浙江大学宁波理工学院土木工程与建筑学院，浙江 宁波 315000

宁波古桥风格独特，每一座古桥都是一部反映古代建筑工匠的建筑技艺的发展史［1］。由于历史、经济等诸多原因，许多古桥都受到了不同程度的破坏。传统测绘多以图纸、文字、表格、图片、影像等电子文件的形式，由于不同类型的数据信息不关联，信息表达易出错、遗漏和矛盾［2］，无法得到精确的尺寸信息，导致古桥修复工作困难，所以维护和管理利用好这些历史文化遗产这些问题亟待解决。BIM 技术与三维扫描技术结合，能更全面地数字化保护古建筑信息［3］。通过三维扫描技术，能够短时间内获得目标对象的三维点云数据［4］，不仅克服了传统单点测量的局限性，还提高了数据采集的效率。和传统的采集模式相比，古建筑信息能够得到更为全面、完善的留存。三维激光扫描技术得到的古桥建筑的点云数据格式与BIM 技术存在成熟接口，实现了数据的高效转换。BIM 技术的应用非常广泛，BIM 是建筑业信息化的产物，BIM 技术在古建筑领域的广泛应用也得益于它强大的三维重建、可视化、参数化等特点。古桥的三维信息在形成的过程中以BIM 为载体，将信息参数化，由于信息查询存在着许许多多的问题，比如传输速度慢，数据量大等，BIM 的应用恰恰解决了这些问题。所以在现在的信息技术条件下，对古桥进行保护，是这个时代下刻不容缓的任务。

1 望春古桥点云数据采集以及点云数据处理

首先利用三维扫描仪（图1 所示）获取的宁波望春古桥建筑三维激光扫描点云数据，针对不同角度扫描图像，进行控制数据点的拼接，多视角点云数据统一化，进步对网格缺陷补充及网格平滑处理，构建古桥建筑模型三角格网；其次，利用构造栅格和拟合曲面生成三维模型，构建望春桥建筑全景精细化数字模型；鉴于望春桥古桥建筑全景模型体量大，面向网络化应用存在传输量大、渲染时间长的问题，需对大体量模型进行点云数据降噪、减面处理；最后，通过古桥全景网格模型切片，将古桥建筑实体与周边实景网格区分，分别进行不同层面的模型轻量化处理，望春桥点云模型如图2 所示。

图1 三维激光扫描仪

图2 望春古桥轻量化点云成果

2 基于BIM 的古桥建筑逆向建模及局部构件参数化

将古桥实体点云数据导入相关BIM 三维软件建模平台，逆向建立古桥建筑三维高精度模型，利用扫描仪软件自带的测量功能，测出各部分的尺寸，为建模做准备，对古桥建筑中梁、柱、等规则的结构构件以及栏杆、扶手、阶梯等规则的构件进行参数化族建模，建立古桥建筑构件“族”模型库，将复杂古桥建筑三维结构的建模转换成基于语义和少量参数数据的自动化建模过程，同时采用实体模型如图3 所示代替复杂的点云模型，达到模型轻量化目的。

图3 望春古桥Revit 实体模型

3 古建筑全生命周期属性信息关联BIM 古桥建筑模型

对文物进行保护，我们需要得到BIM 古桥建筑模型的全生命周期属性信息，比如一些构件的年代、破损的情况和材质等等。然后在虚拟的模型里面尽完善地导入相关的照片、现保存状况报告、相关具体数字数据等有关的资料，形成完整的信息数据系统。这些信息与模型空间位置以及构件尺寸的信息共同存储在同一三维模型中，如图4 所示，打开模型的同时，我们就可以直观地得到模型的空间和属性信息，并且所有信息都是相互关联的，实现了属性信息的同步更新，实现了BIM 对古桥建筑本体信息的全面覆盖。

图4 古桥BIM 模型数字信息管理

4 AR 技术与古桥建筑数字模型结合实现虚拟现实

为了获取古桥建筑外围地理环境信息如周边环境等数字信息，对古桥周围环境进行无人机航拍，并获得航拍数据。将航拍数据导入软件中，让软件进行计算。其原理是通过无人机照片的高度及路面的反射，来判断各个面的距离从而建立模型。画面上的点是经过初步计算，软件中认为的关键点，工作原理与点云文件比较类似，也是用点生成面的方式来创建模型。

古桥建筑外围地理环境信息如周边环境、山川河流等，信息量庞大，无法在BIM 数字实体模型中显示，同时古桥建筑数字BIM 模型对于硬件设备的要求非常高，对于电脑的CPU处理能力，GPU 显现能力还有内存显卡都有非常高的要求，变相提高了设备的成本，不利于展示在公众面前。增强现实（Augmented Reality，简称 AR）它将摄影机的位置、角度和图像相互关联，使虚拟和现实结合，实现互动。可以利用数字摄影测量技术，也可以通过CAD 的模型来了解古桥，古建筑的周边复杂的环境，再加上纹理和渲染，就可以通过虚拟现实的AR反映给大众。

但是AR 实景的三维模型只是一个表面模型，缺少了古桥和古建筑的建筑相关信息，但是BIM 技术可以建立古桥和古建筑的三维模型，通过这个技术可以更完善地记录古桥和古建筑的建筑相关信息，比如构件的尺寸，墙体的材料和种类颜色等。AR 技术可以将实景和虚拟模型结合起来，

真实模拟设计内容与街道、河流等现状周边环境的准确关系，对于BIM 模型可以进一步加工生成漫游动画或效果最终予以在移动端展示。

图5 望春桥实景模型网页查看

5 结论

为了古桥建筑全生命周期的数字化管理，将三维扫描技术、图像处理技术、BIM 软件建模等信息数字化技术运用到了古桥建筑数字化保护，建立宁波望春桥全生命周期信息模型，该三维模型，不仅保留了古建筑的工程结构关系，也使得附属在建筑物上的各种属性信息为古桥和古建筑等文物的修复工作提供了更精确，更完善，更工程化的基础数据，古桥建筑的全景虚拟移动端展示以及虚拟漫游，便于其古桥文化宣传与知名度的提高。