第三屆工程建設計算機應用創新論壇論文集上海.2011PAGEBIM技術在文物建筑保護中的應用研究趙景學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，基于三維數字技術的全息幾何模型的瀏覽，整體建筑的歷史人文信息、設計與建造信息、災害與維修信息的記錄與查詢，局部構件的物理屬性、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。為文物保護所有決策提供可靠依據，為文物建筑的研究提供最全面的信息。[關鍵詞]BIM文物建筑保護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中，CAD技術的普及及和推廣將文物建筑保保護和維護人人員從傳統的的手工繪圖中中解放出來，可可以說是文物物建筑保護領領域的第一次次數字革命。而而現在，建筑筑信息模型（BIM）的出現將將引發整個文文物建筑保護護領域的第二二次數字革命命。BIM不僅帶來現現有技術的進進步和更新換換代，它也間間接影響了生生產維護組織模式式和管理方式式，并將更長長遠地影響人人們思維模式式的轉變。BIM技術的核核心是通過在在計算機中建建立虛擬的建建筑三維模型型，同時利用用數字化技術術為這個模型型提供完整的的、與實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件的的幾何信息、專專業屬性及狀狀態信息，還還包含了非構構件對象（例例如空間、運運動行為）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，應用到文文物建筑保護護中可以為保護的相關方方提供一個保保護信息交換換和共享的平平臺。結合更更多的相關數數字化技術，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世世界中的狀態態和變化，使使得建筑物在在進行保護的全全生命周期中中，相關方就就能對文物建建筑的現狀、變變化規律及發發展趨勢做出出完整的分析析和評估。

隨著BIMM在國內逐漸漸被認可與應應用，特別是是近年來在國國內工程建造造行業高速發發展的背景下下，BIM已經在國內內一些大型工工程項目中得得到積極應用用，涌現出很很多成功案例例。美國bSa（builddingSSMARTalliaance）曾經對目目前美國工程程建設行業領領域的BIM應用情況做做過詳細調查查，并總結出出目前美國市市場上BIM的25種不同應用用并加以分析析研究，用于于指導工程項項目在不同階階段選擇合適適的BIM應用。國國內目前還缺缺少在這一領領域的深入研研究，我們可可以借鑒美國國對BIM應用的分類類框架，結合合目前國內BIM技術的發展展現狀、市場場對BIM應用的接受受程度以及國國內的特點，將BIM技術結合文物建筑保護的需要進行分析，對實用性進行研究，最后得出最適合中國文物建筑保護的具體措施，再加以推廣。2文物建筑保保護中的難點點行業信息化中，我我們的研究表表明，文物建建筑保護是信信息化最難的的一個行業，難難度遠超制造造業、家電等等其他的行業，而而我們現階段段信息化的文文物保護理念念、方法論和和應用技術大大都還在翻版版其他行業的的模式和技術術為主，遇到到的困境是難難以避免的。明白發展什么樣樣的信息技術術、方法論和和模式才能應應對文物建筑筑保護信息化化困境，理清清文物建筑保保護信息化的的特點和難點點是關鍵，理理論和實證表表明以下行業業特點和難點點是對文物保保護信息化產產業具有重大大影響。2.1海量基礎礎數據的創建建、計算、整整合、共享相相當困難文物建筑的各類類信息都面臨臨同樣的境況，關關系到核心數數據管理的海海量基礎數據據我們如果不不能很好的掌掌控：及時準準確的獲取、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。信息數據的計計算和文物建建筑保護管理理過程的數據據分析工作量大，難度度高，這是一一個4D關聯數據計計算分析問題題。傳統的處處理難以應對對全過程管理理的需求，也也難以滿足獲獲取基礎數據據的需求。每每個部分的保保護和維護都都面臨著選擇擇和調配，每每個地區也不不同。這樣的的海量數據的的及時、準確確地獲取和分分析有巨大的的挑戰。維護護方同樣面臨臨海量信息處處理難題。文文物建筑保護護是數據很大的一個行行業，人工收收集處理信息息根本無力以以對，但現階階段我們還只只有在用人力力戰術。2.2知識庫建建設困難文物建筑保護業業務管理需要要很多知識庫庫支撐：文物物知識庫、文物維護工法法庫、古建知識庫庫、材料知識識庫、崗位職職責知識庫等等。這些知識識庫不僅數據據量大，而且且根據時間的的推移和技術術的革新變化化很快。文物建筑筑保護新工藝藝、新材料不不斷快速增加加，而維護工作要干多年，一一個有經驗的的項目管理人人員每天仍然然會遇到很多多新問題。文文物建筑保護護信息化只有在知識積積累和共享發發揮出巨大作作用時才能體現價價值。目前，傳統的知知識庫建設方方法往往是：：集中式殲滅滅戰，修訂周周期長，依賴賴專家，紙介介質方式共享享。這種傳統統知識庫建設設方法帶來的的問題是無法法跟上建筑保保護需求變化化和維護變化，知知識庫修訂好好時往往有需需要更新了。當當前文物建筑筑保護需求快快速增長，聚聚集專家花很很長時間建設設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，一個個地區主管部部門也同樣困困難。導致現現在整個文物物建筑保護業業至今還靠經經驗，僅靠人人的能力來工工作，錯誤的產生生和管理失控控越來越常見見。傳統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獲取。解決文物建筑保保護知識庫建建設問題必須須要創新方法法論同時，用用先進的信息息技術來改變變這一切。2.3協同效率率低一個大型文物建建筑保護項目目的參與單位位可以是多個。協協同是項目管管理一大難題題，大量的時時間和成本被被損失在協同同效率這一問問題上。信息息技術是突破破這一難題的的當然之選，但但目前的項目目管理系統局局限性還很大。一是協同的平臺臺僅基于二維維數據。數據據可視化和關關聯性差，技技術層級不夠夠，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現現。二是開放性不夠夠。文物建筑筑保護管理系系統還只能局局限于一個單單位內部，而而一個維護項目的順順利進行顯然然不是一個單單位的事，所所有參與方的的協同平臺的的創建應用越越來越重要。2.4文物建筑筑地域性強文建筑保護地點點分布十分廣廣泛。不像其其他行業在固固定的流水線線和辦公室里里辦公，文物物建筑保護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點都有變化，應用系統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管管理人員計算算和平均水平平較其他行業業會低很多，領領導干部操作作軟件若要鍵鍵盤、鼠標一一起上，學習習難度就已偏偏高，影響了了普及速度。觸觸摸技術，一一指搞定，才才是文物建筑筑保護信息技技術的方向。2.6信息化人人才缺乏文物建筑保護護業信息化近近年的發展表表明，信息化化進展受到信信息化人才缺缺乏的嚴重制制約。實施文文物建筑保護護信息化系統統，目前各級級操作人員都都缺，且因文文物保護任務務繁重，相關人員都在在進行文物建建筑的本體保保護，因此信信息化系統部部署和實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突破的關鍵鍵技術：應對上述信息化化難題，僅以以原先成熟的的和其他行業業的經驗已大大為不夠。所所幸的是近年年IT技術特別是是互聯網技術術和商業模式式的不斷推陳陳出新，為文文物建筑保護護信息化突破破創造了嶄新新的空間，BIM技術將是突破文物建筑筑保護業信息息化最強有力力的關鍵技術術。BIM（BuiildinggInfoormatiionMoodelinng建筑信息模模型）技術被被國際工程界界公認為是一一項建筑及維維護相關產業業生產力革命命性技術，無無論多重視都都不為過。它它的關鍵價值值在于提供了了一個項目核核心基礎數據據的支撐平臺臺。有了BIM，我們文物建建筑保護界才才有了一直需需要的一個技技術支撐平臺臺：一個可隨隨時、快速、普普遍訪問到的的最新、最準準確、最完整整、最可靠的的4D關聯的基礎數據庫庫。BIM技術的這種種價值解決了了項目管理長長期困擾的兩兩大難題,一是海量基基礎數據全過過程統計分析析：方法選定定、特征歸納、維維護分類等等等。二是協同同難題。二維維紙介質圖不不能同步，不不能對每個文文物建筑細節節單獨進行詳詳細全方位解解讀，理解差差別大，更難難遠程協同維維護。同時BIM可提供強大大基礎數據支支撐，免受人人工處理大量量數據之苦，又又解決系統錄錄入數據時不不對應、不及及時、不準確確的問題。4BIM在文文物建筑保護護中具體的應應用4.1文物建筑筑三維虛擬模型根據文物建筑保保護方案建立和維維護BIM模型，實質質是使用BIM平臺匯總各各項目團隊所所有的維護相相關信息，消消除項目中的的信息孤島，并并且將得到的的信息結合三三維模型進行行整理和儲存存，以備項目目全過程中項項目各相關方方隨時共享。根據文物BIM模型的用途決定BIM模型的細節精度，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，建立符合維護項目現有條件和使用用途的BIM模型。BIM“分布式”模型還體現在BIM模型往往由相關的單位根據各自工作范圍單獨建立，最后通過統一的標準合成。確保BIM模型信息的準確、時效和安全。4.2文物建筑筑周邊環境分分析周邊環境分析是是研究影響文文物建筑保護護的主要因素素，是研究文文物建筑與周周圍景觀的聯聯系。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決策的重重要因素，傳傳統的環境分析存在在諸如定量分分析不足、主主觀因素過重重、無法處理理大量數據信信息等弊端，通通過BIM信息系統，對文物建筑周周邊及文物建筑物空空間數據進行行建模，分析析保護和維護護方案，通過BIM軟件的強大大功能，迅速速得出令人信信服的分析結結果，從而做出最理理想的文物建建筑保護方案案。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進行全方位的的研究。BIM甚至可以做做到局部的細細節推敲，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，以以便從文物管管理方獲得更詳實的的信息。各種相關的的信息更容易易的集中在一一起，便于研研究人員進行行探索和分析析。4.4增強文物物建筑保護的的可視化3Dmax、SSketchhup這些三維可可視化設計軟軟件的出現有有力地彌補了了因缺乏對傳傳統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與文物建建筑保護及研究之間存在著相當大的差差距。另外，傳統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和展現現文物建筑信信息。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構復雜的情況，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方案，同同時也真正擺擺脫了技術壁壁壘的限制。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律通過文文字做系統性性的總結的表表達，幾千年年來主要以師師傅帶徒弟，口口傳心受缺乏乏統一的標準準，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律律差別很大。動動態的營造過過程更是很難難完全體現出出來。通過BIM技術將三維模型與工程進度相鏈鏈接，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或或難點部分進進行模擬。對對于一些重要要的營造工藝進行行模擬和分析析，也可以利利用BIM技術結合維護護組織計劃進進行預演以提提高復雜文物物建筑體系的的維護可行性性。借助BIM對文文物建筑的維維修進行的模模擬，能夠非非常直觀地了了解整個維修過程的時間節節點和維修工序，并清清晰把握在維維修過程中的難難點和要點，也也可以進一步步對原有維修修方案進行優優化和改善，以以提高維修效率和維修方案的安全全性。4.6災害應急急模擬由于文物建筑的的歷史價值，對對災害的預防防十分重要，利用BIM及相應災害分析模擬軟件，可以在災害發生前模擬災害發生的過程，制定避免災害發生的措施，以及發生災害后消防滅火、救援支持、重要文物轉移、特殊文物建筑保護的應急預案。

當災害發生后，BIM模型可以提提供救援人員員緊急狀況點點的完整信息息，這將有效效提高突發狀狀況應對措施施。此外通過過BIM模型能能清晰地呈現現出建筑物內內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場處處置，提高應應急行動的成成效。5結論從以上應用中可可以看出，BIM的應用對于于實現文物建建筑保護及文文物建筑管理理，提高文物物建筑保護的的科學技術水水平，促進文文物建筑保護護全面信息化化和現代化，具具有巨大的應應用價值和廣廣闊的應用前前景。相信隨隨著BIM技術的發展展和市場的成成熟，一定會會涌現出更多多類型的BIM應用。BIM，在某種種程度上我們們可以把它看看作文物建筑的數字化、信信息化進程。其實BIM的內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，甚至到到整個工程行行業。因此，從BIM的實用性十十分適用于文文物建筑保護護