诚信金泰建设（苏州）管理有限公司王超
摘要：BIM技术引入我国工程建设行业后，在各类大型公建等较为复杂的工程项目中的应用已经取得了成果，然而在历史古建保护领域，BIM技术应用处于起步阶段，在研究方面存在较多空白。随着新技术的快速发展，可以利用3D激光扫描、无人机倾斜摄影等新技术，对古建筑进行三维空间信息生成点云数据的获取，对古建筑的二维图纸、三维模型进行反向还原，并导入平台系统，实现数据共享，便于后续工程的数字化汇报与沟通工作。鉴于此，本文针以环秀山庄项目既有建筑物逆向建模为例进行电子存档保护，为后续修复、更新、维护、文化传播、CIM数字孪生等提供可靠的数据支持，以供参考。
关键词：BIM技术；修缮；无人机倾斜摄影；三维激光扫描；保护途径
图（1）四扇厅测绘原理及现场照片
引言
最终形成一系列能反映古建筑精密几何形态、空间结构及纹理的数字化产品，完整保存古建筑的高精度三维原貌并实现有关数据的永久存档和应用。
图（2）无人机倾斜摄影及三维激光扫描点云数据
1数字化建模关键技术路线
利用三维激光扫描技术得到的点云数据可以作为几何信息建立模型，以环秀山庄数字化应用为例。
图（3）架站、无人机、手持三维扫描点云数据采集
图（4）四面厅室内家具三维扫描以及贴图纹理数据处理
主要建模工作分为三个部分。
图（5）三维激光扫描的工作流程
2项目背景研究及意义
图（6）环秀山庄项目历史背景及数字化意义
所谓古建筑数字化，是将现实古建筑的尺寸、构造、图像等资料的虚拟化和数据化，能够在电脑中进行三维立体展示。
环秀山庄数字化项目就是利用最新的数字技术如数字化扫描、摄影、三维建模、虚拟现实等技术再现、保存、传播环秀山庄园林世界文化遗产，从而让文化和基于延绵长存。
环秀山庄数字化建设不仅有利于保存其真实尺度与面貌、精确还原其空间结构关系，更可借助网络平台（如苏州道APP上传数字古建、数字园林、数字三维模型）实现苏州古典园林文化遗产资源传播与共享，让遗产更富“活”力。
图（7）数字古建文化传播参考示例
3环秀山庄数字化建设的必要性
图（8）全面的项目展示
4环秀山庄数字化建模的难点分析及解决措施
4.1三维激光扫描存在盲点
图（9）三维激光扫描布置站点
解决措施：
针对三维扫描中存在上述盲点，我们团队在项目咨询服务过程中，梳理测站盲点位置并结合传统的测绘方式进行互补，现场勘查测量后，对扫描模型进行细节补充。
图（10）测绘盲点部位数据补充
4.2构件种类多样，造型复杂
在环秀山庄项目中，共有“门厅、有穀堂、四面厅、边楼、边廊、问泉亭、补秋舫、半潭秋水”8处单体。其中每个单体的门窗、雕花、斗拱、瓦片、屋顶制式都不尽相同，对Revit建模带来了极大的不便与挑战。
图（11）现场勘察细部摄影
针对环秀山庄项目，我们团队结合点云模型、无人机倾斜摄影模型数据，搭建柱、梁、斗拱、门窗、瓦片等构件的参数化族。以门窗与瓦片为例，参数化族可以快速的调整相应尺寸大小及摆放位置。
图（12）如斗拱、瓦片参数化族创建
4.3屋顶等内部结构无法观测
环秀山庄建筑结构精妙绝伦，屋顶木制构架可简单分为抬梁式、穿斗式、井干式。其中，部分亭、廊的构架可以直接扫描测绘。而一些有天花的楼阁，其内部架构被顶棚所遮挡，以至于正常情况下无法观测。
图（13）屋顶构造实景
图（14）边楼BIM模型局部效果
5环秀山庄数字化技术应用
5.1三维激光扫描技术
5.1.1扫描站点布置、路线规划
环秀山庄总建筑面积2180平方米，经过实地踏勘，制定了详细的扫描站点方案，在建筑面积为100平方米的门厅和门厅设置了56个扫描站，每个扫描站扫描10min左右。
建筑面积21平方米的涵云阁，扫描22个站点数据，平均每个站点在10min左右进行扫描，配有HDR全景拍照
建筑面积50平方米的边廊，扫描67个站点数据，平均每台用时扫描10min左右，配有HDR全景照相。
图（15）三维站点布置、流程、路线规划、点云模型示意
5.1.2三维激光扫描技术路线
图（16）三维点云数据转化成BIM模型
5.2倾斜摄影技术
图（17）无人机倾斜摄影生成数据模型
5.3逆向工程建模
逆向建模工作流程，首先收集三维激光扫描点云模型，并导入犀牛软件处理点云分割图，消除噪点，绘制平立剖二维参考图纸，导入高清摄影素材，创建BIM模型，并进行图纸输出。具体步骤如下:
图（18）逆向三维建模工作流程
5.4Revit/Dynamo参数化设计
图（19）重复工作参数化编辑
5.5电子文档（BIM出图）
图（20）电子文档管理
5.6BIM可视化展示系统建设
基于生产的各类数据，制作可第一人称漫游的场景三维展示系统，要求展示系统中集成三维模型数据、三维实景数据、平立剖面图数据，同时展示系统应能展现遗产全貌，主要包括建筑、假山、水池、树木等要素。主要建筑内的家具、地铺、碑刻、匾额楹联等均有明确标识。
图（21）边楼、有毂堂室外/内局部数字化展示效果
5.7文化传播（重点文物建筑单体虚拟拆解）
图（22）海棠亭虚拟拆解示意
5.8BIM智慧运维管理平台
图（23）CIM数字孪生大屏驾驶舱系统搭建
6结论
合理的利用数字化BIM技术，将我们环秀山庄项目中每一个构件的信息和特点准确的注入模型中，让不懂古建筑的人都能准确的认识到每个构件的建造意义。
图（24）苏州到数字园林模块已上架示例
图（25）探索苏州古建筑保护与更新新路径
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