商文俊，施晨欢，朱洪波

(华建集团华建数创(上海)科技有限公司)

1 石库门建筑数字化保护的价值

石库门是一种融汇西方文化和中国传统居民特色的新型建筑，是上海最具代表性的居民建筑形式，近年来对石库门建筑的改造和开发不断升温。石库门里弄住宅有着江南传统二层楼的三合院或四合院的形式，但总体上采用欧洲的联排式布局，外墙细部有西洋建筑的雕花图案，门上的三角形或圆弧形门头装饰也多为西式图案。石库门是特定历史的产物，有些石库门的空间结构也不适合现代人的居住观念，但同时石库门又是充满一种怀旧风情的老房子，是上海独有的建筑艺术。

通过运用数字化技术和手段，保留和记录石库门这一海派文化的历史遗产，使之成为一种文化符号。同时在工程领域，从看护、设计、施工到运维，建立石库门数字化平台，有利于技术人员和管理者更加便捷、有效的为石库门建筑群改造和管理提升质量和品质，实现线上线下一体化、数字化、孪生化全生命周期控制和管理。

2 关键技术运用

2.1 三维激光点云扫描

由于石库门建筑大都没有原始的CAD图纸，通过传统的测绘手段很难有效的获取建筑物内部的立体结构。采用三维激光点云扫描的方式对石库门建筑进行点云数据采集，还原石库门建筑三维表面的真实空间坐标数据，具备高还原性，通过三维激光扫描仪获取点云数据比单点测量的传统方法更高效便捷。

图1 逆向建模流程图

利用扫描获取的点云数据，再描绘生成二维CAD平面图纸。最后使用Revit软件设计建立三维BIM模型，实现逆向建模(见图1)。

2.2 倾斜摄影

对石库门建筑群所在及周边的三维地理环境，通过倾斜摄影技术联合空中三角测量，构建TIN模型。经过密集匹配获得的高密度点云数据量很大，需要进行切割分块。可根据计算机性能以及设置的优先级别对切块的点云数据进行不规则三角网构建。

再利用自动纹理映射，即将整个建模区域分割成若干个一定大小的子区域(瓦片)，基于集群处理系统的并行处理机制将每个瓦片打包建立成为一个任务自动分配给各计算节点进行模型与纹理影像的配准和纹理贴附，同时为带纹理的模型建立多细节、多层次的LOD，便于优化相应的文件组织结构，提高模型分层次浏览的效率，从而生成最终的三维场景(见图2)。

2.3 BIM与GIS融合

BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型, 通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。同时具有协调性、可视化、模拟性等特点，对历史保护建筑可以起到全生命周期管理及数字化保护。

GIS(Geographic Information System), GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。与BIM不同，GIS主要应用于大体量、大场景应用中，具有空间查询、分析及统计功能。三维GIS技术使得建筑物和地形环境的空间结构与相互关系得到充分展示。

BIM模型注重于建筑物本体和内部，而GIS模型注重于建筑物外部场景的复现，只有把两者融合贯通才能更好的模拟展现大场景、大体量的建筑群模型，实现对历史保护建筑群的数字化模拟及管控。

运用BIM技术建立数字模型，再通过轻量化处理技术转换成浏览器能访问的格式。针对大体量建筑群模型叠加到GIS地图中，运用LOD技术，LOD技术即Levels of Detail的简称，意为多细节层次。海量BIM模型加载采用LOD技术分层加载，分LOD0-LOD4逐步细化:

·LOD0:地域模型

·LOD1:简单表达建筑物体量的楼块模型

·LOD2:增加了房屋的附属结构和屋顶的粗模

·LOD3:增加详细的几何外观和“开口”描述的建筑模型

·LOD4:增加了对室内信息的表达建筑模型

最终通过BIM＋GIS融合技术，将BIM模型和三维GIS地图叠加展现，呈现出整个石库门建筑群的特色场景及周边的地理环境（见图3）。

3 BIM和GIS技术的应用

图2 倾斜摄影三维场景

图3 BIM＋GIS融合效果图

历史建筑是不可再生的宝贵资源，随着城市化进程的加快，修缮和保护历史建筑不仅是历史文化保留和传承的重要途径，更是建筑行业所要肩负的重要责任。通过BIM+GIS技术、云计算、大数据，使历史建筑的原始数据得到完整的采集、存储并模拟。模拟后的BIM现状模型为历史建筑的改造提供了扎实的数据参照，真正的做到了保护性设计；同时又为后期虚拟漫游提供原始素材，保护了数据链的完整性。

BIM与GIS的数据融合一方面使得大量高精度的BIM模型可作为构建GIS模型的一个重要的数据来源;另一方面,使得BIM和GIS的数据融合可以发挥各自优势，搭建虚拟仿真的数字沙盘模型，为管控全生命周期的数字化保护平台奠定扎实根基。

4 结语

基于BIM+GIS技术的石库门数字化保护，提供多数据源融合的平台更丰富真实的展现石库门的多元数据及周边地理环境。同时提升石库门建筑群管控的科学性、综合性和合理性，实现石库门建筑群的动态管理，并对其文化资源保护及社会经济发展发挥起辅助决策作用。同时是保护和修缮历史建筑的重要手段，能够克服历史建筑的结构复杂性和空间多样性，有利于规范历史建筑建档、完善修缮及保护方案设计和实施技术维护。

BIM+GIS的综合应用在历史建筑群数字化保护上将发挥巨大作用，将进一步推动和促进历史建筑保护工作更上台阶，为石库门建筑的保留和传承奠定基石。