生土建筑遗产信息数据库构建研究

(西南科技大学土木工程与建筑学院 四川 绵阳 621000)

引言

生土建筑指的是:利用未经焙烧的土壤(如粘土、砂土等)或简单加工的原状土作为主体材料，辅以木、石等天然材料营建主体结构的建筑。生土建筑作为我国民间传统营造技术的结晶，它充分体现出我国古代建筑工程有着“土木之功”的称谓，也能表现出中国传统建筑自古以来都是以土、木为主要建筑材料来进行建造。生土建筑也是一种特殊而又古老的建筑形式，一直被人类沿用至今，也一直是人类最主要的传统民居建筑。

一、我国生土建筑的特点

(一)地域差异大，风格迥异

生土民居在我国分布相当广泛，按我国省级区域划分，生土民居建筑遍及于新疆地区、黄土高坡(山西、陕西、河南等)地区、西南(四川、云南、贵州等)地区、青藏高原地区(西藏、青海川西等)、华东(浙江、安徽、福建、台湾等)等地区中的各个省份(图1)。各个地区生土建筑分布较为规律，生土建筑由于地域文化、地理环境、自然条件等差异，衍生出各种形式独特的生土建筑。

图1 我国生土民居分布范围

(二)营建材料生态环保

生土建筑主要是以生土土、木材为主要建筑材料，我国大部分地区会在生土建筑搭建过程中在墙体内部加入小麦壳或者竹片，来加强墙体的抗弯、抗剪性能。相比对于现代砖混结构建筑，生土建筑墙体进行拆除后可以继续用于农业种植，或者用作农作物肥料，也可以进行二次夯筑，达到物尽其用，循环可回收的作用。我国黄土资源分布相当广泛，而其作为传统生土建筑的搭建材料，取材便捷，造价低廉，因此在我国分布范围广，可充分展现我国劳动人民早期与自然和谐共处的传统理念。

(三)结构脆弱，质量较差

生土建筑虽然节能环保、冬暖夏凉，长久以来，被我国广大地区采用，但是其本身为生土的原因，容易受自然条件影响。比如在西南地区，降水较多，气候湿润，由于雨水对生土建筑墙体的冲刷和侵蚀，导致土层脱落严重。而且天气转晴后，太阳对生土的辐射，引发水分蒸发，容易引发墙体开裂，居民的安全得不到保障。在北方地区，风沙较为严重，加之降雨影响，墙体土层也会脱落。部分地区生土建筑墙体根部，容易受昆虫影响，导致墙体基础不稳，容易引发事故，对人民生命和财产造成威胁。

二、生土建筑遗产的保护与传承

基于生土建筑在我国分布的范围之广泛以及其建造特点、营造技艺，可以分析出生土建筑是我国民居建筑和传统建筑历史发展中不可或缺的珍贵遗产。生土建筑目前生存状况不容乐观：近年来，国家开始重视农村房屋安全问题，开始着重发展乡村经济，实施乡村振兴战略，人们逐渐抛弃传统生土民居建筑，竞相模仿“城市化”，破坏了传统生土民居聚落的整体风貌和地域环境，减少了传统生土建筑的分布面积。在我国这样的情况愈演愈烈，如果任由乡村“城市化”扩展下去，那么我国千年来传统生土建筑将消失殆尽，生土建筑建造工匠和他们特有的生土营造技艺的保护和传承将受到极大挑战，其特有的地域特色、民族风格、传统风貌、建筑历史文化在逐渐下降甚至消失。

现阶段，我们急需对传统村落中生土民居建筑进行调查研究，加紧对传统生土建筑进行修缮更新，结合现代信息技术，更新建立一套具备信息化、科学化、系统化的生土建筑保护研究策略。希望最终实现生土建筑遗产的保护和传承。

三、生土建筑遗产信息模型与信息数据库构建策略

近几年来，随着国家有关部门逐步加强对历史建筑遗产的挖掘与剖析，围绕以 BIM 技术为主要的现代信息化技术，通过建立和完善历史建筑组群、历史建筑单体的双向尺度信息管理系统，使得历史建筑信息的保护工作更具科学性，相较于传统手段，BIM 技术对于历史建筑保护领域的优势也得以充分体现。

在此环境下，本文基于在四川省绵阳市部分地区生土民居建筑的基础调研和测绘实践，运用现代信息技术，结合BIM软件特点，通过对生土建筑测绘所得的空间信息进行参数化建模，然后将调查所得的属性信息录入到三维模型中，通过建立信息管理平台，来管理生土建筑三维模型所包含的信息数据，并实现建筑信息的检索功能，最终建成信息数据库。在此基础上，探讨基于BIM的动态管理方式，研究如何将生土建筑后续更新和修缮后的信息数据动态可持续的录入到信息数据库中，从而实现生土建筑的全生命周期管理。

(一)生土民居建筑信息模型搭建

(1)生土建筑信息采集

生土建筑的信息采集工作是构建生土建筑信息模型的数据基础和理论研究依据。通过对BIM技术在建筑领域的运用研究可知，BIM 技术的应用核心是信息，而构建信息模型的基础也是信息。所以，生土建筑信息的采集不仅是构建生土建筑信息模型的基础，而且包含着建筑信息模型后续搭建过程所需要的信息数据支撑。

结合现有技术条件，本文将绵阳市游仙区铁炉村生土建筑的信息采集工作分为前期准备和现场测绘两个基础工作。其中前期准备工作主要通过对生土建筑背景调研和现场状况勘察来制定测绘计划。而现场测绘则分为测绘外业和测绘内业，测绘外业主要以徒手测量记录、数字影像记录作为生土建筑信息采集手段，测绘内业则是对测绘外业采集到的信息进行下一步管理和整合，并通过BIM技术录入到建筑信息模型当中，使建筑信息在信息模型中得以表达。

在前期准备工作具备的条件下，生土建筑测绘共分为3个小组，针对绵阳市游仙区铁炉村的生土民居建筑进行测绘，测绘完成信息主要包括生土建筑的室内外墙体、门窗、屋顶、及装饰构件等形制与尺寸信息。通过对测绘尺寸信息整合，测绘成果主要有生土建筑的平、立、剖和建筑屋顶的二维线画图，以及针对建筑实体与环境所拍摄的照片。本文研究测绘成果较多，主要选取铁炉村王家湾23号生土建筑的测绘成果为展示。

(2)生土建筑信息模型搭建

在系统地完成生土民居建筑遗产信息采集工作之后，就要进入到生土建筑建筑信息模型的搭建过程。由于生土民居建筑建成时间久远，建筑墙体、门窗等构件发生或多或少的形变，造成测绘尺寸数据细微的偏差。这些细小的偏差在测绘精度允许范围内，可以忽略不计。构建建筑信息模型旨在对生土建筑初始形态和其原始设计形式的表达和记录。因此，建筑信息模型的建立是建立生土建筑的“理想模型”。

结合上述信息采集的尺寸数据和BIM软件，首先，根据 Revit 链入二维线画图尺寸数据确立建筑的轴网和标高，借以轴网和标高来分别表达建筑的开间、进深和高度等重要信息，是整个理想模型的基础。然后依据尺寸数据信息，对生土建筑的墙、柱、梁、楼梯、台阶、门窗等建立，模型搭建过程中同步输入构件的属性信息。以墙体为例，单独设定其尺寸、构造做法、材料等属性信息，表达承重墙体和装饰墙体的厚度、材质等信息的不同。

(3)生土建筑测绘成果表达

结合信息技术的发展前景，本文主要对生土建筑的测绘成果进行计算机表达，即使用Autodesk AutoCAD和Revit等获得的二维图纸和建筑信息模型。相对于传统手绘图纸和实物比例模型，计算机二维图纸绘制修改简便，数据使用更为直观，运用BIM软件搭建的建筑信息模型本身就是一个信息索引框架模型，可以完整涵盖整个生土建筑中的构件属性信息，并实时关联，一处修改，整个模型同步进行关联性改变，此外，当需要检索某个建筑构件的属性信息时，通过点击建筑信息模型构件，即可直观查看其属性信息。运用计算机技术对生土建筑进行测绘成果表达，其所涵盖的信息类型和信息量并无明显增加。但基于计算机技术对测绘成果进行复制和分解等方面具有较大的便利，其信息容纳量大，在计算机技术基础上可快速实现各专题研究。

(二)生土建筑遗产信息数据库

生土建筑遗产信息库的构建主要有信息平台和信息检索技术两部分。生土建筑遗产信息库包含外部信息库和内部数据库。外部数据库指的是民众通过互联网浏览进行访问和检索自己想得到的信息，而内部数据库则指的是由政府相关的遗产保护部门、参与保护和再利用项目的各参与方对建筑遗产信息的管理、修改、调用等。内外信息库，其基础构建模式均是用户与服务器模式，即信息需求者通过使用互联网技术访问遗产数据库信息服务器，实现其访问和检索目的。

目前构建信息共享平台的最为成熟的体系结构是网状的信息处理系统，它是一种复合体系，通过信息服务中心赋予各信息使用节点对数据信息库的信息修改和调用权限。此外，当用户检索所需信息而访问服务器时，这里就运用到信息检索技术。信息检索(Information Retrieval)是指用户对所需信息进行查询和获取的技术，是普通用户进行信息检索的主要方式。信息检索分为狭义和广义信息检索狭义，狭义的信息检索就是我们常说的信息查询或者信息查找(Information Search)。即用户根据需要，运用互联网检索工具，从信息集合中找出所需要获得信息的检索过程。广义的信息检索即信息的存储和检索，就是将信息通过一定的方式存储起来，在依照用户特定的信息需要精准的把相关信息检索出来的过程。

(三)结论

在生土建筑遗产领域运用BIM技术使得生土建筑遗产信息化建设带到了新阶段。信息模型将隐含的生土建筑遗产信息(包括历史文化、人文艺术信息)可视化，实现信息的数据化存储和保护，保证了信息准确性。利用BIM技术可以实现生土建筑全生命周期管理。在理论研究和实践研究方面，利用形式多样的成果表达，为生土建筑遗产保护研究带来大量的信息基础保障。BIM技术运用在生土建筑信息管理将会推动生土建筑遗产的合理保护和开发，也推进了生土建筑遗产信息管理的信息化建设。