“BIM+VR”技术在园林建筑保护中的应用

薛文峰 林瑶 蔡佳文

摘 要：随着国家对环境保护等要求的提高，装配式建筑成为建筑行业发展的趋势，而BIM技术和VR技术的普及和应用又使得现代园林建筑和传统园林建筑保护出现了新的可能。文章介绍了BIM技术和VR技术，从装配式园林建筑保护、传统园林建筑保护、建筑施工难题的解决、园林现代化空间拓展以及运维管理方式变革等角度对“BIM+VR”模式在园林建筑保护中的创新应用进行了探讨。

关键词：建筑信息模型;虚拟现实;园林;建筑保护

基金项目：本文系江苏省大学生创新创业训练项目（201911462012Y）研究成果。

2015年《建筑产业现代化发展纲要》指出，到2020年我国装配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年装配式建筑占新建筑的比例50%以上。这其中也包括了园林建筑，装配式建筑至此迎来了黄金发展期。《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》明确提出要鼓励建筑行业使用BIM技术等，增强建筑业信息化发展能力，促进建筑业与信息技术产业的加速融合。在技术的不断迭代和革新下，我国在建筑领域结合BIM技术进行建筑设计，结合VR技术邀请用户远程参观成为一种新趋势。同时，这两种技术也给更有效地保护园林建筑创造了条件和基础，如果园林建筑是装配式建筑，那么园林建筑不仅可以根据图纸在其他地区复现，对于园林建筑也可以采取拆卸的方式转移，建筑如果单个构件损坏，也可以根据图纸重新定制构件从而进行复原。未来的园林建筑，只要是装配式建筑，基本都可以用这种方式复原，但现代园林建筑大多数都不是装配式建筑，那么又该如何进行保护呢？

一、BIM与VR技术的概念释义

BIM（Building Information Modeling）的本意就是建筑信息模型，BIM技术区别于过去的平面式设计，以信息技术为手段结合3D数字信息仿真模拟技术，直接对建筑的三维模型进行设计。设计完成的建筑模型可以在BIM平台上进行包括受力分析、材料用量计算、抗震分析等一系列操作，以保证建筑设计方案的可行性和安全性。同时，BIM技术也可以用于分解建筑构造部位，这使得建筑修复可以通过BIM技术进行模拟和设计，极大地提高建筑修复和保护的成功率。

VR（Virtual Reality，简称VR）指的是虚拟现实技术，VR技术同样是通过计算机虚拟仿真系统创建一个虚拟的目标物，该目标物模型构成可以通过三维扫描技术实现，也可以结合虚拟仿真设计实现。通过VR技术可以让人足不出户就能够游览各种景观，这使得很多园林景观都可以以VR的方式展现给世人。如“V故宫”项目下“紫禁城·天子的宫殿”已经有七部作品，《御花园》VR项目就对故宫御花园进行了还原，其中不仅有史料中记载的御花园的植物还有各种动物、假山和建筑，该项目还对已经消失的御花园景观“海棠绛雪”进行了还原，可以说虽然现在的御花园不复当年盛景，但在VR世界得到了完美的保护和复原。

二、BIM与VR技术的关系

BIM技术构建的建筑模型虽然有较为丰富的信息数据，但BIM技术下的模型建筑与实际建筑还是有区别的，最大差别就是BIM无法为用户提供一个沉浸式的环境，这对于建筑设计当然并不重要，但对于消费者虚拟游览体验却十分重要。而VR技术则相反，其虽然能够提供较为真实的全景环境，但背后的模型数据并不包括建筑生命周期的信息数据，也就无法真正为建筑保护和还原提供更多帮助。另外，VR技术还可以通过人为设计一个虚拟的3D场景，这种场景是否可以在现实中复现是存在疑问的。因此，将BIM技术和VR技術结合，使VR场景更加合理，甚至能够通过“BIM+VR”技术复现建筑的构造，是园林建筑中亟需的一种技术。

三、“BIM+VR”技术对接模式探究

“BIM+VR”技术对接模式无非两种，一种是先设计好建筑模型，通过受力分析、结构分析等论证建筑在现实中的可行性，然后通过将其3D模型导入到VR场景中进行还原和渲染修饰，通过这种方式还原建筑和景观。这种方式适用于装配式园林建筑，工程完工后的效果和VR技术下还原的效果可以达到非常高的相似度。但由于装配式建筑成本较高，在我国还处于探索发展阶段，装配式园林暂时还属于小众，虽然这种技术下园林建筑保护的实现更加容易，但并不适用于现在已有的园林建筑。

另外一种对接模式就是先通过三维扫描等技术尽可能收集园林建筑的数据，在通过VR技术复原原场景的同时，部署测量团队对实地进行测绘工作，然后结合BIM技术绘制3D技术模型图，再将3D技术模型与VR复原的场景结合，最终将其还原成有具体尺寸信息和图像信息的BIM模型。我国已有多地利用这种方式展开工作，如扬州市规划局、园林局与扬州大学建筑科学与工程学院合作，成功绘制出扬州市区文公祠、史公祠、耶稣圣心堂三处百年古建筑的3D数字模型图。这样还原出的3D数字模型将使得这些建筑可以在其他场合同比例复现，或者使游客可以通过VR技术游览这些场所。

四、“BIM+VR”模式在园林建筑保护中的创新应用

（一）装配式园林建筑保护

现代装配式建筑大都结合BIM技术完成建筑的模型设计和论证，其建筑效果也完全可以通过VR技术实现还原。现代园林建筑如果使用装配式建筑工艺，其建筑将在很大程度上可以在其他地方复现，即使出现部分损坏，只要不是建筑整体结构出现问题也可以通过对构件的替换实现建筑修复。可以说，装配式园林建筑在设计完成后只要图纸信息保留完好，就可以在很长一段时间内实现对其的保护。另外，装配式建筑的建筑垃圾少，墙体可反复拆卸，建造速度快，这使得装配式园林建筑可以通过短时间内快速拆卸实现对建筑材料的保护。在复原过程中，可以结合VR技术对建筑内部装修装饰进行重新复原，以尽可能还原建筑的原景。

（二）传统园林建筑保护

传统园林建筑的图纸大多已经丢失，对于这些园林的保护除了日常性的维护修缮工作外，还应结合VR技术和BIM技术通过三维扫描和测绘获得建筑的数据信息。然后通过VR技术和BIM技术还原建筑的建造图纸，将图纸通过VR技术在虚拟场景中复现。如果现实中传统园林建筑出现损毁则可以结合VR场景和BIM模型对建筑进行复原。需要注意的是，传统园林建筑保护中有很多是难以复原的，如建筑使用的特殊漆料、木材、石料等，这些东西中有很多即使复原也难以保有原有的年代感。

传统园林建筑保护还有一种方式就是尽可能降低人与园林建筑接触的可能，如何保证园林开放的同时又减少游客与园林的互动呢？VR技术提供了很好的技术依托。可以将江苏所有的园林景观都以VR的形式整理在一起，建立数字VR园林馆，让有意愿游览江苏园林的游客戴上VR眼镜通过VR园林馆游览江苏各个园林景观。这种方式不仅可以提供游客游览效率，也可以为各个园林景区提供足够的保护，甚至如果某个园林因为自然灾害而损毁时也可以通过VR园林馆留存的数据对其进行复现。重建园林建筑是园林建筑保护中常用的手段，如历史上多次毁坏的滕王阁就经历过多次重建，而这样的重建案例在中国园林景观中比比皆是。

（三）解决建筑施工难题

在保护性修复过程中，很多时候只有一次施工机会，不仅施工时间有限，施工质量和安全等都需要得到保证。如某园林建筑墙壁出现较大面积损坏，需要对其进行加固和修复，这时就可以使用“BIM+VR”技术对各种可能的修复施工方案进行试验，通过虚拟试验减少修复施工出现意外的概率。同时，结合BIM技术也可以对建筑的承重结构等进行受力分析，以找出对房屋进行合理加固的方案。由于施工只有一次机会，施工也可以结合VR技术开展试验，将模拟的施工进度、工程量、建筑信息变化等记录下来，作为实际施工对比的依据。当实际施工进度与模拟施工进度出现较大差异时应总结差异的原因，避免激进施工对建筑造成无可挽回的损害。对于建筑细节的还原，VR技术也有很大的应用空间。VR技术往往会与三维扫描技术结合在一起，建筑的各种图像细节在VR中都会得到十分清晰的展现和还原，在这一背景下，VR技术能够给建筑细节复原提供很大的参考，使建筑的神韵尽可能地还原。

（四）拓展园林的现代化空间

传统园林建筑需要增加防水、防火、防盗等设计，还需要进行一定程度的电气化改造，这些在过去都比较难以实现。但在“BIM+VR”技术的帮助下，可以通过多次试验找出不影响园林景观的布线路线，在合适的地方设置摄像头、报警器等设施，设置可以在不影响建筑主体的情况下给建筑加装现代化设施，拓展园林的现代化空间。园林建筑的建筑形象和光影效果都可以在“BIM+VR”技术的帮助下得到测试，从而合理地进行灯光布局等。检修维修人员可以结合“BIM+VR”技术对现实场景进行对比，以发现建筑结构、内部管道、水电等设施可能存在的问题。拓展园林的现代化空间不仅可以吸引更多的游客，还可以给建筑增加更多的预警监控设施，使建筑受到人为破坏的概率极大地降低。

（五）运维管理模式的变革

“BIM+VR”模式下，园林建筑运用管理模式也会发生变革，人员信息可以在“BIM+VR”环境下进行实时标注，从而实现对园林人流走向的监控。同时将“BIM+VR”环境下的监控措施与园林各个游客引导点连接起来，使得园林监控管理信息可以在第一时间下达到对应的管理点。如果园林出现火灾等灾情，消防人员也可以通过“BIM+VR”环境尽快选择合理的抢险救灾方案。在园林运维方面，也可以在门票上印刷有时间限制的园林VR景区二维码，让游客在一定时间内可以通过手机、电脑等方式远程访问虚拟园林景区，以突出景区特色。运维方式的改变使得园林也将得到更多拓展的可能，如邀请游客设计自己心中的园林等，让游客可以通过虚拟平台提交园林改造方案，使得园林变得更加开放，也更加多元。

五、结语

BIM技术在建筑领域的应用越来越普及，VR技术也给建筑保护和还原提供了极大的便利，以装配式建筑为方向的建筑设计更是使得未来的建筑只要保留BIM信息就可以在其他地方进行还原。与此同时，结合BIM技术和VR技术的传统建筑保护方案也越来越丰富，保护方案通过VR技术可以得到多次验证机会，极大地提高了建筑保护性施工成功的概率。同时BIM技術与VR技术也提高了园林景区的现代化空间，促使园林景区的运维方式发生变革。但需要注意的是，“BIM+VR”技术还不成熟，BIM与VR技术的融合无论是在硬件上还是在内容上与交互功能体验上都尚需完善，基于“BIM+VR”技术的园林建筑保护在未来是否有更多的变化还有待观察。

作者简介：

薛文峰，扬州市职业大学副教授。研究方向：艺术设计。

林瑶，扬州市职业大学学生。研究方向：环境艺术设计。

蔡佳文，扬州市职业大学学生。研究方向：环境艺术设计。