多团队协同背景下的HBIM理念在建筑遗产保护工程应用策略：以鼓浪屿八卦楼为例.pdf

JournalofEnggManagementJun.20232023年0 6 月Vol.37No.3第3期理第37 卷程报学管多团队协同背景下的HBIM理念在建筑遗产保护工程应用策略：以鼓浪屿八卦楼为例张可寒1，张苏娟1，张长娜1，陈瑶，王绍森1，李渊1（1.厦门大学建筑与土木工程学院，福建厦门36 10 0 5，E-mail：l i y u a n 7 9 x mu.e d u.c n；2.广州地铁设计研究院股份有限公司，广东广州510 0 10）摘要：分析了多团队协同背景下建筑遗产保护工程中HBIM理念的应用现状，并以鼓浪屿八卦楼保护项目HBIM平台应用为案例，建立了HBIM理念在建筑遗产保护工程的应用策略框架。从前期资料收集、中期设计、施工及后期运营的全生命周期特点出发，梳理了建设、科研、设计及施工单位等参建团队在各阶段HBIM应用策略模式与工作职能，以提高建筑遗产信息的精确性、数据的集成性、成果的直观性、沟通的高效性，实现建筑遗产保护工程的流程优化，保证建筑遗产的修复质量和效率。关键词：HBIMBIM技术；建筑遗产；多团队协同中图分类号：TU17文献标识码：A文章编号：16 7 4-8 8 59（2 0 2 3）0 3-0 47-0 6D0I:10.13991/ki.jem.2023.03.009HBIM Concept Application Strategy of Heritage Conservation Projects in the Contextof Multi-team Collaboration:A Case of Eight Diagrams House in KulangsuZHANG Kehan,ZHANG Sujuan,ZHANG Na,CHEN Yao?,WANG Shaosen,LI Yuan!(1.School of Architecture and Civil Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,China,E-mail:;2.Guangzhou Metro Design&Research Institute Co.Ltd.,Guangzhou 510010,China)Abstrct:This paper analyses the application condition of the HBIM concept in built heritage conservation projects in the context ofmulti-team collaboration and designs an application strategy framework of the HBIM concept in built heritage conservation projectsbased on the case of Eight Diagrams House HBIM platform on Kulangsu.This paper also summarizes the application of HBIMstrategies and the responsibilities of teams such as developer,researcher,designer,and constructer based on the characteristics ofdifferent stages through the whole projects life circle which includes information collection,design,construction,and operation.Itcan help to improve the information accuracy,data integration,project visualization,and communication efficiency in built heritageconservation projects and optimizes the whole project process to improve the project quality and efficiency.Keywords:HBIM;BIM technology;built heritage;multi-team collaboration建筑遗产作为旧城更新与改造规划及历史街区和风貌保护规划的核心元素之一，其项目管理与流程与普通建筑工程相比有以下特点：一是建筑遗产保护工程强调多学科及多团队的配合协同，建筑遗产的保存是一个跨越多种科学的领域，其信息的交互性和复杂性相比普通工程较高。各工种间专业相差大，团队协作性质强；二是建筑遗产保护高度依赖既有建筑和区域的勘察及测绘，涵盖了如照收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 6.基金项目：国家自然科学基金面上项目（42 17 12 19、518 7 8 58 1）.片汇编、尺寸测绘等内容2 ，对勘察的准确性要求高；三是建筑遗产保护工程流程长、工序多，强调精细化设计，如在厦门市建筑遗产保护工程实践中，呈现出“修旧与故”“原样保护”“内部改造”等多元化趋势3。这需要在工程前期总结出契合的修方法，同时强调可视化设计4；四是建筑遗产保护工程有着“强现场、弱设计”的特点，强调信息实时性交流与反馈5，遗产本体保护措施、施工问题记录、施工工艺、材料调整等，均对工程质量有着很大的影响6 。基于上述特点，高效信息采集、信息048理报学程第37 卷管集成、即时化的信息交流是提升工程质效的要点。随着技术的进步，BIM技术发展迅速，在我国建筑业的20个主要领域，基本涵盖了建筑全生命周期7 。在这样的背景下，BIM技术衍生出的HBIM（H i s t o r i c/Heritage Building Information Model）理念8,9 为建筑遗产保护工程的质量提升提供了有效的途径。目前HBIM理念在建筑遗产工程中的应用主要集中于以下几个方面：一是数字信息采集被广泛应用于自动化信息采集10 ,相关应用技术包括LiDAR三维扫描11、无人机倾斜摄影12 、照片自动建模13深度学习14 等，获得精细化建筑遗产测绘信息。建模阶段，利用多种软件对信息进行处理，得到三维模型；二是协同应用方面，除了同模型碰撞检测15,16 等技术以外，在数字模型可视化、通用数字模型的构建5 等方面也有较多的拓展研究；三是利用BIM技术整合信息并根据不同的详细级别（LoD理念）搭建数据库，包括信息库搭建、HBIM构件族库建立17 19、BIM与GIS相结合的信息整合技术、建筑遗产数据的多软件应用2 0,2 1 等；四是信息管理平台在建筑遗产领域有初步探索5,2 2 ，但其系统性全面性不足，施工阶段应用较少；五是BIM模型拓展应用方向包括建筑性能分析2 3、建筑遗产监测2 4,2 5、三维模型可视化、VR技术、AR技术等前沿应用2 6,2 7 ,但较少涉及遗产价值宣传及遗产市场推广等方面。经过文献分析，HBIM理念跨越多个学科，涵盖了建筑遗产保护工程的全生命周期，在信息采集、整合及协同配合等方面的应用上较丰富，在设计、管理、施工等方面的应用较少，并缺少一个系统性梳理HBIM理念在建筑遗产保护工程的应用策略。基于此，本文对HBIM理念在建筑遗产保护工程的应用进行梳理，系统性地分析HBIM应用策略及协同方式，设计一套基于HBIM理念在建筑遗产保护工程的应用策略框架，辅助提升建筑遗产保护工程的质量和效率。本文同步介绍项目组参与的八卦楼保护工程。八卦楼是世界文化遗产地鼓浪屿地标性建筑。2 0 2 1年8 月，八卦楼启动了鼓浪屿申遗成功后最大规模的保护工程项目。团队联合BIM企业结合理论实践提出一套HBIM应用策略框架，为上述HBIM理论框架提供实践支撑。1HBIM理念在建筑遗产保护工程的应用策略框架多团队协同背景下HBIM理念在建筑遗产保护工程的应用策略框架（以下简称HBIM策略框架）以保护思维作为基础，形成一套适应于建筑遗产保护工程的平台化工作模式，具体内容如图1所示。建筑遗产管理单位建筑遗产经营单位建筑遗产审批单位表单+展示模型BIM+展示模型+表单图纸+BIM模型建筑遗产建设单位方案把控施工质量把控技术把控进度成本成本把控质量把控智慧制定管理工程安全监测设计反馈审查运维质量管理监控建筑遗产勘察团队复合技术采集技术审核建筑测绘汇总信息施工实时监控风险基础数据平台实时反馈图纸化交流材料供应沟通汇总信息人员平台模型交RevitWebGIS管理更改单交流专业应用平台应用Web施工配合清单实时监控Revi平台安全物资管设计管理平台应用修维方案设计团队建筑遗产设计单位施工管理平台BIM模型为建筑遗产施工单位图纸施工进 理平台图纸、模型绘制GIS设计信为成果信息交核心数据平台度管理清单物料应用息管理流为目的Revit管理方案图纸+模型Web平台设计+文本设计信平台设备息交流管理遗产视频图片运维宣传宣传技术图纸+全专业协同配合信息模型+清单图纸+施工采集工序建筑专项鉴定团队工程虚拟实体+图片+视频归档仿真模型施工施工监理建筑文本+图片工法成果展示平台检测设计施工标准模拟遗产数字模型施工评定实体模型工艺修文化挖掘虚拟实体数字评估测绘配合仿真模型模型修方案制定修技术交流修技术设计建筑遗产科研单位图纸复合数字技术拓展文本、图片、视频建筑技术研究团队数字技术应用团队建筑文化研究团队实时施工情况反馈设计变更图1基于HBIM理念的建筑遗产保护工程多团队协同策略框架049张可寒，等：多团队协同背景下的HBIM理念在建筑遗产保护工程应用策略：以鼓浪屿八卦楼为例第3期该框架划分为4个子平台，框架设计统筹梳理了建筑遗产保护工程中的主要参建团队的职责，为各团队在建筑遗产保护工程中的主要工作内容与协同方式提供了参考。各个单位可根据单位性质及分工，在不同的环节为工程提供助力。文中将对4个子平台内容结合八卦楼实践进行介绍。2HBIM理念应用策略子平台框架2.1基础数据平台基础数据平台的成果由基于Web端的数据管理平台和BIM模型组成。主要分为项目计划制定、历史资料收集、勘察测绘信息如图2 所示。地理GIS模型建筑文献资料按构件个体年代区域历史资料自然口述科单位文本形式气候/类别编号修记录图片形式文献并录入历次材料更替Revit勘察模型视频形式历史沿革建筑历史资料影像其他形式历次维修建筑信息建筑遗产价值评估文献编号资料提供文保遗产文本形式地理位置文件档案遗产修复标准定级资料图片形式其他相关单位街道门牌建筑类型历史建筑功能价值评估进行参考艺术初建时间科学修绣记录文化修维单位辅助进行科学的分析遗产活化搭建插建资料提供文本形式综合分析利用方案产权遗产旅游信息建设单位建筑其他资料技术支持遗产经济进产分析收集十综合平台进产产权监管无人机倾斜摄影模型拼接与处理导出通用格式：环境分析通用三维模型建筑环境勘察信息采集3mx/obj辅助配合Scanto BIM卫星地图环境信息统计表基于层Revit平台模型处理LiDAR三维点云点云拼接基于构件设单位清理后点云导出通切分尺寸度量信息采集点云筛选用格式：pts/rcp等基于专业Revit平台点云清理遗产建筑CAD平台可变族建模建筑基本信息人工辅助测绘补充点云无法现状模型建筑本体勘察辅助表达非可变族建模敲击/目视/开洞测量的细节通过实测，实时反应在设备、结构专业勘测建筑遗产现建筑残损信息建筑残损建筑材料BIM模型上破损尺寸状勘察文本建筑构件残损情况建筑空间模型方式/图纸标注残损原因图片记录缺失数量图纸记录建设单位结构检测类型统计校对视频记录专项鉴定单位专项鉴定设备统计照片视频审核统计表格设备检测专项报告专项文本石、钢、木材病害虫害各类专项分析有毒物质利用各专业主要配合团队消防鉴定硬件及软件排水、潮气HBIM信息成果保温、隔热重要环节图2历史资料收集及勘察测绘应用策略分框架2.1.1历史资料收集HBIM应用策略历史资料可分为区域历史资料与建筑历史资料两个部分。八卦楼工程实践中，前者包含环境资料，如地理、气候等，借助GIS与BIM技术形成HBIM环境模型；后者包含历史资料，如建筑历史修记录与测绘图纸、空间叙事、材料建构、地域元素等，以文本、图片、视频等方式加入Web平台中。同时，历史资料被以构件为单位录人BIM勘察测绘模型中，包括文献编号、地理位置、修记录等，形成了八卦楼信息库。建设单位与科研单位配合对建筑遗产的价值评估并制定任务书及活化利用制定初步方案。2.1.2建筑勘察测绘HBIM应用策略勘察测绘策略分为环境勘察和建筑勘察两部分。HBIM勘察测绘通常被称为ScantoBIM方法。在八卦楼环境采集部分，首先利用无人机倾斜摄影或高空遥感，提取建筑遗产周边环境的照片模型信息等。经过拼接与处理后，转换为较为通用三维格式，作为环境模型并人Web平台及BIM模型当中。建筑测绘部分，首先利用激光扫描仪在八卦楼中采集点云模型，随后进行拼接、筛选及清理，得到点云模型并输人BIM模型，作为建模的依据；另一方面采用全景照片拍摄工具获取八卦楼的全景照片，作为资料补充三维建模方面，参考美国建筑师协会（AIA）的规定，建筑遗产保护工程的BIM模型需要表达模型的数量、大小、形状、位置、方向及部分加工制作的信息。但建筑遗产多种信息超越了LoD所指定的原则。在八卦楼实践中，勘察测绘模型以点云模型为参照，通用建筑构件建立可变族与自适应组，如窗、柱等；非通用的以常规族或构件进行建模，如墙、楼板等，同时通过注释和标签加人了八卦楼项目资料、修等相关内容，以项目参数、族参数等方式并人族与构件的信息库当中，以便于后续查:050第37 卷理报程学管找与调用。另外，测绘细节仍需通过AutoCAD平台补充测绘信息。建筑进行残损信息与专项鉴定也是不可或缺的内容。在Revit等BIM软件中可以作为构件参数进行记录的残损信息，将此类信息以文字、绘制模型线等方式记录在构件模型中。在BIM软件当中无法链接的内容，如残损的图片信息等，以构件为单位链接进模型和Web平台，实现文献与勘察测绘信息的关联。基础数据平台的关键输出成果为现状勘察文本、BIM模型及建筑遗产信息数据库。2.2设计管理平台设计管理平台以BIM模型的全专业协同体系为基础，以BIM勘察模型为起点，结合Web平台进行设计管理和交流，强调精细化与可视化。如图3所示。细部：自适应族地面墙体装饰构造编号名称参数化模型材料面层基层模型表达天花拆除增补键筑部位屋面模数构件修结工艺图纸表达专业间协同大样详图模型碰撞层门窗细部搭接尺寸数量配合说明室内楼梯电梯空间图纸更改Revit设计模型修类别拆除类别BIM技术服务单位大修补配类别倾斜模型表达修数量拆除数量基于BIM的设计项目管理与交流平台补配数量梁柱墙扭转基于BIM的全专业信息协同体系图纸表达修材料拆除材料补配材料基础裂缝Revit图纸集合分析报告修尺寸拆除尺寸补配尺寸楼板变形补配大样详图修结标准拆除标准补配标准屋面缺损抗震说明成套图纸项目算量（各版本统计区分）工程估算工程概算Revit设计工程预算设备老损消防栓既有系统立面清管喷淋模型表达模型：中合同评审Revit图纸表达给排水用水分析心模型/各排水修补设计输入评审勘察分析报告专业链接返潮防治设计评审工艺做法评审模型大样详图模型构造设计各专项评审说明记录新增系统指标功能、经济评审添加进Revit视图中设备老损防排烟系统阶段性成果：既有系统通风分析空调系统模型表达CAD图纸施工设计模型空调整治新风系统图纸表达辅助表达施工设计文件重大修改记录经营年位排风系统分析报告项目管理：日常设计风机盘管说明文本、表单活动管理新增系统质量活动记录表单设备老损既有系统强电模型表达往来文件管理立面清线弱电意见以表单形式用电分析图纸表达市政电气汇总在平台分析报告智能化现状反馈（照片、说明常规交流视频新增系统设计协同配合主要配合团队HBIM信息成果重要环节图3设计管理平台HBIM理念应用策略框架2.2.1各专业BIM技术应用策略建筑专业集中在对建筑局部进行修与修复。BIM模型的优势之一是可变族具有较高的通用性，利用勘察模型中建立好的构件族库，修复表达可以通过修改已有构件族的参数或进行局部重建。借助传统的CAD工具进行细部大样的绘制并链接至Revit中，可以准确表达复杂的图纸内容。BIM技术在遗产结构保护应用，一是以BIM结构模型作为基础，将遗产BIM结构模型以IFC格式导人进Rhino等其他软件中，借助EvoluteTool、MidasGTSNX等软件进行抗震、形变分析，输出分析信息2 8 ；二是将BIM二维图纸作为建筑提资，通过传统的PKPM等软件对结构进行分析，最后输出被审查机构承认的计算书2 9。在设计阶段，基于点云建立的结构模型也可以为建筑修正、加固、补配等措施提供支持。尽管如此，BIM技术在结构设计领域仍较不成熟，存在结构模型计算依赖特定软件、BIM接口不完善、BIM软件输出的结果不被审查机构承认等问题2 9建筑遗产保护工程中，设备专业常应对的是既有建筑的设备老损问题。首先，基于BIM模型的碰撞检查可以有效保证设备布局的合理性。细部应用上，借助于BIM模型可以用三维可视化的方式明确标出渗水漏水区域面积并进行统计。同时，利用BIM软件建立消防模型与图纸，可以保障设备的消防设计。竣工后的监测系统则与电气设计息息相关，可以根据运维方案进行系统布置。2.2.2基于BIM模型的Web设计管理平台应用策略八卦楼项目搭建了基于BIM模型的设计管理与交流Web端平台。在平台中，以构件为单位，保留关键信息，如修的参数、尺寸等，进行轻量化模型设计并开放给各团队在线浏览，形成一体化交流。Web平台包含工程进度模块、协同交流模块及数据库。项目的各项日常评审与交流均可进行统一管理并保证设计资料的实时性、准确性与高效性。数据库包含BIM模型及其他无法链接至BIM模型051张可寒，等：多团队协同背景下的HBIM理念在建筑产保护工程应用策略：以鼓浪屿八卦楼为例第3期的信息资料。如今基于BIM模型的审查无法做到单一BIM模型送审，BIM软件的图纸输出系统无法全部满足各专业出图要求，所以将BIM平台中的主要内容与传统AutoCAD出图等方式相结合，形成完整的送审文件。递交送审后，在设计管理平台设置专门的模块对送审进度、建设手续办理等进度实时更新，方便各参见单位了解审查意见、修改方式和工程整体进度。2.3施工管理平台施工管理平台以提升管理和交流效率为目的。建设单位、监理单位等相关团队可利用Web端管理平台结合BIM模型对施工进程进行管理（见图4）。工程进度表竞标产品信息：超设单位价格品牌图片及视频施工准备产品测试记录施工合同阶段产品合格文件明细表单表单与清单监管：基于协同平台概算预算比较文件/视频专业图纸图纸配合三维模型动态图片/现场交底Revit模型模拟工程模拟施工单位结构稳定性进产状态照片记录施工效果质量把控实时反整治与施工日志视频记录馈平台提升辅助配合施工监督表单记录施工施工质量过程设计变更实时模型PC端指挥部设计单位阶段更新工艺管理评估WEB瑞监理实时图纸更新手机端班组物料损耗物料/设备邀产损耗应急修补物资存放结合照片，视频、反馈至平台危险源记录主要配合团队安全监管结合照片、视频、HBIM信息成果反馈至平台人员管理图4施工管理平台HBIM理念应用策略框架在八卦楼实践中，项目组建立了施工管理功能，包括施工准备板块、综合管理板块、合约与资金管理板块及交流板块。包含工程进度计划表、合同明细表和专业交底、进度管理等多种功能。同时建立经济可视化平台，使整个工程的经济管理都能做到归档清晰和实时查询。质量把控方面，项目组设计了现场反馈模块、日程管理模块及统计模块。借助这些模块，施工单位可以做到监管、施工、算量一体化管理。交流方面，现场可使用手机端对现状、施工问题等进行拍照、录像，结合BIM三维模型反馈到Web平台，实现监管单位对施工现场的高效把控。2.4成果展示平台建筑遗产保护工程的运维及成果展示将直接影响建筑遗产的保护质量与文化价值传播，是数据的拓展利用（见图5）。庄惟敏等30 提出的建筑“前策划、后评估”的思想，包括了对建筑遗产的状态监控与使用价值拓展，对于策划评估的数据分析具有重要意义。基础数据平台设计管理平台工程归档施工管理平台建设单位其他内容遗产温度性能化指标湿度盘产经营模型展示监测运维平台光照数据展示遗产预警人员及出入管理展品管理信息登记配合虚拟仿真项目数字进产手机APPWEB网站科研单位VR/AR展示平台展陈BIM模型提供基础空间更新资料实体模型主要配合团队HBIM信息成果文创拓展工艺品玩具图5成果展示平台HBIM理念应用策略框架及数字拓展应用实践八卦楼实践中，项目组设计了八卦楼一系列的监测方案，包括温湿度、光照、安全监控等，利用云端及物联网技术，保证其合理运营。团队同时利用八卦楼BIM模型及历史资料，对其进行了全方位的价值拓展，分别在遗产价值阐释、遗产市场拓展和遗产科学研究等进行了拓展。建筑遗产的数字信息有着巨大的潜力，结合其他的数字技术，可以有效拓展建筑遗产的社会影响力，借助社会的力量最后反哺于建筑遗产的保护。3结语本文通过梳理HBIM理念应用模式，结合八卦楼保护工程实践，设计了多团队背景下的HBIM应用策略框架，意图实现建筑遗产信息的精确性、数据的集成性、成果的直观性、沟通的高效性。HBIM理念应用于建筑遗产保护工程仍然处于探索阶段。一是对建筑遗产的资料进行甄选是一项重要的工作，这需要各方通力合作才能在数据量可控的条件下让其他参建团队查阅；二是从点云模型到BIM模型的转化仍然采用的是效率较低的人工建模方式，应向自动化转型；三是BIM技术在建筑遗产保护工程施工上应用较少。加强施工管理平台等内容的探索有利于开发HBIM在施工及运维探索潜力；四是对于HBIM技术与其他技术如GIS、深度学习、绿色建筑等领域的拓展仍然有待新的开发，也将为建筑遗产带来机遇参考文献：1】常青历史建筑保护工程学M上海：同济大学出版社，2 0 14.2魏闽历史建筑保护和修复的全过程M南京：东南大学出版社，2 0 11.052:理报学程第3 7 卷管3车志远，凌亦欣，王绍森。厦门近现代历史建筑保护观念的变迁及思考.建筑与文化，2 0 16，143（2)：16 8-16 9.4吴峰历史建筑保护修缮工程中的动态过程设计：以青年会宾馆修工程为例J.住宅科技，2 0 11，31（9）：43-46.5 Charlton J,Kelly K,Greenwood D,et 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