基于BIM 的安义古村建筑雕刻数字化保护研究

一、引言

安义古村始建于唐代，兴盛于明清，是赣派建筑风格的典型代表。其中，建筑雕刻作为安义古村文化遗产的核心组成部分，集中展现了赣派建筑装饰艺术的精湛技艺与深厚内涵。

安义古村的建筑雕刻主要分布于门楼、梁枋、雀替、窗棂、柱础等部位，题材丰富，工艺精湛。雕刻内容涵盖吉祥图案（如蝙蝠、鹿、鹤象征福禄寿）、历史典故（如“二十四孝”“三国演义”场景）、文人雅趣（如梅兰竹菊、琴棋书画）以及地方民俗元素（如农耕场景、鱼跃龙门），不仅具有高度的审美价值，更承载着儒家伦理、宗族观念、祈福禳灾等深层文化寓意。例如，罗田村黄氏宗祠的门楼石雕，以“松鹤延年”为主题，采用高浮雕与透雕结合的手法，松枝苍劲有力，仙鹤姿态灵动，既彰显了家族对长寿的祈愿，也体现了雕刻匠人对石材特性的精准把握。这些雕刻不仅是装饰构件，更是解读赣北地区社会结构、价值观念与审美取向的“文化密码”。

然而，安义古村建筑雕刻的保护现状不容乐观，面临着自然侵蚀、人为破坏与保护技术滞后的多重挑战。尽管地方政府已将安义古村列为文物保护单位，并投入资金进行修缮，但保护工作多集中于建筑主体结构，对雕刻这一精细构件的关注度与投入相对不足。因此，如何运用现代科技手段，特别是建筑信息模型（BIM）技术，对安义古村建筑雕刻进行高精度、全方位的数字化保护，已成为一项紧迫而重要的课题。

二、BIM 技术在文化遗产保护中的应用原理与优势

建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是一种集成了三维几何信息、物理属性、功能特性及项目全生命周期数据的数字化技术。在文化遗产保护领域，BIM 技术通过整合多源数据，实现了对历史建筑及其构件的精细化、动态化与智能化管理，为传统保护方法提供了革命性的补充与升级。其应用原理主要基于“数据采集—模型构建—信息集成—应用分析”四个关键环节。

首先，数据采集是BIM 模型构建的基础。针对安义古村建筑雕刻这类复杂且脆弱的遗产，通常采用非接触式测量技术进行高精度数据获取。三维激光扫描（3D Laser Scanning）是主流手段，其通过发射激光束并接收反射信号，快速获取物体表面数百万个点的三维坐标（点云数据），精度可达毫米级，能够完整捕捉雕刻的复杂曲面、细微纹路与现存病害（如裂缝、剥落）。此外，近景摄影测量（Photogrammetry）通过多角度拍摄高分辨率照片，利用计算机视觉算法重建三维模型，特别适用于纹理信息丰富的木雕、石雕表面，可生成带有真实色彩与质感的模型。

其次，模型构建是将原始数据转化为结构化 BIM 模型的过程。利用专业软件（如 Revit,ArchiCAD, 或专门的遗产 BIM 平台），技术人员将点云和纹理数据导入，并进行去噪、配准、网格化与参数化建模。参数化建模是 BIM 的核心优势，它允许为雕刻构件（如雀替、窗棂）定义可编辑的参数（如尺寸、材质、工艺类型），而非简单的静态几何体。这意味着模型不仅“形似”，更“神似”，能反映其构造逻辑与工艺特征。例如，可为一个木雕雀替设置“雕刻深度”“镂空比例”“榫卯类型”等参数，便于后续分析与修改。

信息集成是BIM 区别于普通三维模型的关键。BIM 模型是一个信息容器，可关联海量非几何数据。对于安义古村雕刻，这些信息包括：历史文献（如族谱记载、修缮记录）、材质分析报告（如木材种类、石材成分）、病害评估数据（如裂缝长度、腐蚀程度）、保护措施（如已采取的加固方案）、时间轴信息（如不同年代的影像对比）等。这些数据以数据库形式链接到模型的相应构件上，实现“所见即所知”。

最后，应用分析是BIM 技术价值的最终体现。基于集成的丰富信息，BIM 平台可进行多种高级分析：一是结构安全分析，通过有限元模拟（FEA）评估雕刻构件在自重、风荷载或地震作用下的应力分布，预测潜在风险点；二是病害监测与预测，通过定期扫描获取新数据，与历史模型进行差值分析，量化病害发展速率，实现动态预警；三是虚拟修复与干预模拟，在数字环境中尝试不同修复方案（如填补材料、加固结构），评估其效果与影响，避免实体操作的盲目性；四是知识管理与传承，将传统雕刻的工艺流程、工具使用、纹样寓意等非物质信息编码入库，为技艺传承提供数字化支持。

相较于传统保护方法，BIM 技术在安义古村雕刻保护中展现出显著优势：其一，高精度与完整性，能无损、全面地记录雕刻的现状，建立永久性数字档案，克服了照片、图纸的局限性；其二，信息集成性，打破数据孤岛，实现多源信息的统一管理与关联查询，提升决策效率；其三，动态可追溯性，支持时间序列对比，清晰展现遗产的演变过程；其四，协同性与可视化，为保护规划、修复设计、学术研究及公众展示提供直观、共享的平台。因此，BIM 技术为安义古村建筑雕刻的科学化、精细化与可持续保护提供了强有力的技术支撑。

三、基于BIM 的安义古村雕刻数字化保护实施路径

为实现安义古村建筑雕刻的系统性数字化保护，需构建一个以 BIM 技术为核心的全流程实施路径，涵盖数据采集、模型构建、信息管理与应用拓展四个阶段。该路径旨在将分散、静态的遗产信息整合为动态、智能的数字资产，为后续的保护、研究与传承奠定坚实基础。

第一阶段：多源数据采集与预处理

此阶段的核心任务是获取高精度、多维度的原始数据。针对安义古村雕刻的材质（木、石、砖）与位置（高处、隐蔽处）差异，采用组合式采集策略。对于大型、外露的石雕门楼与柱础，使用地面三维激光扫描仪进行全方位扫描，确保点云密度足够捕捉复杂浮雕细节。对于精细、脆弱的木雕梁枋与窗棂，则结合地面扫描与无人机搭载的激光雷达（LiDAR）进行高空作业，避免对建筑本体造成扰动。同时，运用近景摄影测量技术，从不同角度拍摄高分辨率照片（建议像素不低于 2400 万），覆盖雕刻表面的色彩、纹理与微小瑕疵。所有采集数据需进行严格的时间与空间同步，利用控制点（如已知坐标的靶标）实现多源数据的精确配准。数据预处理包括点云去噪（滤除飞点、植被干扰）、多站点云拼接、点云 - 影像融合生成带纹理的三维网格模型（Mesh），为后续BIM 建模提供高质量输入。

第二阶段：参数化BIM 模型构建

在专业 BIM 软件（如 Autodesk Revit）中，以预处理后的三维网格模型为参考，进行参数化构件建模。首先，根据安义古村雕刻的类型学特征（如雀替、门簪、窗棂、柱础），建立标准化的“族”（Family）库。建模时，技术人员依据扫描数据，调整参数使 BIM 构件精确匹配实际形态。对于非标准或破损构件，可采用“自适应族”或直接在网格模型基础上进行精细化建模。关键在于确保模型的几何精度与参数化逻辑，使其不仅能“再现”现状，更能“理解”构造。

第三阶段：多维度信息集成与数据库构建

将非几何信息系统性地关联到 BIM 模型的相应构件上，构建“雕刻信息数据库”。信息来源包括：1）历史档案：从地方志、族谱、修缮记录中提取雕刻的建造年代、工匠信息、历史功能等；2）材质与病害数据：通过现场取样（微损）或无损检测（如红外热成像、超声波）获取木材树种、含水率、石材风化程度、裂缝分布等；3）保护干预记录：录入历次修缮的时间、方法、材料及效果评估；4）文化内涵解读：整合专家访谈、文献研究，解析雕刻纹样的象征意义与社会背景。这些信息以属性字段或外部链接（如 PDF 报告、照片集）的形式挂接到BIM 构件。

第四阶段：BIM 平台应用与功能拓展

基于构建的 BIM 模型与数据库，开发专用的数字化保护平台，实现多场景应用。核心功能包括：1）可视化查询与监测：提供三维可视化界面，支持用户按建筑、构件、时间轴等维度浏览雕刻信息，对比不同年份的扫描数据，直观展示病害发展；2）结构安全评估：集成有限元分析模块，对关键雕刻构件（如承重梁上的木雕）进行力学模拟，评估其承载能力与潜在风险，生成预警报告；3）虚拟修复模拟：在数字环境中尝试填补裂缝、替换残损部分，模拟不同材料（如传统灰浆 vs. 现代环氧树脂）的修复效果，为实体修复提供决策支持；4）知识库与传承平台：将传统雕刻的工艺流程（如“打坯—修光—打磨”）、工具使用、纹样设计规范等非物质信息数字化，形成可交互的学习模块，服务于匠人培训与公众教育。通过此路径，安义古村建筑雕刻的保护从“被动抢救”转向“主动预防”，从“经验驱动”转向“数据驱动”。

四、BIM 数字化保护的成效、挑战与优化策略

基于 BIM 技术的安义古村建筑雕刻数字化保护项目，在提升保护精度、优化管理效率与促进文化传承方面已初显成效，但同时也面临技术、资金与人才等多重挑战，需通过针对性策略加以优化。

成效方面，BIM 技术的应用显著提升了保护工作的科学性与系统性。首先，实现了遗产信息的全面数字化存档。通过高精度三维扫描与摄影测量，建立了包含几何形态、纹理色彩与病害细节的完整数字模型，解决了传统档案（照片、图纸）信息不全、易丢失的问题。例如，对罗田村“大夫第”门楼石雕的数字化记录，精确捕捉了毫米级的风化痕迹，为未来监测提供了基准数据。其次，增强了保护决策的智能化水平。集成的信息数据库使管理者能快速查询任意构件的历史、现状与保护记录，显著提高了管理效率。更重要的是，BIM 平台支持的结构安全分析与虚拟修复模拟，为修复方案的选择提供了科学依据。例如，对一处存在结构性裂缝的木雕梁枋，通过有限元模拟预测了不同加固方案的应力分布，最终选择了对原构件扰动最小的碳纤维布加固法，避免了盲目施工的风险。最后，拓展了文化传承与公众参与的渠道。基于 BIM 模型开发的虚拟展览与互动教育程序，让公众能“零距离”欣赏雕刻细节，了解其文化内涵，有效提升了文化遗产的社会认知度与保护意识。

然而，项目推进中仍面临严峻挑战。技术层面，BIM 软件多为通用设计平台，对文化遗产的特殊需求（如非标准构件、复杂材质模拟）支持不足，需大量定制开发，增加了技术难度与成本。

为应对这些挑战，需采取多维度优化策略。技术上，应推动开发或定制“文化遗产专用BIM 插件”，集成点云处理、病害识别、材料库等专业工具，降低使用门槛。探索利用云计算与边缘计算，实现数据的分布式处理与存储，缓解本地硬件压力。资金上，建议建立“政府主导、多元投入”的筹资机制。除财政拨款外，积极申请国家文物保护专项资金、科技项目资助，并探索与高校、研究机构合作，共享资源与成果。同时，可尝试通过数字版权授权（如出售高清模型用于研究、文创开发）实现部分成本回收。人才上，应加强跨学科人才培养与合作。联合高校开设“数字遗产保护”课程，培养懂技术、懂文物的复合人才。组建由 BIM工程师、古建专家、材料科学家、非遗传承人组成的多学科团队，确保项目的专业性。社区参与上，应设计“村民赋能”计划，培训村民使用简易设备（如智能手机 APP）进行日常巡查与拍照记录，将他们的观察纳入 BIM 数据库，使其成为保护网络的“神经末梢”。通过这些策略，可有效提升BIM 数字化保护的可持续性与实效性。

五、结语

基于 BIM 的安义古村建筑雕刻数字化保护体系应向开放共享与公众参与延伸。开发基于 Web 的轻量化 BIM 应用或 VR/AR 体验，让全球用户都能在线“走进”安义古村，探索雕刻细节，聆听背后的故事。设立“众包保护”平台，鼓励公众上传观察到的损伤照片或历史信息，经专家审核后纳入 BIM 数据库，形成“全民守护”的网络。通过 BIM 这一核心枢纽，融合IoT、AI、区块链等前沿技术，安义古村建筑雕刻的保护将进入一个数据驱动、智能预警、协同共治的全新阶段。

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作者简介：肖英林（1981.12-），男，硕士研究生，副教授，工艺美术师，高级双师型教师，研究方向为艺术设计、非物质文化遗产、数字化保护。

基金项目：基于BIM 的安义古村建筑雕刻数字化保护研究，2022 年度江西省教育厅科学技术研究项目，项目编号为GJJ2204507