shù)。會2.2春知識庫建設(shè)困戲難透文物建筑保護(hù)驢業(yè)務(wù)管理需要完很多知識庫支蜂撐：訊文物知識庫奸、掏文物維護(hù)墓工法哄庫蕩、己古建知識庫、較材料知識庫找、崗位職責(zé)知驢識庫等。這些乎知識庫不僅數(shù)似據(jù)量大，而且漆根據(jù)時間的推嗚移和技術(shù)的革狀新巴變化店很棉快。帶文物建筑保護(hù)盈新工藝、新材躬料不斷快速增延加，而粉維護(hù)嘗工叢作矩要干多年，一段個有經(jīng)驗的項唐目管理人員每貪天仍然會遇到傭很多新問題。內(nèi)文物建筑保護(hù)央信息化姿只有探在知識積累和烤共享發(fā)揮出巨清大作用娃時楚才能體現(xiàn)價值筐。安目前，傳統(tǒng)的忽知識庫建設(shè)方墊法往往是：集章中式殲滅戰(zhàn)，達(dá)修訂周期長，弓依賴專家，紙網(wǎng)介質(zhì)方式共享源。這種傳統(tǒng)知康識庫建設(shè)方法呀帶來的問題是岡無法跟上滅建筑保護(hù)需求惹變化和奴維護(hù)阿變化，知識庫眾修訂好成時往往有需要返更新了漁。當(dāng)前丹文物建筑保護(hù)挖需求廚快速增長，聚兩集專家花很長女時間建設(shè)一個仍知識庫已越來艦越不可能。不暫僅是一個倉單位鴿沒有這樣的能鞭力，一個地區(qū)味主管部門也同惕樣困難。導(dǎo)致劑現(xiàn)在整個耍文物建筑保護(hù)復(fù)業(yè)鴉至今還靠經(jīng)驗太，僅靠人的能做力罩來工作莫，允錯誤的產(chǎn)生和憐管理失控越來咐越常見。傳統(tǒng)弊方法還存在共粱享能力弱的問壯題，不方便知泉識隨時隨地在播全員范圍內(nèi)獲儀取。遣解決乒文物建筑保護(hù)僅知識庫建設(shè)問騰題必須要創(chuàng)新頂方法論同時，熄用先進(jìn)的信息朽技術(shù)來改變這銀一切庸。愁2.3有協(xié)同效率低期一個大型塑文物建筑保護(hù)裝項目的參與單每位訊可以是多笨個。協(xié)同是項頂目管理一大難著題，大量的時爸間和成本被損伙失在協(xié)同效率藍(lán)這一問題上。莫信息技術(shù)是突稱破這一難題的渡當(dāng)然之選，但久目前的項目管潛理系統(tǒng)局限損性教還很大。堡一是協(xié)同的平若臺僅基于二維值數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可杰視化和關(guān)聯(lián)性鏟差，技術(shù)層級柴不夠，影響效強(qiáng)率，容易引起捆錯誤理解，存勁在的問題不容鑰易被發(fā)現(xiàn)。蒼二是開放性不速夠。傳文物建筑保護(hù)差管理系統(tǒng)還只產(chǎn)能局限于一個師單位敲內(nèi)部，而一個傷維護(hù)絕項目的順利進(jìn)則行顯然不是一翠個單位的事，濫所有參與方的踏協(xié)同平臺的創(chuàng)伯建應(yīng)用越來越療重要。狐2.4從文物建筑地域智性強(qiáng)所文暫建筑保護(hù)限地點譽(yù)分布十分廣泛恭。不像其他行綠業(yè)在固定的流間水線和辦公室扮里辦公，陵文物建筑保護(hù)利管理膨是針對不同地寒域的文物建筑紙的，地域和建裝筑的類型和特昏點都有變化，爸應(yīng)用系統(tǒng)吊隨著不同地域擊文物建筑的變未化而變化是就信息化一大制怕約因素。說2.5耕易用性要求高加文物建筑保護(hù)址管理人員計算寄和平均水平較律其他行業(yè)會低紅很多，領(lǐng)導(dǎo)干增部操作軟件若被要鍵盤、鼠標(biāo)確一起上，學(xué)習(xí)值難度就已偏高霜，影響了普及豈速度。觸摸技膛術(shù)，一指搞定轎，才是謊文物建筑保護(hù)數(shù)信息技術(shù)的方樂向。對2.6狹信息化人才缺都乏及落文物建筑保護(hù)之業(yè)信息化近年彩的發(fā)展表明，翅信息化進(jìn)展受字到信息化人才殼缺乏的嚴(yán)重制招約。實施能文物建筑保護(hù)孤信息化系統(tǒng)，殖目前變各級傘操作人員都缺額，且因應(yīng)文物保護(hù)魂任務(wù)凡繁重禿，爸相關(guān)攔人員都在川進(jìn)行文物建筑變的本體步保護(hù)僻，因此信息化豎系統(tǒng)部署和實能施一定要更便并捷，而不需一船大堆人上去弄窩很長時間。這3塌突破的關(guān)鍵技暫術(shù)販：蕉應(yīng)對上述信息淘化難題，僅以另原先成熟的和蹲其他行業(yè)的經(jīng)信驗已大為不夠餃。所幸的是近政年兄I惠T售技術(shù)特別是互爪聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和商棍業(yè)模式的不斷把推陳出新，為尚文物建筑保護(hù)漆信息化突破創(chuàng)泥造了嶄新的空法間牢，邀BI蛋M悉技術(shù)將狼是判投突破摔文物建筑保護(hù)然業(yè)信息化最強(qiáng)船有力的關(guān)鍵技皂術(shù)。垮BI樹M花（皇Buildi棕ngInf春ormati曉onMod漁eling靜爭建筑信息模型刃）技術(shù)被國際冠工程界公認(rèn)為型是一項建筑映及維護(hù)相關(guān)產(chǎn)鹽業(yè)集生產(chǎn)力革命性死技術(shù)，無論多過重視都不為過磁。它的關(guān)鍵價鍛值在于提供了辜一個項目核心磚基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支殘撐平臺。有抱了竹BI嫁M溝，我們蹤文物建筑保護(hù)疊界才有了一直運需要的一個技載術(shù)支撐平臺：偽一個可隨時、閥快速、普遍訪貪問到的最新、脆最準(zhǔn)確、最完造整、最可靠乎的象4揪D劫關(guān)聯(lián)宅的貫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫路。屠BI英M憑技術(shù)的這種價伴值解決了項目推管理長期困擾惱的兩大難題存,磁一是海量基礎(chǔ)拉數(shù)據(jù)全過程統(tǒng)遠(yuǎn)計分析：腔方法選定異、功特征歸納、維節(jié)護(hù)分類等等拖。二是協(xié)同難蒼題。二維紙介嬌質(zhì)圖不能同步賓，殖不能對每個文交物建筑細(xì)節(jié)單棚獨進(jìn)行詳細(xì)全敲方位解讀，叔理解差別大，酸更難遠(yuǎn)程協(xié)同輛維護(hù)乓。同記時櫻BI計M南可提供強(qiáng)大基芝礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，梁免受人工處理籃大量數(shù)據(jù)之苦爛，又解決系統(tǒng)洋錄入數(shù)據(jù)時不羞對應(yīng)、不及時采、不準(zhǔn)確的問威題。檔4花唱BI敢M父在文物建筑保遲護(hù)中具體的應(yīng)筑用千4.1投文物建筑三維明虛擬夜模型迷根據(jù)井文物建筑保護(hù)么方案器建立和維忌護(hù)閃BI族M根模型，實質(zhì)是吊使?jié)u用雕BI鴿M專平臺匯總各項左目團(tuán)隊所有的銳維護(hù)相關(guān)狹信息，消除項頁目中的信息孤浪島，并且將得碎到的信息結(jié)合平三維模型進(jìn)行鳳整理和儲存，探以備項目全過份程中項目各相返關(guān)方隨時共享紹。競根據(jù)文探物備BI灶M截模型的素用途決定豆BI客M報模型末的油細(xì)節(jié)精度，同巖時僅靠一溪個者BI碎M汪工具并不能完該成所有的工作槽，所以摧可以早采樸用茅“仙分布重式簽”凡BI勢M葉模型的方法，且建立符合贏維護(hù)夏項目現(xiàn)有條件始和使用用途側(cè)的歇BI徐M潮模型天。上BI冊M浮“考分布填式易”仰模型還體現(xiàn)張在京BI嚇M辯模型往往由相播關(guān)的單位根據(jù)先各自工作范圍長單獨建立，最狀后通過統(tǒng)一的唇標(biāo)準(zhǔn)合成。確資保勁BI役M流模型信息的準(zhǔn)怪確、時效和安完全?；?.2強(qiáng)文物建筑周邊洲環(huán)境琴分析錄周邊環(huán)境任分析是研究影戒響座文物建筑保護(hù)蘭的主要因素，類是扮研究文物愁建筑與周圍景瓣觀的聯(lián)系鳥。尤文物建筑周圍范的地貌、植被冤、氣候條件都野是影響墻保護(hù)中決策的重要因煌素，傳統(tǒng)的井環(huán)境惱分析存在諸如沉定量分析不足任、主觀因素過畢重、無法處理針大量數(shù)據(jù)信息要等弊端，通或過桃BI潤M爽信息系統(tǒng)斑，釋對估文物建筑周邊御及戲文物鐮建筑物空間數(shù)鴨據(jù)進(jìn)行建模，填分析保護(hù)和維搭護(hù)方案，袍通露過壇BI乖M身軟件的強(qiáng)大功慚能，迅速得出置令人信服的分梅析結(jié)果，菊從而炎做出最理想的蘭文物建筑保護(hù)晃方案包。第4.3駱虛擬文物建筑派研究夾在文物研究方棒面脹，映對文物建筑本最體進(jìn)行研究，糕受到時間和空騙間的限制，給估研究工作帶來巾極大的比便，爽利用箱BIM貫?zāi)Ｐ?，臘可以使脫用愛BIM偷可以對文物建瓜筑別的布局、紋理晨、色彩響以及歷史信息權(quán)進(jìn)行全方位的咽研究錫。就BI優(yōu)M悲甚至可以做到督局部的細(xì)節(jié)推勢敲，通意過騾BI館M揭來辨研究文物建筑陵，可以獲得較目高的互動效應(yīng)半，以便從缺文物管理方般獲得更更詳實的信息虜。懲各種相關(guān)的信揮息更容易的集灘中在一起，便板于研究人員進(jìn)漆行探索和分析索。扮4.4虹增強(qiáng)雷文物建筑保護(hù)圾的擺可視化溉3Dma固x飲、賣Sketch鳥u城p掠這些三維可視躁化設(shè)計軟件的腰出現(xiàn)有力地彌星補(bǔ)了脊熄因缺乏對傳統(tǒng)互建筑圖紙的理短解能力而造成扁的交流鴻溝緣，賢胃但由于這些軟腰件濁的戴理念和功能上燭的局限，使得槍這樣的三維可擔(dān)視化展現(xiàn)與隸文物建筑柄保護(hù)永及研究姓之間籮存在萍著撫相當(dāng)大的差距首。霉另外揀，傳辦統(tǒng)戚CAD漲的違平臺篩主要辨使用平、立、仍剖等三視圖旦以及文字說明暢的方式剝來淹表達(dá)和展現(xiàn)膀文物建筑信息賭。這種由于工章具原因造成的腹信息割裂，在冶遇到墊文物建筑結(jié)構(gòu)辦復(fù)雜莫的情況下，非常容易出惑錯附。修BI凳M稀不僅擁有了三蘋維可視化的工貿(mào)具，所見即所寨得，更重核要時攝的是通過工具口的提升，能使煌用三維的思考中方式來完成宜文物保護(hù)方案論，同時也真正跪擺脫了技術(shù)壁斯壘的限制。副4.5叔文物建筑的虛輩擬營蝶造恒藥文物建筑歷史位悠久，雖然有卻一定的規(guī)律但辮是古代的工匠靜大多不通文墨必，不能對建筑窄的規(guī)律通過文娘字做系統(tǒng)性的陶總結(jié)的表達(dá)，望幾千年來主要投以師傅帶徒弟仗，口傳心受缺陡乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)劣，加之交通和枯信息的不暢，桃造成不同的時什期，不同的地線域，不同的工喂匠之間營造規(guī)屬律差別很大。殿動態(tài)的營造過欺程更是很難完島全體現(xiàn)出來。藏通叨過彼BI底M幻技術(shù)錫將午三維模型婦與援工程閥進(jìn)度相鏈接，絕將空間信息與脫時間信息整合干在一個可視淹的園4攪D訪（遮3D+Tim潤e汁）模型中，可化以直觀、精確烏地反映整個皆文物園建筑的蜓營造汽過程。通哨過庭BI洗M煤可以對逃文物建筑毀的重點或難點妄部分進(jìn)行模擬身。對于一些重懂要的材營造掩工藝進(jìn)行模擬改和分析，也可顧以利取用散BI落M免技術(shù)結(jié)合怠維護(hù)噴組織計劃進(jìn)行凳預(yù)演以提高復(fù)添雜污文物綁建筑體系的僻維護(hù)可行性。惡借拖助夕BI頸M處對嘗文物建筑的維沒修進(jìn)行券的模擬，能夠馳非常直觀地了敗解整個磚維除修駝過程及的時間節(jié)點和橋維祖修伏工序，并清晰纖把握在礦維飽修禾過程中的難點惕和要點，也可擇以進(jìn)一步對原提有扒維修命方案進(jìn)行優(yōu)化碑和改善，以提炕高塊維銜修罵效率和莖維揚修擦方案的安全性勢。難4.6獻(xiàn)災(zāi)害應(yīng)急模擬哀由于文物建筑臺的歷史價值，睡對災(zāi)害的預(yù)防都十分重要，費利驢用睛BI悠M撲及相應(yīng)災(zāi)害分棍析模擬軟件，班可以在災(zāi)害發(fā)符生前模擬災(zāi)害損發(fā)生的過程，舞制定避免災(zāi)害奮發(fā)生的措施，燕以及發(fā)生災(zāi)害年后消防滅火累、救援支持掠、重要文物轉(zhuǎn)粗移、特殊文物材建筑保護(hù)榆的應(yīng)急預(yù)案繞。句

萍當(dāng)災(zāi)害發(fā)生后青，障BI捉M善模型可以提供辛救援人員緊急馬狀況點的完整香信息，這將有放效提高突發(fā)狀欲況應(yīng)對措施。招此外通屬過奉BIM社模型能清晰地羞呈現(xiàn)出建筑物噸內(nèi)部緊急狀況袋的位置，甚至芬提供企最合適的山救援彈路線，救援人純員可以由此做閑出正確的現(xiàn)場享處置，提高應(yīng)圣急行動的成效臘。5結(jié)論客從以上應(yīng)用中蹲可以看出束，匆BI爬M多的應(yīng)用對于實裝現(xiàn)蹈文物建筑保護(hù)廳及文物建筑沫管理，提高煮文物建筑保護(hù)邪的科學(xué)技術(shù)水坦平，促進(jìn)灌文物建筑保護(hù)歐全面信息化和敢現(xiàn)代化，具有槍巨大的應(yīng)用價扯值和廣闊的應(yīng)強(qiáng)用前景。相信陜隨完著艙BI泳M妻技術(shù)的發(fā)展和括市場的成熟，卻一定會涌現(xiàn)出閃更多類型縱的含BI薦M啟應(yīng)用。捐BIM梅，在某種程度賞上我們可以把粱它看作劈文物貿(mào)建筑崖的怪?jǐn)?shù)字化、信息包化進(jìn)程倍。前其櫻實鋒BI泉M釋的內(nèi)涵及外延滴早已超出了模君型的范疇，也乳延伸出了建筑始行業(yè)，甚至到搞整個工程行業(yè)落?？芤虼?，嚴(yán)從柏BI幅M申的實用性十分宗適用于文物建出筑保護(hù)的工作妻。絮從信息應(yīng)用的魄本質(zhì)來說罰，閑BI刷M腰應(yīng)用的目的是嗽把隱含的的色文物哥建筑信息（都?xì)v史信息、人哈文信息送