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BIM为古建筑修复提供了更科学、高效和精准的方法！














BIM为古建筑修复提供了更科学、高效和精准的方法！



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2024年08月07日 09:42:35

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古建筑是指具有历史意义的建国之前的民用建筑和公共建筑，其包括民国时期的建筑。在中国，许多古镇以及大部分的大城市还保留着一些古建筑。 中国古代建筑艺术具有多方面的特点，从布局角度来看： 框架式结构 ：中国古代建筑主要采用木构架结构，由木柱、木梁构成房屋框架，屋顶与房檐的重量通过梁架传递到立柱上，墙壁起隔断作用，不承担房屋重量。这种结构使房屋能在不同气候条件下满足各种功能要求，且门窗设置灵活。此外，还形成了独特的“斗拱”构件，它既有支承荷载梁架的作用，又有装饰作用，但明清以后其结构作用几乎完全消失，变成纯粹的装饰品。




古建筑是指具有历史意义的建国之前的民用建筑和公共建筑，其包括民国时期的建筑。在中国，许多古镇以及大部分的大城市还保留着一些古建筑。

中国古代建筑艺术具有多方面的特点，从布局角度来看：


框架式结构 ：中国古代建筑主要采用木构架结构，由木柱、木梁构成房屋框架，屋顶与房檐的重量通过梁架传递到立柱上，墙壁起隔断作用，不承担房屋重量。这种结构使房屋能在不同气候条件下满足各种功能要求，且门窗设置灵活。此外，还形成了独特的“斗拱”构件，它既有支承荷载梁架的作用，又有装饰作用，但明清以后其结构作用几乎完全消失，变成纯粹的装饰品。



庭院式组群布局 ：中国古代的住宅、宫殿、官衙、寺庙等建筑，多由若干单座建筑和围廊、围墙等环绕成一个个庭院。多数庭院前后串连，通过前院到达后院，体现了中国封建社会“长幼有序，内外有别”的思想。这种庭院式组群布局一般采用均衡对称的方式，沿纵轴线（前后轴线）与横轴线设计，重要建筑安置在纵轴线上，次要房屋在其左右横轴线上。北京故宫和北方四合院是典型例子。与欧洲建筑相比，中国古建筑的庭院式组群布局像一幅中国画长卷，必须逐步展看才能领略其全貌。



平面布局方式 ：一种是庄严雄伟、整齐对称的布局，常见于帝王的京都、皇宫、坛庙、陵寝，官府的衙署厅堂、王府、宅第，宗教的寺院、宫观以及祠堂、会馆等。其平面布局特点是有明显中轴线，中轴线上布置主要建筑物，两旁布置陪衬建筑物，主次分明，左右对称。这种布局方式满足了统治者和神佛教义对于礼敬崇高、庄严肃穆的需要，几千年来一直相传沿袭并逐步完善。另一种是曲折变化、灵活多样的布局，多应用于风景园林、民居房舍以及山村水镇等，它根据山川形势、地理环境和自然条件等灵活布置，如位于山脚河边的民居、寺庙、官衙等，通常迎江背山而建，并依山势地形层层上筑，这种布局适应了我国不同自然条件地区和多民族的文化特点及风俗习惯。


不同地区的古建筑也有其独特的形式与装饰。例如潮汕地区的城市，城内按传统格局，大街多店铺，小巷多为民宅，临街店铺多为单间或多间连体的土木歇山顶瓦屋，上有阁楼，后半为客厅或卧室，前半为店面，城市旧民宅墙体多为 三合土 夯筑，较矮，砖砌楼房极少。潮汕农村则多聚族而居，以姓氏宗祠为中心形成转寨格局，有富户人家的大院、中户的四合院或 三合院 、小户的“竹竿厝”等不同形式的建造单元。潮汕各地建筑装饰的重点是门楼、厅堂和屋面，综合运用石雕、木雕、嵌瓷、泥塑、彩绘、油漆等装饰工艺。在潮汕农村古民居中，围楼（俗称寨楼）别具风格，主要分布在揭西的北部山区，其特点多为圆形，寨体大，可就地取材构筑，布局适合群居且便于防护，具有通风透光、防盗防风等优点。

另外，古建筑的保护现状也备受关注。当前古建筑保护面临一些问题，如法律对文物或不可移动文物的认定速度慢，一些古建筑未被纳入保护范围而遭拆除；重大项目施工时缺乏民主征求意见、透明度不足等。解决这些问题需要不断完善相关法律法规，增加保护项目；进行重大项目时应广泛征求意见并提高透明度；同时，教育也至关重要，需提高公众的保护意识，也需要媒体的监督。保护古建筑具有重要意义，它能让古代建筑文化保存于世，让古代文化遗产产生现代价值，人们不仅要发展现代建筑，也要吸收古建筑中的营养，走出中国特色建筑之路，让中国古建文化得以传承和延续。

在南宁，粤东会馆和新会书院等古建筑的屋脊装饰近期受到关注。粤东会馆的正脊灰塑横幅浮雕与彩绘讲述的是粤剧故事《 六国大封相 》，封檐板雕刻了《尉迟恭争帅印》等戏剧故事，梁架上还有取材自戏剧、小说、神话传说等的人物主题雕刻，如《金殿逼婚》《九焰山》《 界牌关 》《八仙祝寿》等。新会书院则是典型的岭南传统建筑风格，集合了木雕、石雕、砖雕、灰塑、陶塑等特色装饰，其雕刻题材多为大众喜闻乐见的人物故事和戏曲故事，屋脊上的主题雕刻丰富，人物达430多个，包含岳母刺字、负薪读书、孤山放鹤、五子登科等，体现了当时民间的社会风尚、审美情趣和民风民俗等特点。



BIM 技术为古建筑修复提供了更科学、高效和精准的方法，有助于更好地保护和传承历史文化遗产。 BIM 技术在古建筑修复的应用 具有以下重要意义：


精确的现状记录 ：BIM 技术可以通过三维扫描和建模，精确地记录古建筑的现状，包括其形状、尺寸、结构和材料等细节。例如，对于复杂的木雕构件，BIM 模型能够准确呈现其纹理和破损情况。



模拟修复方案 ：在修复之前，可以利用 BIM 进行多种修复方案的模拟和比较，以选择最优方案。比如，对于倾斜的墙体，通过 BIM 模拟不同的加固方法，评估其效果和可行性。



材料和成本管理 ：帮助准确计算所需的修复材料数量，优化采购和成本控制。例如，精确计算更换腐朽木材的数量，避免材料浪费和成本超支。



施工协调 ：协调不同施工团队的工作，避免施工冲突和错误。在涉及到多个专业施工队伍，如木工、石匠和电工时，BIM 能清晰展示各自的工作范围和顺序。



历史信息保存 ：将古建筑的历史资料、修复过程和相关数据整合到 BIM 模型中，为后续的研究和维护提供宝贵的资料。



质量控制 ：在施工过程中，依据 BIM 模型进行质量检查和验收，确保修复工作符合设计要求和标准。



可持续性评估 ：评估修复方案对环境的影响，选择更环保和可持续的材料和方法。


BIM 在古建筑修复领域有以下具体应用：


精确采集和记录数据 ：通过三维激光扫描等技术获取古建筑的详细数据，建立精确的三维模型，包括建筑的形态、结构、构件等信息，为后续的修复和保护工作提供基础。



可视化设计与方案比选 ：在 BIM 模型中进行可视化设计，例如对异形屋面、建筑脊饰、斗拱等细部进行三维建模，方便设计师以三维的方式观察设计对象，减少二维设计的隐形失误。还可以生成不同的方案进行比较和选择，以确定最优的修复方案。



组建古建筑数据库 ：将古建筑的各种信息，如构件信息、结构信息、材料信息、残损信息、修缮做法等整合在一个相互关联的逻辑系统中，便于后期的维保、传承以及工艺创新。这些信息在 BIM 建模数据完成后可以永久保留，具有建立新型档案保存方式和检索方式的意义。



协同工作与信息共享 ：为文物保护单位、管理部门、设计方、施工方和大众等提供一个交流平台，使保护工作的各个环节紧密联系，同步调整。例如在中俄联合修复中共“六大”会址项目中，利用 BIM 技术将穹顶结构进行 3D 打印成实物模型，用于现场人员进行技术交底，确定修复实施方案。



施工管理和进度控制 ：生成项目工程量明细表以便控制建造成本，还能制作 4D 施工模拟动画，有效提升工程建造速度。此外，有助于规定实施工序，将传统施工工艺体现在三维 BIM 房屋修缮图中，让病害的诊断和治疗措施的制定更直观。



指导现场施工 ：施工人员可以通过 BIM 模型更清晰地了解古建筑的结构和构造，提高施工的准确性和效率。例如在歇山顶的建模中，经过参数调整和方案比选，确定合适的方案后用于指导施工。



安全监控与预防 ：如智慧感应消防报警系统，可对施工现场进行实时监控，一旦发生紧急情况能自动报警，并通过物联网+BIM 可视化的方式直接定位隐患位置，辅助现场救灾。



提升工作质量和效率 ：解决二维图纸意图表达抽象、信息表述不完整等问题，降低技术门槛和沟通成本；减少施工过程中的材料损耗和时间浪费，最大程度保证古建筑的“原汁原味”。





如重庆市住建委发布的《重庆市历史建筑修复建设管理办法》和《历史建筑修复建设技术导则》，都强调了在历史建筑修复建设中采用 BIM 技术，以提升工作质量和效率，包括开展前期查勘、测绘、检测、评估等工作，确定相关依据；优先并充分利用原建筑材料，使用替代材料时需符合相关要求；采取白蚁预防措施；拍摄并保存原建筑物各部位、节点等历史要素的照片、影像资料；及时整理并归档竣工资料等。

BIM 在古建筑修复领域的应用难点主要包括以下方面：


信息缺失 ：许多古建筑相关信息不完整，甚至有些没有任何资料文档。以前修缮主要依靠建筑物的描述文字、史料记载考证、留存影图以及对比同代建筑等信息，这给修缮工作带来了极大难度。



建筑复杂性 ：古建筑的屋顶等构件单件加工相对容易，但“组装”困难，尤其是各个节点后期的精准衔接，需要施工者有过人的技术和长期的实践经验。



软件整合性问题 ：目前使用的 BIM 软件各异，大多是国外软件加上满足本单位需要的二次开发，还没有一款能够得到公认且能满足使用的软件。并且，还缺少一个好的平台能够提供多种接口满足各专业的需要，有些专业模型的完成要经过多种软件的导入导出，过程繁琐且可能造成信息丢失。



建筑各阶段脱节 ：建筑的设计、施工、运维等阶段各自为营，可能导致一个建筑有多个模型，存在大量重复工作，且施工模型可能还需设计院审核有无结构改变等问题。



专业人才缺乏 ：BIM 技术在古建筑修复领域的应用需要既懂古建筑又掌握 BIM 技术的专业人才，这类人才相对匮乏。



数据采集困难 ：古建筑结构复杂，且部分建筑相对分散，每年的修缮工程量有限，影响到后期的数据收集、资料归类等工作。



成本较高 ：BIM 软件费用较高，且其应用对硬件、软件和技术人才要求也高，需要较大的投入。



传统工艺与现代技术的融合 ：古建筑修缮涉及许多传统工艺和做法，如何将这些传统技艺与 BIM 技术有效融合，也是一个难点。例如，在斗拱制作与组合、屋架及翼角构建、栏杆设计等方面，需要结合古建筑的特点和要求进行复杂的参数化设置。




以下是一些 BIM 在古建筑修复领域应用的成功案例：


广东清晖园 ：清晖园是一处始建于明代的古代园林建筑，位于广东省佛山市顺德区大良镇清晖路。2022年，在对清晖园的修缮中，项目团队充分应用 BIM 技术，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用，并结合古建筑的设计，成立了专业仿古建筑深化设计团队，为项目整个仿古体系进行完善和优化设计，确保项目按照规划和设计方案完美呈现。





三维可视化设计 ：通过 BIM 对异形屋面、建筑脊饰、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。比如清晖园的主体建筑船厅，其设计仿照珠江画舫“紫洞艇”，BIM 技术可以帮助更好地呈现这种独特的建筑风格和复杂结构。

整合建筑信息 ：将文物建筑的构件信息、结构信息、材料信息、残损信息、修缮做法等整合在一个相互关联的逻辑系统中。设计师可以在建立大木、小木、瓦石、装修模型时同步载入年代、价值、残损等主要特征信息，最终的图纸是信息模型在不同维度上的表达，方便以三维的方式观察设计对象。

协同工作 ：利用 BIM 软件的参数化功能，提高设计成果的开放性，满足对多种可预见参数的参与，加强设计的客观性。基于 BIM 理念的跨软件平台协作，让设计师可以选择最合适的软件完成相应工作。同时，BIM 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，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。

勘察记录信息的永久保留 ：在 BIM 建模数据完成后，可以永久保留有价值的信息，具有建立新型档案保存方式和检索方式的意义。例如清晖园中的一些独特工艺和历史信息，都可以通过 BIM 技术进行记录和保存。

施工设计指导 ：可以规定实施工序，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，让病害的诊断和治疗措施的制定更直观。像八角壁裂池这种建造手法别具一格、不用灰泥粘结的池壁，其修缮过程可以通过 BIM 技术进行更精确的规划和指导。

BIM 技术在清晖园的应用，使得复杂的价值及其载体的分析设计变得简单易行，提高了生产效率，节约了成本，缩短了工期，同时更好地保留和传承了清晖园的历史文化价值和建筑特色。


中共六大会址 ：中共六大会址位于俄罗斯莫斯科市南部郊外五一村，是中国共产党第六次全国代表大会会址。由于年久失修，这座建筑在修复前几乎损毁殆尽。2015年，中建一局特别组建了 BIM 团队，应用国际领先的古建修复三维扫描技术解决上述难题。会址建筑的穹顶是俄罗斯古典弧形建筑，结构复杂，团队建立了穹顶结构 BIM 模型，将模型进行3D打印交由厂家制作成实物模型，用于现场人员进行技术交底，确定修复实施方案。









解决复杂结构难题 ：会址建筑的穹顶是俄罗斯古典弧形建筑，结构复杂。项目团队利用国际领先的古建修复三维扫描技术，建立了穹顶结构的 BIM 模型，并将模型进行 3D 打印，制作成实物模型。这有助于现场人员进行技术交底，从而确定修复实施方案。

辅助现场施工管理 ：通过 BIM 技术生成项目工程量明细表，以便有效地控制建造成本。同时，生成 4D 施工模拟动画，提升了工程建造速度。

实现全生命周期信息化管理 ：BIM 技术的核心是一个计算机三维模型数据库，可应用于工程测绘、设计、建造和运维等工程建造全生命周期，推进工程建造上下游各企业间的高效沟通和交流，助力项目团队只用293天就完成了中共六大会址全部修复任务，创造了俄罗斯古建修复的“第一速度”。


河南卫源庙 ：卫源庙位于河南省新乡市牧野区，是第七批全国重点文物保护单位。修缮前的卫源庙存在建筑构件残损、缺失，墙体酥碱、风化，地面凹凸不平等诸多问题。在对其进行修缮时，项目团队使用了 BIM 技术，对古建筑进行了三维建模和数字化保护。通过 BIM 技术，团队可以更好地了解古建筑的结构和历史，制定更科学的修缮方案，同时也可以对修缮过程进行全程监控和管理，确保修缮质量和进度。







可视化设计与模拟 ：通过 BIM 技术建立卫源庙的三维模型，包括异形屋面、建筑脊饰、斗拱等细部结构。这有助于直观地展示建筑的复杂形态，大大减少二维设计中的隐形失误。设计师可以以三维的方式观察设计对象，预先模拟出一套施工方案，避免对建筑的二次损坏。

信息整合与管理 ：将文物建筑的构件信息、结构信息、材料信息、残损信息、修缮做法等整合在一个相互关联的逻辑系统中。在建立模型时同步载入年代、价值、残损等主要特征信息，最终的图纸是信息模型在不同维度上的表达。

协同工作与交流 ：BIM 技术提供了一种新的工作方式，将管理部门、保护单位、设计方、施工方等相关人群联系在一个交流平台上，使保护工作的各个环节能够紧密联系、同步调整。

勘察记录与信息保存 ：在 BIM 设计过程中，有价值的信息可以永久保留下去，改变了传统档案保存和检索方式，有助于建立新型档案系统。

施工指导与工序规定 ：利用 BIM 技术可以把材料、构造等传统施工工艺体现在三维模型中，让病害的诊断和治疗措施的制定更直观。例如，在古建筑的屋顶修缮中，各个节点后期的精准衔接需要施工者有过人的技术和长期的实践，而 BIM 技术可以为施工者提供更精确的指导。

数据统计与分析 ：BIM 模型是一个富含工程信息的数据库，可以用于精确统计工程量等，为成本测算、经济指标分析等提供数据支持。



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