基于BIM 技术的泉州洛阳桥古建筑数字化保护研究

一、引言

古建筑作为历史文化关键载体，承载人类文明发展记忆，拥有难以估量的历史、艺术以及科学价值。然而，因自然侵蚀与人为破坏双重因素，传统方式于珍贵建筑遗产传承和保护上，已无法高效施行。一些古建筑，或呈现不同程度损坏，或匮乏历史资源资料，遭毁坏后全然复原颇具难度。维修、保护以及管理利用这些历史文化遗产之方式，已成为亟待解决之课题。

作为中国古代桥梁建造之卓越典范，泉州洛阳桥，不仅表征着泉州区域的历史文化，更是世界海洋贸易中枢运输网络里不可或缺的遗产构成部分。洛阳桥因时间迁延与环境变迁，面临着结构老化、风化侵蚀等众多保护难题，正遭遇困境。传统保护途径在应对此类复杂状况时，渐露局限之处，数字化技术的崛起，就为古建筑保护带来了新的契机。它以强大的信息整合、三维可视化及协同作业能力见长的 BIM 技术，于现代建筑范畴获广泛运用，近年来在古建筑保护方面亦彰显出巨大潜能。

二、泉州洛阳桥的特征及保护意义

（一）洛阳桥的历史与文化特征

始建于北宋年间，由蔡襄主持修建的泉州洛阳桥，地处。此桥乃世界现存最早且最长的跨海石桥之一，其建造历经六年八个月，融合宋代工程技术、艺术审美与生态智慧于一身，被尊为“中国古代四大名桥”之首。桥体留存 45 座船形桥墩、300 余块石梁，桥两侧的石塔、将军像以及蔡襄所撰《万安桥记》碑刻，共同构建成完整的历史文化景观。在 2021 年，伴随泉州申遗成功，洛阳桥被载入《世界文化遗产名录》，成为古代海洋文明展示的重要载体。

在工程技术领域，创新之处体现在筏形基础的运用。具体而言，于江底沿着桥的中线，工匠进行抛石筑堤作业，由此形成的矮石堤，宽度达 25 米，长度超 500 米，此堤作为桥墩基础，堪称开创跨海桥梁基础的先河。而“以柔克刚”这一设计，凭借分散水流冲击力的方式，对洛阳江河床淤泥质土承载力低这一难题予以有效应对。关于桥体稳固，种蛎固基法被采用，即于石堤缝隙间养殖牡蛎，借助牡蛎分泌的生物胶结物，将石块黏合为一个整体，从而形成天然的“生物混凝土”。这一生态工程技术，在解决基础稳固问题的同时，对海洋生物多样性也产生了积极影响。至于建造环节，浮运架梁技术得以运用，借由潮汐涨落所产生的浮力，重达七八吨的石梁通过木排浮运至桥墩位置，实现大跨度石梁的精准架设，体现了宋代桥梁工程的高超水平[1]。

桥身由数万块花岗岩砌筑，结构稳固，桥上设有石栏杆、石狮等装饰，兼具实用性与艺术性。作为“中国古代四大名桥”之一，洛阳桥不仅是交通要道，更是泉州历史文化的重要载体，承载着丰富的历史记忆与文化内涵。

（二）保护意义与旅游发展背景

近年来，随着“泉州：宋元中国的世界海洋商贸中心”成功列入世界文化遗产名录，泉州旅游业迎来爆发式增长。2022 年至 2023 年期间，泉州接待游客量展现出年均超 30% 的增长幅度。泉州作为“海上丝绸之路”的起始之地，洛阳桥作为泉州文化标识，大量游客被吸引而来，此桥成为泉州文旅融合进程中的重要资源构成。游客量的急剧增多，致使洛阳桥的保护压力日趋显著。历经千年岁月洗礼的古桥，面临着结构老化、环境侵蚀之类的问题，科学保护以及数字化传承对其而言极为迫切。其保护事宜，并非仅关联文化遗产的持续存续，对于地方经济以及文化认同同样具备深远意义。

三、BIM 技术在洛阳桥保护中的优势

BIM 技术作为建筑信息模型的核心工具，以其可视化、参数化、协同性与全生命周期管理等特点，通过数字化手段整合建筑全生命周期信息，为古建筑保护提供了新路径 [2]。其优势主要体现在以下方面：

（一）数据集成与信息管理

数字孪生模型，借助 BIM 技术，依据建筑物信息，对几何数据、属性数据及历史信息等加以集成从而构建。多维度信息，诸如建筑、结构、材料以及历史文献等，经该技术整合后，构建统一数字化平台，以达成信息的高效共享与动态更新。例如，通过三维激光扫描[3]、无人机摄影 [4] 等技术获取洛阳桥的高精度数据，可建立完整的数字模型，为保护决策提供科学依据。

（二）可视化与分析能力

古建筑的结构、历史变迁以及修复方案，可借由 BIM 可视化功能予以直观呈现。此功能对专家开展结构分析、材料评估以及修复规划工作有所助力。就结构分析、损伤模拟与修复方案预演而言，借助信息模型能够提升修复工作的科学性与安全性。BIM 还可与物联网传感器网络相融合，对桥体变形、环境温湿度以及潮汐数据予以实时监测，借由信息模型的动态更新与预警机制，达成预防性养护目的。

（三）协同与可持续性

BIM 支持多专业、多部门协同工作，实现数据统一管理与动态更新。同时，其数据可长期保存，支持历史记录、维护记录的数字化管理，为古建筑的可持续保护提供支持。结合VR^{5} 、3D 打印等技术 [6]，实现古桥文化的沉浸式体验与可视化传播。还可结合有限元分析（FEA），模拟洛阳桥在潮汐荷载、温度变化及风荷载下的应力分布，识别潜在结构风险（如石梁裂缝、桥墩沉降等），为修缮提供量化依据。

四、基于BIM 技术的数字化保护实现途径

基于BIM 技术的数字化保护路径可具体分为以下环节

（一）数据采集与建模

1. 三维激光扫描：使用高精度地面激光扫描仪获取桥体点云数据，精度可达毫米级，全面记录桥体几何形态与细微损伤。

2. 无人机航空摄影：针对桥梁顶部、桥底等人工难以到达的区域，以及洛阳桥周边的整体环境（河道、滩涂、两岸古迹等），采用无人机搭载高清相机进行倾斜摄影测量。通过处理大量的航拍照片，可以生成大范围、高精度的三维实景模型和点云数据，作为地面扫描数据的有效补充，实现对洛阳桥及其赋存环境的“无死角”数据覆盖。

3. 其他辅助数据：对于洛阳桥相关的历史文献、古代舆图、工程图纸、历史照片、考古勘察报告、历次维修记录及诗词文赋等辅助数据需全面搜集。同时，可对桥体石材进行取样分析，获取其物理力学性能参数。这些历史、人文和材料信息，将作为非几何数据，最终整合到BIM 模型中。

（二）模型构建与分析

借助 BIM 软件，对采集数据予以导入，从而构建出三维模型，此模型涵盖结构、材料以及历史方面的信息。桥体结构稳定性、材料老化状况以及修复需求，借助该模型加以分析，为保护决策提供相应依据。

1. 关于点云数据的处理及融合工作：对经由地面激光扫描以及无人机航测所获致的多源点云数据，开展坐标的统一化、拼接操作、去噪处理以及精简化等事务，以此生成一个兼具完整性与精确性的洛阳桥整体点云模型。

2. 关于参数化 BIM 建模领域，涉及以经处理的点云数据作为起始依据，在诸如 Revit 这类 BIM 软件内展开参数化建模操作。此操作流程绝非单纯的几何体描摹行为，实则需将桥梁依据其结构逻辑予以拆解，使之成为独立构件，这些构件包括但不限于桥墩、墩基、桥板、栏板、望柱以及石狮等。针对洛阳桥所特有的构件，诸如月光菩萨塔以及形态各异的石狮等，需要创建专属的 BIM 族库。每一个构件皆为富含丰富信息的 “智能对象”，在其中，其尺寸、位置、材质等属性皆可通过参数化方式加以驱动。

（三）数据库创建与可视化应用

建立古建筑信息数据库，整合测绘数据、历史文献、修复记录等信息，支持动态监测与维护管理。结合VR 技术，实现古桥的虚拟展示与公众教育，提升文化传播效果。

1. 信息关联与数据库建立：把早期所搜集到的各类非几何信息，像历史、材料、病害、修缮记录之类的，与 BIM 模型里的构件达成双向关联。模型之中任意一个构件被点击，其完整的属性信息便能够弹出呈现；反之，经由数据库对某类信息，比如“所有出现裂缝的桥板”开展检索，模型里与之对应的构件即可呈现高亮显示状态。

2. 结构健康监测平台：将BIM 模型与布设在桥体上的传感器 [7]（如GPS 沉降监测仪、裂缝计、温湿度传感器等）进行联动，建立一个可视化的结构健康监测（SHM）平台。监测数据可以实时传输并呈现在 BIM 模型上，一旦某个指标超出预警阈值，系统便能自动报警并精确定位到模型中的具体构件，为管理者提供及时、直观的决策支持。

3. 维护与修缮管理：借助 BIM 模型来拟定具备科学性的日常巡检以及长期维护规划。针对每次维护工作而言，自计划起始，历经执行阶段，直至验收环节，均能够在 BIM 平台之上予以记录并实施管理。于开展大型修缮作业之际，BIM 模型可精准核算工程量，对修复方案展开模拟操作，进而生成施工图纸，达成对修复工程全过程的精细化管控。

（四）VR 虚拟展示与3D 打印

1.VR 沉浸式体验：将优化处理后的 BIM 模型导入游戏引擎（如 Unreal Engine 或 Unity），开发 VR（虚拟现实）应用，使游客可通过 VR 设备体验古桥历史风貌与建造过程。例如参观者可以通过头戴式设备，“穿越”时空，漫步在宋代的洛阳桥上，观看古人造桥的模拟动画，近距离欣赏即将风化的石刻细节。这不仅为公众提供了全新的文化体验方式，也极大地拓展了文化遗产的教育和传播途径。

2.AR 辅助现实应用：致力于 AR（增强现实）应用的开发工作，游客身处现场，借助手机或平板电脑，对洛阳桥特定部位予以扫描，屏幕之上便能够呈现出历史信息、内部结构以及虚拟修复过程等内容的叠加显示，从而达成现实世界与数字信息间的完美融合。于其中设置文化知识点交互模块，以此增强公众参与感与教育性。

3.3D 打印技术应用：借助高精度 BIM 模型数据，3D 打印技术能够打造出洛阳桥的等比例缩微模型。此模型可服务于博物馆展览、学术研究以及科普教育等领域。至于那些缺失或者严重受损的非承重装饰性构件，诸如小石狮之类，3D 打印模型可充作修复与替换时的精确参照，甚至能够径直用于制作模具，凭借传统工艺展开复原工作，从而确保达成修旧如旧的效果。

五、总结与展望

BIM 技术为泉州洛阳桥的数字化保护提供了系统性解决方案，其在数据整合、可视化分析、协同管理等方面具有显著优势。然而，当前 BIM 技术在古建筑保护中的应用仍处于起步阶段，存在数据采集精度不足、技术标准不统一等问题。未来研究可进一步探索以下方向：

1. 技术融合：结合人工智能、数字孪生等技术，提升古建筑保护的智能化水平。

2. 标准制定：推动BIM 技术在古建筑保护中的标准化应用，完善数据采集与管理规范。

3. 公众参与：通过数字化平台提升公众对古建筑保护的认知与参与度。

参考文献

[1] 张哲源 . 泉州洛阳桥环境景观特征及整治策略研究 [J]. 城市道桥与洪 ,2017,(07):152-155+17.DOI:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.045. 张芸滋等 .

[2] 杨金晓 , 郝佳 . 基于 BIM 技术的古建筑保护云平台研究 [J]. 土木建筑工程信息技术 ,2022, 14(4): 91-97.

[3] 史晟恺 , 张麟 , 张书航 . 基于无人机倾斜模型的面向单体高耸文物建筑倾斜测量 [J].测绘通报 ,2025,(S1):191-195.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2025.S138.

[4] 刘帅, 陈建华, 王峰, 等. 基于无人机倾斜摄影的数字露头实景三维模型构建[J]. 地质科学 , 2022, 57(3): 945-957.

[5] 孙可. 基于“VR+ 文化”的毗卢寺壁画保护与传播策略[J]. 包装工程,2023,44(06):320-327.DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.06.035.

[6] 周意 , 曾治国 , 单立锋 , 等 . 建筑工程 BIM+3D 打印融合技术的应用探讨 [J]. 四川水泥 ,2024,(03):57-59+65.