傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫研究建設

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摘要:采用信息化、三維掃描、BIM、互聯(lián)網(wǎng)等技術融合建設的傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫，作為傳統(tǒng)建筑珍貴原始數(shù)據(jù)資料數(shù)字化存儲的載體，具有三維點云數(shù)據(jù)、BIM模型、視頻動畫技術交底、標準規(guī)范等數(shù)據(jù)的存儲、顯示、檢索、共享等功能，實現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑各類數(shù)據(jù)的標準化、規(guī)范化管理，為傳統(tǒng)建筑的監(jiān)測、保護、修繕提供充足的數(shù)據(jù)資源。

關鍵詞:傳統(tǒng)建筑；數(shù)據(jù)庫；三維掃描技術；三維建模技術

建筑是文化的載體、發(fā)展的足跡，傳統(tǒng)建筑因其具有獨特的造型、靈活、完美合理的結構構架體系，是我們無價的歷史文化傳承瑰寶，而中國傳統(tǒng)建筑更是歷史、政治、經(jīng)濟、文化的凝聚物，不同時代的建筑見證了不同的政治、文化和審美，不同的民族建筑也有獨特的風格。國內大量傳統(tǒng)建筑修復證明，在傳統(tǒng)建筑施工的傳統(tǒng)工藝方面，諸如大木作、瓦作、石作、油飾彩繪等工藝，由于傳統(tǒng)建筑造型復雜多變，研究設施的不健全和修復工具老舊落后，導致傳統(tǒng)工藝得不到更好地保護和發(fā)展。隨著科學技術的日益進步，建筑行業(yè)也在不斷積極探索一條高效率、低能耗、低污染的可持續(xù)發(fā)展道路。對于傳統(tǒng)建筑工程施工技術來說，如何利用現(xiàn)代技術手段完成傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)信息收集，并為保護、傳承與發(fā)展傳統(tǒng)建筑提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)成為傳統(tǒng)建筑施工的重難點。

1傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設背景

對應行業(yè)、企業(yè)現(xiàn)狀:傳統(tǒng)建筑維護修繕工程復雜且耗資大，隨著各地歷史文化名城對傳統(tǒng)建筑文化和恢復歷史文明古城名譽的不斷看重，傳統(tǒng)建筑行業(yè)的未來前景可觀。目前，能夠指導傳統(tǒng)建筑施工的設計、規(guī)劃大部分是通過歷史書籍、地方志等相關資料進行復原，缺少更為真實、直觀的數(shù)據(jù)支撐。順應技術發(fā)展趨勢:隨著信息技術、三維掃描技術、BIM技術的不斷發(fā)展，以及在建筑施工領域的深度應用，傳統(tǒng)建筑無損測繪，實體還原有了有利的技術支撐與保障。響應政府、行業(yè)規(guī)定:《文物保護法》《文物保護法實施條例》《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》《國務院關于加強文化遺產保護的通知》《城市紫線管理辦法》《歷史文化名城保護規(guī)劃規(guī)范》等文件都明確提出了加強對歷史文化名城、歷史遺址遺跡重點保護的要求。如何對古代建筑進行無損測繪、保護，如何研究古代傳統(tǒng)的施工工藝、材料，如何創(chuàng)造更好的現(xiàn)代仿古建筑，是擺在傳統(tǒng)建筑維保、施工企業(yè)面前的一個重大課題。

2傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設目的

古建筑是一代又一代建筑業(yè)者集體智慧的結晶，隨著朝代更迭、戰(zhàn)爭霍亂、自然災害的發(fā)生，很多傳統(tǒng)建筑都遭受了不同程度的損壞，甚至消亡。隨著科技的不斷發(fā)展，通過信息技術合理高效的存儲管理傳統(tǒng)建筑各類數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)信息共享，為傳統(tǒng)建筑監(jiān)測、保護及修繕提供“一手”資料，對傳統(tǒng)建筑施工技術、工藝的研究、保護、傳承與發(fā)展提供可靠的數(shù)據(jù)基礎。

3傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設方案

3．1建設目標

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫通過將信息技術、三維掃描技術、BIM技術、可視化交底技術融合應用，將原始測繪數(shù)據(jù)、構件BIM模型、施工工藝整合至同一平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)資源的共享，對傳統(tǒng)建筑、歷史遺址遺跡原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化建檔留存起到了關鍵作用，使得傳統(tǒng)技術、工藝在新時代得以延續(xù)、發(fā)展。

3．2技術方案

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫建設，通過三維掃描技術獲取歷史文物、遺址、遺跡精確的原始數(shù)據(jù);利用BIM技術結合傳統(tǒng)建筑測繪圖標準、規(guī)則對測繪得到的數(shù)據(jù)，進行模型復原工作;三維掃描得到的點云數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)建筑施工工藝標準、傳統(tǒng)建筑測繪圖標準以及復原后的BIM模型均統(tǒng)一收錄在傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫中建檔留存。實現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息的標準化、規(guī)范化管理。1)系統(tǒng)建設。系統(tǒng)部署圖見圖1。傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫采用SQLserver數(shù)據(jù)庫，通過編解碼技術實現(xiàn)資料的存儲。傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫按照傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)采集所在地域，以及建筑構造形式進行規(guī)則分類及目錄建立，分為數(shù)字模型庫及構件庫，實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑數(shù)字資料的規(guī)范、永久保存。采用TOMCAT服務器進行部署，實現(xiàn)用戶的在線訪問、查詢與檢索，見圖2，圖3。2)三維掃描技術。傳統(tǒng)建筑保護最基礎的工作即傳統(tǒng)建筑測繪。三維激光掃描技術以其精度高、無接觸、全面性等優(yōu)勢，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)測繪方式，實現(xiàn)對傳統(tǒng)建筑的精準測量，測量取得實地實物的尺寸和數(shù)據(jù)，可以繪制出一套完整的傳統(tǒng)建筑三維圖，保護由歷史建筑、環(huán)境要素等構成的物質空間和社會生活等所傳達的各種信息的真實性，見圖4。采用三維掃描技術對傳統(tǒng)建筑進行測繪，其單點向掃描精度達毫米級，且掃描間距可達亞毫米級，因而能將復雜、不規(guī)則的傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)快速、完整地進行采集。將得到的點云數(shù)據(jù)進行降噪、優(yōu)化、拼接整合形成完整的掃描數(shù)據(jù)，得到歷史建筑、遺址遺跡的原始數(shù)據(jù)、空間關系等重要資源，見圖5。3)BIM技術。隨著BIM技術應用范圍、應用深度的不斷擴展，通過BIM技術實現(xiàn)構建筑的模擬建立，已成為建筑行業(yè)設計校驗、施工管理、工料分析的重要技術手段。利用三維測繪得到的傳統(tǒng)建筑構件外觀、尺寸、制式等原始數(shù)據(jù)，結合BIM技術，參考傳統(tǒng)建筑構件特點和施工工藝實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑原貌模型復原。通過在BIM模型中逆向模擬檢驗榫卯的外觀、尺寸、拼接方式和構件的疊放次序，并將BIM構件進行整理建檔，建立傳統(tǒng)建筑構件庫，使古建設計、施工中有了充足的理論、數(shù)據(jù)依據(jù)，復原后的傳統(tǒng)建筑原貌通過虛擬現(xiàn)實技術進行展示，進一步煥發(fā)我國傳統(tǒng)建筑的繁華氣象和歷史風采，見圖6。4)可視化工藝交底技術。在傳統(tǒng)建筑中的傳統(tǒng)工藝方面，由于傳統(tǒng)建筑造型復雜多變，研究設施的不健全和修復工具老舊落后，傳統(tǒng)的古建工藝的傳承依靠的是“師帶徒、言傳身教”，“言傳”未必聽得懂，“身教”未必碰得上，諸多優(yōu)秀的傳統(tǒng)工藝隨著時間的推移而消失。隨著音視頻技術、動畫制作、影視編輯技術的不斷發(fā)展，施工技術交底文件實現(xiàn)了通過可視化的方式進行宣講、培訓。通過將BIM模型與傳統(tǒng)施工工藝、施工技術相結合，采用3Dmax，Photoshop，Premiere等軟件制作專項技術視頻動畫，更加形象直觀、生動的展示傳統(tǒng)建筑施工節(jié)點、工藝、工序，使傳統(tǒng)工藝得到更好地保護、傳承與發(fā)展，見圖7。

3．3建設成果

通過將信息技術、三維掃描技術、BIM技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、視頻動畫技術融合應用建設了傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫，信息庫共包含兩部分:傳統(tǒng)建筑數(shù)字模型庫及建筑構件信息庫。目前，信息庫中已收錄23個傳統(tǒng)建筑的三維掃描測繪原始點云數(shù)據(jù);31個單體建筑的三維模型，以及12000余件BIM構件;傳統(tǒng)建筑施工工藝標準、傳統(tǒng)建筑測繪圖標準7冊，均按照初期建設規(guī)劃統(tǒng)一建檔留存，實現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息的標準化、規(guī)范化管理。

4結語

傳統(tǒng)建筑數(shù)字信息庫的建設，對面臨失傳的施工工藝，瀕臨倒塌、亟待修復的傳統(tǒng)建筑的數(shù)據(jù)保存起到了關鍵作用。特別是三維掃描技術、BIM技術、互聯(lián)網(wǎng)技術的融合應用，在充分發(fā)揮各項技術的專業(yè)優(yōu)勢的同時，將各類數(shù)據(jù)融合至同一系統(tǒng)，實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化建檔保存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化、規(guī)范化、開放式管理。對完善傳統(tǒng)建筑修繕和新建的規(guī)則體系，保證修舊如舊、建新如舊、符合制式，讓更多的傳統(tǒng)建筑原始數(shù)據(jù)、施工工藝得以更好地保留，其經(jīng)濟價值不是金錢可以衡量的。在開展研究的同時，積極宣傳歷史文化建筑，喚醒行業(yè)對傳統(tǒng)建筑的保護意識，掌握正確的保護方法，使得傳統(tǒng)工藝在新時代得以繼承、延續(xù)、發(fā)展，促進國家對傳統(tǒng)建筑的積極修繕與科學保護，推動傳統(tǒng)建筑的健康發(fā)展，在促進以古建遺存為特色的旅游產業(yè)和文化產業(yè)發(fā)展中發(fā)揮作用。

參考文獻:

［1］王其亨．古建筑測繪［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006．

作者：程一琳 畢詠力 李衛(wèi)俊 趙貞 單位：山西一建集團有限公司