1建筑信息模型技术在历史建筑保护进程中的应用
在我国很多学者做了相关BIM的研究并取得了成果。例如，清华大学的张建平教授完成了“基于IFC的建筑工程4D施工管理系统”的研究，并成功地将其应用到了国家体育场等大型的项目中；另外，清华大学和中国建筑科学研究院合作了国家“十一五”项目“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”和“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”，侧重于BIM应用软件的研究，正在推出基于BIM技术的建筑设计、建筑成本预测、建筑节能设计、建筑施工优化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性评估等一系列应用软件[9]。在鸟巢、水立方这些近年来举国瞩目的项目上，已经运用了BIM。在水立方的设计中，设计人员用BentleyStructural和MicroStationTriForma有效实现了维伦第尔式空间梁架（Vierendeelspaceframe）的建模和计算，2005年赢得了美国建筑师学会（AIA）颁发的建筑信息模型奖。然而国人似乎更加津津乐道于这些建筑具有震撼力的表皮和外国建筑大师对中国文化的借鉴。其实，这些建筑留给中国建筑界的最大财富，可能正是信息时代以数字信息模型为基础的全新工作方式。从历史建筑的数字化保护研究领域来看，随着数字技术的发展，历史建筑保护也跨入了信息时代，数字技术开始应用于建筑遗产的保护研究。信息化技术在历史建筑保护与管理中的运用越来越广泛。特别是地理信息系统（GIS）、三维激光扫描、信息化建模、虚拟现实等技术的应用，给传统的历史建筑保护模式带来了新的技术手段[10]。文化遗产保护工作进入了一个新的信息时代，数字化遗产成为世界各国的共识和共同推进的目标，遗产的数字化、可视化和信息化等技术正在文博部门广泛开展。世界各国成立专门的机构将数字技术应用于历史建筑保护研究。1992年，联合国教科文组织开始推动“世界的记忆”项目，用现代信息技术使文化遗产数字化，这是信息技术与文化遗产结合的关键时期。虚拟现实系统成为人们承载历史记忆的方式之一[11]，1995年英国巴斯举行了虚拟遗产会议（VirtualHeritage）展示历史建筑的虚拟现实系统。1997年在芬兰的倡议下，欧盟国家就开始为信息社会“第二发展阶段”描绘蓝图，文化遗产数字化是其基本内容之一。美国对文化遗产数字化建设非常重视，国家投入巨额资金开展“美国记忆”项目，各方协调合作将其珍贵的历史文献资源发展为数字资源库，并通过互联网向全球传播。同时一些硕博士论文和专著开展数字技术在历史建筑保护领域的理论研究，探讨信息技术对于建筑遗产的管理与运行机制[12]；研究可视化等数字技术对文化遗产的冲击和影响[18]。同时也有一些研究是针对BIM技术在遗产保护领域的实际应用，如PrabhuVenkatesh以多伦多市区历史建筑改造为例探讨BIM技术在文物建筑整体改造过程中的实际应用[13]。Kim,J和Jeon,BH提出用BIM和参数化建模等技术复原传统的韩屋构造[14]。国内历史建筑保护与信息技术结合最早是从故宫和敦煌开始数字化遗产保护。随着GIS软件功能及GIS数据处理方法信息技术的推广，GIS在地理信息系统领域得到广泛应用[21]，这些信息技术对文化遗产保护起到重要的辅助作用。清华大学建筑学院人居环境研究中心进行了GIS技术在北京旧城保护研究。
南京大学城市与资源学系也开展了基于GIS技术的苏州古城规划。2000年联合国教科文组织与东南大学建筑学院合作成立了GIS中心，并编制国内第一个专门用于历史街区保护的信息管理系统（镇江西津渡历史街区）[15]，胡明星和董卫老师翻译联合国教科文组织地理信息系统手册[16]，并开展GIS应用于历史街区的现状调查、保护规划编制、保护和管理的全过程研究。武汉大学建筑系在历史建筑保护方面也做了相关探索和研究，把GIS技术和历史建筑价值评估等现状研究工作紧密结合（图1）。另外，有一些国内院校的硕士论文集中在数字化、GIS等技术手段与历史建筑保护的结合，研究构建古村落文化遗产资源管理信息系统[17]、探讨利用GIS技术分析旧城区土地性质、面积、空间分布等变化[18]、利用现代信息技术（3S）手段构建文化遗产保护工程管理综合信息平台，通过该系统为文物日常管理、抢救性保护以及修复实施和管理监测工作提供支撑[19]。另外也有一些研究集中在根据古建筑的模式化特征，分析研究应用参数化技术的方法，尝试将参数化技术应用到古建筑的设计过程，建立古建筑的参数化模型，选用GDL（GeometricDescriptionLanguage）参数化技术研究中国古建筑大木的参数化设计[20]。以及建立参数化古建筑构件库来实现古建筑三维模型的精确重建，实现古建筑的数字化存档，为古建筑工程的复原、修复提供技术支持[21]。并探讨参数化在建立单个古建筑模型时的技术实现。计算机领域也有研究通过对实体扩展数据的研究和对ESTL文件的定义，利用面向对象技术、ObjectARX和OpenGL等开发技术，研发古建筑的三维建模组件和虚拟仿真平台[22]。在实际建造案例中，目前所能找到的将设计的具体信息公开的案例有鸡足山佛塔寺项目，此设计中用BIM完整地做了一套重檐歇山顶仿古建筑模型，并运用于施工。清东陵景陵修缮设计方案中也探讨了建筑信息模型在古建筑修缮过程中的实际应用[23]。研究历史建筑的结构、表皮以及设备管线等模型信息分“层”复原，扩充建筑数据采集的任务量与最终成果的信息涵盖量[24]。可见国内历史建筑数字化技术与实践已经迈出了可喜的一步。但由于我国起步较晚，历史建筑的各类信息和基础数据仍然不能及时准确地获取、分析、共享，也无法解决面临海量信息处理的难题。历史建筑的知识库不仅数据量大，而且根据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历史建筑保护工作纳入云服务平台的可能性
历史建筑保护一直以来是城市规划、建筑学的研究重点之一，也是城市规划和政府决策必不可少的一部分。然而目前历史建筑保护工作和信息时代的差距仍然较大，历史建筑信息大多数仍停留在纸质文档，或者是单个计算机的电子文档，这些文档没有形成统一规范的数据库，不能很好地满足用户对相关数据和资料的查询需求；传统的测绘及保护手段不能满足人们管理与保护古建筑的需求，二维的观测也不能满足人们对于古建筑的全方位认知。随着计算机科学和激光技术的发展，地理信息系统（GIS）、三维激光扫描和虚拟现实技术的应用，我们可以清楚地看到在历史建筑保护领域里全方位引入现代信息工具已经迫在眉睫。
2.1历史建筑保护工作的数字化和信息化
目前的历史建筑保护开始运用数字化技术，BIM则可以统筹这些数字化技术，加速文物建筑的数字化、信息化进程。其实BIM的内涵及外延早已超出了模型的范畴，也延伸出了建筑行业，甚至到整个工程行业。因此BIM的实用性十分适用于历史建筑保护的工作。从时代发展的脉络来说，BIM把以2D图纸为基础的保护手段转变为3D模型为基础的保护手段（图2）。目前历史建筑保护管理系统还只能局限于一个单位内部，无法做到所有参与方的协同合作，数据可视化和关联性差，技术层级不够，迫切需要形成统一规范的数据仓库，在海量信息中自动搜集到相关的信息。BIM为历史建筑保护的协同合作提供了很好的平台。BIM的应用对于实现文物建筑保护及文物建筑管理，提高文物建筑保护的科学技术水平，促进文物建筑保护全面信息化和现代化，具有巨大的应用价值和广阔的应用前景。如何利用BIM，往下统筹历史建筑的各项数字化保护技术，往上整合到云服务平台，很多技术细节迫切需要立项深入开展研究。
2.2历史建筑保护工作的海量数据分析
历史建筑的数字化保护已经将建筑学和计算机学科紧密结合。而近年来云计算的风起云涌给我们带来了服务模式与技术上的创新思想和理念。云计算的设计思想就是把分散的计算任务分布在大量计算机系统构成资源上，使各种应用系统能根据需要获取计算力、存储空间和各种服务。云服务是基于云计算的各种服务，在基于云计算的云服务平台中，计算压力从客户端转移到服务终端，应用服务也由技术商提供远程支持。这种新型的计算资源组织、分配和使用模式，有利于合理配置计算资源并提高其利用率，实现绿色计算。云计算为城市信息化建设提供了有效手段，通过云计算平台提供的“云服务”经由网络可以提供给包括城市管理部门、行业部门以及大众用户各种资源信息[25]。云服务技术与云服务系统使智慧城市时空信息云平台与城乡规划的协同研究符合城乡规划的发展趋势[26]。数字地球和智慧城市为历史建筑的数字化保护指明了方向，基于云服务平台的建筑信息模型为历史建筑保护工作实现实时、动态、高效的时空信息管理提供了技术支撑。引入云计算技术统一化的数据访问和开发技术，实行各种不同系统信息之间的互联互通，保障信息的有效沟通和整合，从而实现海量数据的快速获取与更新功能，实现真三维动态建模与可视化功能，使得历史建筑向智能化、智慧化、语音化、真实化方向发展。
3基于云服务系统的历史建筑管理信息系统
历史建筑保护地域性强，需要强大的数据库支撑，而且根据时间的推移和技术的革新变化很快。历史建筑保护的先进技术包括虚拟复原技术需要进行大量的数据处理；历史建筑保护的材料选购、价格计算也需要数据分析；历史建筑的分类、寿命分析预测也需要运用数学模型。这些工作需要强大的数据分析工具。同时，依托历史建筑综合数据库，规划设计、文物保护和相关管理部门需要及时掌握各种能反映现状的动态资料，建立一定的监测机制。目前历史建筑的数字化保护技术多限于GIS、数字化测量、虚拟现实系统等方面，GIS可以对历史建筑模型的空间信息进行有效的组织和处理，参数化技术可以解决历史建筑信息数据的数字提取，数字化测量技术解决了传统历史建筑测绘方式不可比拟的存储和传递优势，虚拟仿真平台的交互性、沉浸感和构想性在建筑的多媒体展示方面更显其优越性，这些技术信息都是针对历史建筑保护过程的某个片段，不能实现历史建筑保护过程的全生命周期管理，缺乏在历史建筑保护全生命周期中对历史建筑的现状、变化规律及发展趋势做出完整的分析和评估的研究。BIM模型中包含的建筑信息可以被用于模拟历史建筑保护更新中的状态和变化，其普及与完善将对历史建筑保护工作产生变革式的飞速发展。历史建筑管理信息系统是以历史建筑数据库为核心，将计算机技术、通信技术、网络技术、地理信息系统技术、遥感技术、城市规划及系统科学、历史建筑资源管理和保护的理论和方法，综合应用于历史建筑保护与管理事务的图文一体化技术集成系统。
3.1基于建筑信息模型的历史建筑保护模式
从历史文化角度对城市中的历史建筑进行保护和再利用已成共识，但仍需要着眼于拓宽视野，从历史建筑的生态观、历史文化观、法制观和经济价值观等方面，对当今城市建设的可持续发展性进行了较为全面的研究，从更广阔长远的视角挖掘当今的城市建设中历史建筑的价值并提出相应的数字化保护对策。这种价值发现和挖掘是系统的过程，其模式与方法研究能够最大限度地发挥历史建筑所蕴含的各种价值，提高现代城市的核心竞争力。在历史建筑实体的保护层面，将基于数字技术研究方式进一步发展成为能支持对于历史建筑的协同研究过程、管理过程和保护实施过程的新型研究和保护模式。根据文物建筑保护方案建立和维护BIM模型，使用BIM平台汇总各项目团队所有的维护相关信息，将得到的信息结合三维模型进行整理和储存，以备项目全过程中各相关方随时共享。探索数字测图和各种检测技术在历史建筑实体保护应用中的可能性，通过调研和测试，用相关技术对历史建筑遗产保护的适用性进行评估和总结。将历史建筑信息管理系统与历史知识库等进一步集成，借助计算机网络化管理，使历史建筑研究过程、管理决策过程、以及实施优化过程进一步制度化、规范化，从而有效地提高历史建筑的研究和保护水平。
3.2基于云服务的历史建筑空间数据库和数据分析技术
历史建筑的空间数据库的构建对于数字化保护至关重要。这其中要运用扫描技术、CAD技术、3dsmax建模技术、VRML虚拟现实技术、PhotoShop后期处理等。按照前期信息建模研究所确立的建构标准和方法，分别建构建筑遗产单体数据库、维修历史档案库以及既往研究案例库中。以“三库”中蕴藏的大量建筑遗产知识为研究对象，运用人工智能原理分析知识间相互关系、知识的表达方式和检索方式，从中总结出基本规律，从而建构数据库框架模型。采用云计算技术，建立历史建筑云数据中心，以在线信息服务的方式支撑历史建筑保护相关专题信息系统建设。系统集成多源、多维、多尺度、多时态的信息，通过这个数据库可以显示历史建筑的相关数据及属性，特别是其现状影响信息，包括平、立、剖面，通过虚拟建造、信息化建模实现建筑的可视化和信息数据的可查询化，并对其进行统计和分析，满足多领域、多部门的应用需求。历史建筑转化为数字信息后需要的是信息方面的技术，包括信息建模技术（XML）、数据库技术（SQLServer）、虚拟现实技术（VRML）、信息集成技术（Internet）等。海量基础数据全过程统计分析、方法选定、特征归纳、维护分类等需要功能强大的、能根据需要及时更新的、实现集群计算的动态数据分析软件。在历史建筑转化为数字信息的研究基础上，引入数学和计算机理论，研究多维矩阵分析理论对一些涉及时序和PanelData的经典模型以及我们自己提出或改进的一些模型，对演化计算及其收敛性证明过程，实现数学模型的多维矩阵表达。进一步研究并实现基于多维矩阵理论的算法的程序表达，同时尽可能多地实现多维数据可视化。使用户直观地理解、分析数据，最终能多角度、多侧面地观察数据，深入地了解包含在海量历史建筑BIM数据中的信息和内涵。
历史建筑保护较强的地域性、相关技术的革新速度以及对数据处理、分析和数学模型的需求，均需要强大的分析工具作为依托，需要功能强大的、能根据需要及时更新的、实现集群计算的动态数据分析软件。复杂的数据库结构需要在数据仓库中运用高效的联机查询和分析处理，有效满足数据仓库系统的高速性、可分析性需求，建筑信息管理平台数据的存储与访问是实现面向历史建筑生命期工程信息管理的底层数据支持。构建基于云计算和云服务技术的历史建筑资源管理系统云平台，可以提供快速灵活的基于历史建筑二维与三维、历史与现状的时空信息云计算服务，实时汇集历史建筑保护的各种时空信息，还能与数字城市支撑体系中其他信息云（比如经济云、人口云等）协同服务，为历史建筑保护与更新过程中的日常管理和决策分析提供强大的云计算和云服务技术支撑。在历史建筑信息化管理平台中，历史建筑的属性信息与空间信息得以关联，所有的功能都是为图形与属性的交互链接而服务，形成历史建筑空间数据库。通过合理的数据管理逻辑设计，可以对这些数据进行添加、修改和分析，并实现历史建筑的可视化、虚拟建造、灾害预警和动态追踪。这些数据资源库使得规划设计、文物保护和相关管理部门能够及时掌握各种能反映现状的动态资料，并将此作为管理部门保护和管理的依据，促进历史建筑保护的信息化与现代化。
作者：童乔慧 单位：武汉大学城市设计学院
相关专题：个人swot分析 海尔供应链存在的问题
