BIM技术在文物建筑保护中应用研究

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海.2011PAGEBIM技术在文物建筑保护中的应用研究赵景学姜立王会一建研科技股份有限公司[摘要]研究在建筑信息模型BIM（BuildingInformationModeling）中记录文物建筑生命周期中的的所有信息的方法，基于三维数字技术的全息几何模型的浏览，整体建筑的历史人文信息、设计与建造信息、灾害与维修信息的记录与查询，局部构件的物理属性、历史信息、施工工艺等记录与查询，基于的BIM的文物建筑管理，基于BIM的文物建筑分析。为文物保护所有决策提供可靠依据，为文物建筑的研究提供最全面的信息。[关键词]BIM文物建筑保护虚拟营造历史信息全生命周期1引言在过去的20多多年的文物建建筑保护中，CAD技术的普及及和推广将文物建筑保保护和维护人人员从传统的的手工绘图中中解放出来，可可以说是文物物建筑保护领领域的第一次次数字革命。而而现在，建筑筑信息模型（BIM）的出现将将引发整个文文物建筑保护护领域的第二二次数字革命命。BIM不仅带来现现有技术的进进步和更新换换代，它也间间接影响了生生产维护组织模式式和管理方式式，并将更长长远地影响人人们思维模式式的转变。BIM技术的核核心是通过在在计算机中建建立虚拟的建建筑三维模型型，同时利用用数字化技术术为这个模型型提供完整的的、与实际情情况一致的建建筑信息库。该该信息库不仅仅包含描述建建筑物构件的的几何信息、专专业属性及状状态信息，还还包含了非构构件对象（例例如空间、运运动行为）的的信息。借助助这个富含建建筑工程信息息的三维模型型，建筑的信信息集成化程程度大大提高高，应用到文文物建筑保护护中可以为保护的相关方方提供一个保保护信息交换换和共享的平平台。结合更更多的相关数数字化技术，BIM模型中包含含的建筑信息还可可以被用于模模拟文物建筑在真实世世界中的状态态和变化，使使得建筑物在在进行保护的全全生命周期中中，相关方就就能对文物建建筑的现状、变变化规律及发发展趋势做出出完整的分析析和评估。

随着BIMM在国内逐渐渐被认可与应应用，特别是是近年来在国国内工程建造造行业高速发发展的背景下下，BIM已经在国内内一些大型工工程项目中得得到积极应用用，涌现出很很多成功案例例。美国bSa（builddingSSMARTalliaance）曾经对目目前美国工程程建设行业领领域的BIM应用情况做做过详细调查查，并总结出出目前美国市市场上BIM的25种不同应用用并加以分析析研究，用于于指导工程项项目在不同阶阶段选择合适适的BIM应用。国国内目前还缺缺少在这一领领域的深入研研究，我们可可以借鉴美国国对BIM应用的分类类框架，结合合目前国内BIM技术的发展展现状、市场场对BIM应用的接受受程度以及国国内的特点，将BIM技术结合文物建筑保护的需要进行分析，对实用性进行研究，最后得出最适合中国文物建筑保护的具体措施，再加以推广。2文物建筑保保护中的难点点行业信息化中，我我们的研究表表明，文物建建筑保护是信信息化最难的的一个行业，难难度远超制造造业、家电等等其他的行业，而而我们现阶段段信息化的文文物保护理念念、方法论和和应用技术大大都还在翻版版其他行业的的模式和技术术为主，遇到到的困境是难难以避免的。明白发展什么样样的信息技术术、方法论和和模式才能应应对文物建筑筑保护信息化化困境，理清清文物建筑保保护信息化的的特点和难点点是关键，理理论和实证表表明以下行业业特点和难点点是对文物保保护信息化产产业具有重大大影响。2.1海量基础础数据的创建建、计算、整整合、共享相相当困难文物建筑的各类类信息都面临临同样的境况，关关系到核心数数据管理的海海量基础数据据我们如果不不能很好的掌掌控：及时准准确的获取、分分析、共享，管管理提升和信信息化都将成成为一句空话话。信息数据的计计算和文物建建筑保护管理理过程的数据据分析工作量大，难度度高，这是一一个4D关联数据计计算分析问题题。传统的处处理难以应对对全过程管理理的需求，也也难以满足获获取基础数据据的需求。每每个部分的保保护和维护都都面临着选择择和调配，每每个地区也不不同。这样的的海量数据的的及时、准确确地获取和分分析有巨大的的挑战。维护护方同样面临临海量信息处处理难题。文文物建筑保护护是数据很大的一个行行业，人工收收集处理信息息根本无力以以对，但现阶阶段我们还只只有在用人力力战术。2.2知识库建建设困难文物建筑保护业业务管理需要要很多知识库库支撑：文物物知识库、文物维护工法法库、古建知识库库、材料知识识库、岗位职职责知识库等等。这些知识识库不仅数据据量大，而且且根据时间的的推移和技术术的革新变化化很快。文物建筑筑保护新工艺艺、新材料不不断快速增加加，而维护工作要干多年，一一个有经验的的项目管理人人员每天仍然然会遇到很多多新问题。文文物建筑保护护信息化只有在知识积积累和共享发发挥出巨大作作用时才能体现价价值。目前，传统的知知识库建设方方法往往是：：集中式歼灭灭战，修订周周期长，依赖赖专家，纸介介质方式共享享。这种传统统知识库建设设方法带来的的问题是无法法跟上建筑保保护需求变化化和维护变化，知知识库修订好好时往往有需需要更新了。当当前文物建筑筑保护需求快快速增长，聚聚集专家花很很长时间建设设一个知识库库已越来越不不可能。不仅仅是一个单位位没有这样的的能力，一个个地区主管部部门也同样困困难。导致现现在整个文物物建筑保护业业至今还靠经经验，仅靠人人的能力来工工作，错误的产生生和管理失控控越来越常见见。传统方法法还存在共享享能力弱的问问题，不方便便知识随时随随地在全员范范围内获取。解决文物建筑保保护知识库建建设问题必须须要创新方法法论同时，用用先进的信息息技术来改变变这一切。2.3协同效率率低一个大型文物建建筑保护项目目的参与单位位可以是多个。协协同是项目管管理一大难题题，大量的时时间和成本被被损失在协同同效率这一问问题上。信息息技术是突破破这一难题的的当然之选，但但目前的项目目管理系统局局限性还很大。一是协同的平台台仅基于二维维数据。数据据可视化和关关联性差，技技术层级不够够，影响效率率，容易引起起错误理解，存存在的问题不不容易被发现现。二是开放性不够够。文物建筑筑保护管理系系统还只能局局限于一个单单位内部，而而一个维护项目的顺顺利进行显然然不是一个单单位的事，所所有参与方的的协同平台的的创建应用越越来越重要。2.4文物建筑筑地域性强文建筑保护地点点分布十分广广泛。不像其其他行业在固固定的流水线线和办公室里里办公，文物物建筑保护管管理是针对不不同地域的文文物建筑的，地地域和建筑的的类型和特点点都有变化，应用系统随着不同地域文物建筑的变化而变化是信息化一大制约因素。2.5易用性要要求高文物建筑保护管管理人员计算算和平均水平平较其他行业业会低很多，领领导干部操作作软件若要键键盘、鼠标一一起上，学习习难度就已偏偏高，影响了了普及速度。触触摸技术，一一指搞定，才才是文物建筑筑保护信息技技术的方向。2.6信息化人人才缺乏文物建筑保护护业信息化近近年的发展表表明，信息化化进展受到信信息化人才缺缺乏的严重制制约。实施文文物建筑保护护信息化系统统，目前各级级操作人员都都缺，且因文文物保护任务务繁重，相关人员都在在进行文物建建筑的本体保保护，因此信信息化系统部部署和实施一一定要更便捷捷，而不需一一大堆人上去去弄很长时间间。3突破的关键键技术：应对上述信息化化难题，仅以以原先成熟的的和其他行业业的经验已大大为不够。所所幸的是近年年IT技术特别是是互联网技术术和商业模式式的不断推陈陈出新，为文文物建筑保护护信息化突破破创造了崭新新的空间，BIM技术将是突破文物建筑筑保护业信息息化最强有力力的关键技术术。BIM（BuiildinggInfoormatiionMoodelinng建筑信息模模型）技术被被国际工程界界公认为是一一项建筑及维维护相关产业业生产力革命命性技术，无无论多重视都都不为过。它它的关键价值值在于提供了了一个项目核核心基础数据据的支撑平台台。有了BIM，我们文物建建筑保护界才才有了一直需需要的一个技技术支撑平台台：一个可随随时、快速、普普遍访问到的的最新、最准准确、最完整整、最可靠的的4D关联的基础数据库库。BIM技术的这种种价值解决了了项目管理长长期困扰的两两大难题,一是海量基基础数据全过过程统计分析析：方法选定定、特征归纳、维维护分类等等等。二是协同同难题。二维维纸介质图不不能同步，不不能对每个文文物建筑细节节单独进行详详细全方位解解读，理解差差别大，更难难远程协同维维护。同时BIM可提供强大大基础数据支支撑，免受人人工处理大量量数据之苦，又又解决系统录录入数据时不不对应、不及及时、不准确确的问题。4BIM在文文物建筑保护护中具体的应应用4.1文物建筑筑三维虚拟模型根据文物建筑保保护方案建立和维维护BIM模型，实质质是使用BIM平台汇总各各项目团队所所有的维护相相关信息，消消除项目中的的信息孤岛，并并且将得到的的信息结合三三维模型进行行整理和储存存，以备项目目全过程中项项目各相关方方随时共享。根据文物BIM模型的用途决定BIM模型的细节精度，同时仅靠一个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，建立符合维护项目现有条件和使用用途的BIM模型。BIM“分布式”模型还体现在BIM模型往往由相关的单位根据各自工作范围单独建立，最后通过统一的标准合成。确保BIM模型信息的准确、时效和安全。4.2文物建筑筑周边环境分分析周边环境分析是是研究影响文文物建筑保护护的主要因素素，是研究文文物建筑与周周围景观的联联系。文物建筑周周围的地貌、植植被、气候条条件都是影响响保护决策的重重要因素，传传统的环境分析存在在诸如定量分分析不足、主主观因素过重重、无法处理理大量数据信信息等弊端，通通过BIM信息系统，对文物建筑周周边及文物建筑物空空间数据进行行建模，分析析保护和维护护方案，通过BIM软件的强大大功能，迅速速得出令人信信服的分析结结果，从而做出最理理想的文物建建筑保护方案案。4.3虚拟文物物建筑研究在文物研究方面面，对文物建筑筑本体进行研研究，受到时时间和空间的的限制，给研研究工作带来来极大的比便便，利用BIIM模型，可以使使用BIM可以对对文物建筑的的布局、纹理理、色彩以及及历史信息进进行全方位的的研究。BIM甚至可以做做到局部的细细节推敲，通通过BIM来研究文物建建筑，可以获获得较高的互互动效应，以以便从文物管管理方获得更详实的的信息。各种相关的的信息更容易易的集中在一一起，便于研研究人员进行行探索和分析析。4.4增强文物物建筑保护的的可视化3Dmax、SSketchhup这些三维可可视化设计软软件的出现有有力地弥补了了因缺乏对传传统建筑图纸纸的理解能力力而造成的交交流鸿沟，但由于这些些软件的理念和功能能上的局限，使使得这样的三三维可视化展展现与文物建建筑保护及研究之间存在着相当大的差差距。另外，传统CAAD的平台主要使用平、立立、剖等三视视图以及文字字说明的方式式来表达和展现现文物建筑信信息。这种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结构复杂的情况，非常常容易出错。BIM不仅拥有了了三维可视化化的工具，所所见即所得，更更重要的是通过工工具的提升，能能使用三维的的思考方式来来完成文物保保护方案，同同时也真正摆摆脱了技术壁壁垒的限制。4.5文物建筑筑的虚拟营造造文物建筑历史悠悠久，虽然有有一定的规律律但是古代的的工匠大多不不通文墨，不不能对建筑的的规律通过文文字做系统性性的总结的表表达，几千年年来主要以师师傅带徒弟，口口传心受缺乏乏统一的标准准，加之交通通和信息的不不畅，造成不不同的时期，不不同的地域，不不同的工匠之之间营造规律律差别很大。动动态的营造过过程更是很难难完全体现出出来。通过BIM技术将三维模型与工程进度相链链接，将空间间信息与时间间信息整合在在一个可视的的4D（3D+Tiime）模型中，可可以直观、精精确地反映整整个文物建筑的营造过程。通通过BIM可以对文物建建筑的重点或或难点部分进进行模拟。对对于一些重要要的营造工艺进行行模拟和分析析，也可以利利用BIM技术结合维护护组织计划进进行预演以提提高复杂文物物建筑体系的的维护可行性性。借助BIM对文文物建筑的维维修进行的模模拟，能够非非常直观地了了解整个维修过程的时间节节点和维修工序，并清清晰把握在维维修过程中的难难点和要点，也也可以进一步步对原有维修修方案进行优优化和改善，以以提高维修效率和维修方案的安全全性。4.6灾害应急急模拟由于文物建筑的的历史价值，对对灾害的预防防十分重要，利用BIM及相应灾害分析模拟软件，可以在灾害发生前模拟灾害发生的过程，制定避免灾害发生的措施，以及发生灾害后消防灭火、救援支持、重要文物转移、特殊文物建筑保护的应急预案。

当灾害发生后，BIM模型可以提提供救援人员员紧急状况点点的完整信息息，这将有效效提高突发状状况应对措施施。此外通过过BIM模型能能清晰地呈现现出建筑物内内部紧急状况况的位置，甚甚至提供最合适的的救援路线，救救援人员可以以由此做出正正确的现场处处置，提高应应急行动的成成效。5结论从以上应用中可可以看出，BIM的应用对于于实现文物建建筑保护及文文物建筑管理理，提高文物物建筑保护的的科学技术水水平，促进文文物建筑保护护全面信息化化和现代化，具具有巨大的应应用价值和广广阔的应用前前景。相信随随着BIM技术的发展展和市场的成成熟，一定会会涌现出更多多类型的BIM应用。BIM，在某种种程度上我们们可以把它看看作文物建筑的数字化、信信息化进程。其实BIM的内涵及外外延早已超出出了模型的范范畴，也延伸伸出了建筑行行业，甚至到到整个工程行行业。因此，从BIM的实用性十十分适用于文文物建筑保护护