基于建筑信息模型的历史建筑可视化保护模式研究

　　引言

　　历史建筑是一座城市的文化载体和重要见证，它承载了城市的历史记忆，保护城市的历史建筑对于传承发扬国家和民族的文化传统有着特别重要和无可替代的意义，是国家的重大需求。在国家经济建设主战场特别是城市规划、建筑设计、施工等领域，历史建筑保护工作无时不在、无处不在，在历史建筑逐渐消失的严峻环境下，历史建筑保护具有鲜明的国家和民族的需求导向。

　　保护历史建筑的工作如何跟上科学技术的前沿，在CAD技术、BIM技术、数据分析技术、云服务和大数据技术基础上再上一个新台阶，构建历史建筑信息管理平台，可以实现历史建筑保护设计与施工团队的密切合作，有助于历史建筑的信息数字资源库建设，是目前遗产保护领域的重要目标导向。

　　随着信息技术的快速推广和应用，在历史建筑保护的进程中，历史保护工作者如何对历史建筑进行有效的监督，如何为游客提供历史建筑的三维实景展示，这都需要利用数字化技术对历史建筑保护提供新的技术手段，为历史建筑保护的数字化记录提供有效的技术方法和数据支撑。

　　1基于建筑信息模型的历史建筑保护的必要性

　　建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）如今在建筑行业领域已经得到了广泛的应用，BIM正在改变建筑的运营和建造方式，实现建筑行业的精细化建造并有效避免重复性劳动和承担了大量的纠错功能。BIM的出现同样也将引领整个历史建筑保护领域的一次数字技术变革，BIM技术不仅能够记录和管理历史建筑的历史资料，也可以将新的数字化技术运用在历史建筑保护设计中，实现从历史资料整理、历史建筑保护设计、施工到管理的一体化进程，同时能应用先进快捷的数据处理和分析方法有效地根据不同的需要实现历史建筑保护过程中客观有效的分析与决策。

　　（1）历史建筑保护工作需要进入数字化和信息化时代

　　历史建筑见证了社会的发展和变迁，在城市的历史记忆上具有重要价值。将历史建筑放置在整个城市发展的脉络中，从宏观的时空观角度发掘历史建筑价值对于提高现代城市的核心竞争力有着重要的推动作用。随着计算机科学和数字化技术的迅速发展和信息社会移动终端的大量普及，虚拟现实技术在历史建筑的复原和修复工作中提供了有效的方法和条件。同时，数字化时代人们更多通过互联网获取历史建筑信息，历史建筑的各项信息进入数字化平台已是无法回避的趋势。

　　（2）历史建筑数字化保护设计需要应用建筑信息模型

　　建筑信息模型已经广泛用在了我国的建设项目中，但是在历史建筑保护的专项设计领域仍然应用不多。但是随着人们对于BIM技术的不断探索与实践，BIM相对于传统设计手段的优势已经显而易见，BIM技术应用在历史建筑设计领域已是势在必行。历史建筑保护设计相对于其他类型的专项设计最大的区别就在于历史建筑已然存在于场地之中，在做保护设计之前需要对历史建筑进行详细的勘查和历史资料的调研工作，而传统的保护设计并没有将历史资料电子化录入系统，这将造成新一轮保护设计过程中又要进行重复性的历史资料查阅和核对工作。BIM恰好能够有效地解决这方面的问题，同时BIM对正在进行的历史建筑保护工作也有了详细的信息化记录，为未来的历史建筑勘察设计提供了方便快捷的查询途径，因此BIM在历史建筑保护设计过程中具有广泛的应用前景。

　　（3）单个和片段的历史建筑信息需要快速有效地采集到建筑信息模型中并且统一整合进系统平台数据库

　　在历史建筑保护的工作中，从前期现状勘察调研、设计阶段、施工阶段、后期监督维护过程中，都会涉及海量的图片分析和数据管理，而且每一栋历史建筑都是一个独立的个体，如何对其进行比较性研究，抽取其特性和共性为研究城市文脉提供一定的决策支撑，这都涉及海量数据的及时、准确的获取和分析。近几年，海量可视化数据分析和采集已经成为BIM研究方向之一[1]。同时，历史建筑保护业务管理需要很多信息资源库得以支撑，例如历史建筑原始资料库、历史建筑维护信息库、历史建筑维护工法库、历史建筑知识库、历史建筑材料知识库、历史建筑岗位职责知识库等。如何采集、储存和提取这些单个和片段的历史数据，需要快速有效地采集数据并整合到建筑信息模型中，并且整合进系统数据库。历史建筑的知识库不仅数据量大，而且随着时间的推移和技术的革新变化很快，需要建立追踪监测机制[2]。

　　（4）基于建筑信息模型的历史建筑保护研究为历史文化名城保护提供强有力的决策支撑

　　历史建筑信息管理平台，以建筑信息模型BIM为单元细胞，以大数据和云服务技术为架构基础，使用数据分析与统计计算软件对信息进行多维数据分析，是历史建筑的修缮保护开发工作、进入科学化和法制化轨道的关键环节和重要步骤。这为历史建筑保护的相关政策的制定，为提高历史建筑再利用决策和管理的科学性，将大力推动历史文化名城保护工作，具有重要的理论意义和实践指导意义。

　　2基于建筑信息模型的历史建筑的三维可视化

　　在基于BIM的历史建筑保护的过程中，三维可视化是非常重要也是必要的环节。无论对于业主单位、设计师、施工方还是历史建筑的管理者、游客，都对建筑本体的可视化模拟有强烈的需求，从这一点而言，BIM用于历史建筑保护设计相较于普通建筑设计有更迫切的需要。基于BIM的三维可视化可以实现真实地理环境下历史建筑实时动态信息虚拟化呈现，同时为历史建筑日常运维和修缮保护服务提供平台和有效的工具。

　　2.1传统三维可视化软件功能的不足

　　2004年，《Building Information Modeling with Autodesk Revit》一书中提到：“BIM是一个从根本上改变了计算在建筑设计中的作用的过程。”[3]BIM工具推动了建筑技术的进步，为建筑的工作流程和建造过程提供了诸多便利。一些概念设计工具如Sketchup，CAD或者Rhino对于构建建筑三维模型具有各自不同的优势。但是，这些软件对于历史建筑的信息录入仍然具有一定的局限性。这些传统的软件在历史建筑的三维可视化方面只能实现历史建筑几何信息的录入及展示，而历史建筑的历史信息不仅仅保护几何数据，还包括物理数据如历史构件的材质、重量、强度等；还有工人数据如在具体的修缮过程中进行相关工种（瓦作、木作、石作等）操作的工人的数据；还有病害数据例如病害类型、病害成因、残损程度等。这些信息都需要借助于强大的三维计算机分析和计算软件，而BIM技术为这些需求提供了极大的可能，它不仅满足了对于历史建筑的图像上的需要，也提供了历史建筑的多种类型信息的需要，可以满足多方面的诉求。

　　2.2基于BIM的历史建筑的三维可视化展示

　　历史建筑的可视化展示主要是根据历史建筑的真实尺寸构建建筑物的构件三维模型。在BIM中录入构件参数综合化信息，并结合病虫害监测管理中采集的相关数据，可以实现以历史建筑静态建筑物模型为空间参考，以动态监测虫害信息为联动展示对象的建筑物信息综合数据体，进而实现早期建筑物三维模型场景中虚拟化呈现、建筑物病虫害可视化、建筑物健康状态可视化展示。历史建筑的三维可视化主要是采集历史建筑的实景三维数据，实现历史建筑快速便捷的实景三维数字化，并可以通过移动端进行浏览和展示。三维实景的可视化工作中最重要的部分是实现移动终端展示系统的可视化，例如可以在移动终端中进行历史建筑的浏览、放大、缩小等基本功能，并辅助一定的交互式的数据查询和分析功能，可以提供多种漫游方式满足不同使用者的需求。历史建筑病虫害的可视化是在以病虫害监测数据采集录入为基础，实时、动态地呈现建筑物的健康状态。这些内容可以包括病虫害信息点属性资料及图片资料录入、修改、删除，古建筑病虫害监测信息三维场景可视化，病虫害信息点查询，病虫害分布情况统计，灾害点查询信息导出等。

　　2.3基于BIM的历史建筑的三维可视化信息服务

　　三维可视化信息一旦在历史建筑的现状勘察阶段被录入以后，在后期的修缮管理工作中就可以得到广泛应用。在历史建筑保护的现状勘察阶段，需要实现历史建筑的各项数据信息的采集和查询，实现基于空间的地理环境信息、建筑物模型信息、历史建筑数字化保护及修缮等多源异构、多维度、多时态信息的集成化显示。BIM支持用户获取场景中任意模型或者标注，实现建筑物基本信息、建筑物档案信息、建筑构件虫害监测信息以及建筑物修缮保护信息相应的属性数据表、图片、文字资料的关联性查看。因此，基于BIM可以实现历史建筑的日常运维和修缮保护服务，也就是说借助BIM思想技术方法，根据历史建筑保护的需求相应解决方案中的业务流程及所需的信息类型，构建古建筑BIM模型，再逐步展开古建筑数字化保护的BIM实施工作。实现相应建筑构件信息录入、保护或修缮进度管理等相关的历史建筑实时动态信息浏览、统计、分析等管理业务。相关专业人员可以根据BIM实现建筑物对象、建筑物构件对象相应的基本信息、历史档案资料信息、日常修缮业务、实时修缮构件工程信息等综合数据体逻辑关联，进而快速便捷地实现历史建筑的保护修缮信息的浏览、查询和分析等，为历史建筑的修缮保护的多方面数字信息提供协同服务。

　　结语

　　BIM一方面可以实现历史建筑的几何数据信息处理，另一方面可以满足对历史建筑的相关信息进行详细记录和数字化录入。关于历史建筑的历史信息，主要包括对历史事件的记录；关于历史建筑的文化信息，包括建筑的等级、选址、设计思想、装饰风格、文化内涵等等；关于建筑本体的历史信息，可以包括建造年代、设计者、建造者、施工人员、材料供应商等信息。这些非几何数据信息对于历史建筑来说是前期调研和保护修复勘察设计的重要一环。基于BIM的可视化保护模式，对于提高历史建筑保护的科学技术水平、促进历史建筑的数字化保护、实现历史建筑的信息化和科学现代化、历史建筑保护的全生命周期管理，都将产生创新性的影响，实现历史建筑的可持续保护。