基于BIM技术的传统木作家具数字化保护研究_汪洋

基于BIM技术的传统木作家具数字化保护研究

RESEARCH ON DIGITAL PROTECTION OF TRADITIONAL WOOD FURNITURE BASED ON BIM TECHNOLOGY

南京理工大学设计艺术与传媒学院 汪 洋 张 轶 刘珂嘉

摘要：文章对传统木作家具的现状进行分析研究，梳理出系统的数字化保护流 程。从“传统木作家具数据采集”入手,采用“建筑信息模型BIM”技术，对前期 采集的信息进行处理，最终深入到木作家具的设计层面。为建立完备木作家具 数字化保护系统提供参考。试图站在木作家具传承和传统文化保护与发展的角 度，运用新兴科学技术促进传统技艺得以更全面的传承。

关键词：数字化保护 传统木作家具 BIM 三维数据库 文化传承

中图分类号TB472 文献标识码：A

文章编号 1003-0069（2020）01-0109-03

Abstract This paper analyzes and studies the status quo of traditional wood furniture, combs out the digital protection process of the system. Starts with the “traditional wood furniture data collection”, and uses the “building information model BIM” technology to process the information collected in the previous period， and finally deepens. To the design level of wooden furniture, provide reference for the establishment of a complete digital security system for wooden furniture, trying to stand in the perspective of wood furniture inheritance and traditional culture protection and development, and using new science and technology to promote the more comprehensive inheritance of traditional skills.

Keywords：Digital protection Traditional wood furniture BIM Three-dimensional database Cultural inheritance

前言

伴随着信息技术的快速发展，利用数字化技术保护和传承文化瑰 宝已经逐渐成为文化产业的发展趋势，运用建立模型与描绘图纸等信 息化技术可以有效地将物品进行“数字化”处理，缓解了一些传统物 质文化所遇到的易腐易破损等问题，并逐渐在文化传承中扮演重要角 色。现代信息化技术不仅能够更加便捷地保护传统文化，而且为传统 文化技艺与本体注入了新的血脉。

作为中国物质文化遗产重要组成部分之一的中国传统木作家具， 具有雕刻技艺精湛，木料用材考究，造型精美大气等特点，如图1。其 包含多个地域流派，且不同的地域流派之间在木料用材，雕刻技艺， 漆工工艺，装饰符号等方面有着鲜明的区别，这些个性迥异的木作家 具都反映着特定时代的人文背景、意识形态与历史背景。早在二十世 纪三十年代就有研究者系统研究了明清年代的木作家具，却始终没有 人建立一套完备的中国传统家具数据库供手工艺者或家具爱好者深 入学习。

对于传统木作家具的研究，一方面是对其所蕴含的传统文化挖掘 研究；另一方面是对传统家具实际存在的物质载体的保护研究；与传 统建筑的意义相仿，传统木作家具也是历史与文化重要的记录与传承 者。目前对传统木作家具的研究仅仅停留在对现有物质载体的保护、 收藏与展示层面是不够的，应该在扩展其实质载体的完整性基础上挖 掘更全面的传统文化内涵。

一、 基于BIM技术的传统木作家具数字化保护意义

就传统木作家具的继承与研究而言，其作为一种传统文化与社会 背景的重要产物，拥有极高的研究价值，不同时期的木作家具与不同 地域的木作家具都有着相异的造型特点与工艺手法等。用BIM系统处 理汇总传统木作家具各细部点数据建立木作家具三维模型，在统计与 汇总家具特点和几何信息的同时建立三维模型数据库，管理传统木作 家具上的构建信息，从而进一步丰富传统家具数字化博物馆的理论知 识，并完善与其相关内容所研究的结构体系，为传统木作家具未来发 展提供理论依据与相关指导。

而就木作家具的数字化发展而谈，将BIM系统融入到传统木作 家具进一步的传承与发展也是非常有必要性的。数据显示，2017年 1-10月，家具制造业产销率98.1%，家具制造业主营业务收入6742.3亿 元，累计同比增长8%。而就在这样一个庞大的家具产业市场内，我 们如何才能让传统家具与众多现代家具类型相竞争？可想而知，要 想拥有核心竞争力，只有在自我科研和消化吸收最新科技成果的基 础上与同行业形成代差，利用科技的优势降低自己的成本，提高自 己的管理水平。随着互联网和信息化的发展，过去单一的闭门造车 模式已经不再行得通。如今，行业内的信息共享，交叉行业的优势整 合成了产业生存的必备法则。将BIM信息技术引入传统木作家具中， 有助于推进传统木作家具的现代化发展，加快其数字化保护对其有 关专业的跨越式与可持续发展，对更好传承与弘扬我国优秀传统文 化等具有较高的价值意义。

二、 BIM技术运用于木作家具数字化保护的背景

（一）传统木作家具传承现状 传统木作家具造型优美，雕刻工艺复杂与多变，所蕴含的东方韵 律与中国传统文化思想使其成为中国最具历史特色的瑰宝之一，但其 在传承和创新发展方面面临着一些严峻的问题。首先在设计传承方

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面，传统手工业者技能水平较高，但相关知识结构层次较低；而受过 高等教育的从业者却对传统技艺与制作过程了解甚少，只是通过一些 文献与平面图来了解木作家具。因此目前制作出来的木作家具非常受 限于制作者水平，对于例如公差的控制，各个榫头受力的分析完全依 靠经验，没有建立完善的数学模型。其次，随着时代的发展，木作家具 却通常都只是以枯燥的平面形式被人们所了解，缺少一种生动的立体 式展现，从而导致除了一些年纪稍大的爱好者对木作家具仍然保有喜 爱，鲜有年轻人对传统木作家具感兴趣。

而对于研究分析方面，国内对传统木作家具的研究从现有的资料 来看，一般都是通过现有传统书籍或实物鉴赏进行了解，对各个时期 的木作家具进行断代研究，系统总结所在年代的文化特点，造型结构 特点以及手工技艺特点，起到了文化传承与保护的重要作用。但在传 统木作家具传承的过程中依然存在着欠缺，大多数史料与文献保留的 仅仅为大尺量的尺寸数据，只能模糊地描绘木作家具的外观尺寸，缺 少一些细部的尺寸统计，例如内部榫卯和一些结构细节的数据等。并 且数据与详细介绍较为散乱，缺少一个系统并且详尽的数据信息库供 研究人员与从业人员进行深度研究，也更加缺乏一个可供大众立体化 了解传统木作家具的数字平台。

（二）BIM技术的发展背景及现状

BIM（Buildi ng In formation Modeli ng建筑信息模型）,是单个项目 内相关联数据的数字化表现形式^[1] 。相对于传统意义上的建筑模型， BIM模型在提供点线面的几何数据基础上，还附有相应的信息属性与 相关构件信息等。BIM能够更直观、更容易地表达信息数据，因此可以 在不识别几何构图的情况下识别构建组件的特征。由BIM建立的三维 模型是对完整形的参数化修改，最终实现全参数建立的模型，而不仅 仅是满足传统意义上的视觉需求的模型，如图2。

构件（族）拼装组成而形成，也可以说是再复原出传统木作家具的制 造过程。将现代数字信息化技术带入传统木作家具的研究，融合跨学 科的知识交叉，对传统木作家具进行新的转变与开发，为传统木作家 具的研究注入新鲜的血脉，必将成为未来发展的趋势。

三、木作家具数字化保护的路径探索

数字化保护实质在于将现代数字化技术作为平台，对木作家具从 而进行三维数值的存储，从而为今后的木作家具的保护、修补、恢复等 相关工作提供数据基础与保证。经过对国内外的相关理论进行总结 与梳理，归纳出木作家具数字化保护的进程，如图3。

4D、5%析

方案造型		►	可视化
1 1				1 1

L 二二二二二二二二二二 可翹分析

I i 、 I

分析

质量控制

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全生命周期内管理

造价管理

能耗分析

设备分析

图2 BIM运行流程（作者自绘）

在欧美国家的设计业中BIM早已盛行，根据资料可以了解到，早 在2009年北美洲在设计项目中使用到BIM项目已经达到将近50%, 而英国、法国、德国等国家也已经快达到40%。由于后期的一些政策 支持，2013年北美洲BIM技术的普及率已经达到了72%。而就在近几 年，中国国内建筑行业也开始普及BIM系统，在2017公布的《浙江省 人民政府办公厅文件》的第八条也明确标明积极推广BIM技术，并点 名政府投资项目率先应用BIM技术。由此可见BIM技术也开始慢慢普 及整个建筑业市场。

将BIM建筑信息系统创新性的引入传统木作家具的研究中，吸收 了西方国家“用软件管理项目，用思维设计软件，用人力提供思维”的 思路，利用科技的力量完成升级转型，拓宽了木作家具的研究路径。 对于当今的木作家具领域来说，BIM信息系统并不是单纯代指一个软 件,而是一种设计理念，是一个参数化设计的理念。一个BIM模型不再 是由传统的建模语言-拉伸，旋转等得来，而是通过数个精密的参数化

图3 木作家具数字化保护流程（作者自绘）

（―）木作家具的数据处理与BIM模型构建

木作家具的数字化过程包括数据采集、数据处理，数字显示三个 过程。传统木作家具的细部数据采集是整个研究工作的基础，通过数 据的信息化采集，可以较为准确地获得木作家具的细部尺寸与雕刻图 案等信息^[3] 。木作家具的外形多种多样，且细部结构较为复杂，尤其 是一部分木作家具拥有较为久远的历史，已部分磨损，这将会给数据 的采集带来较大阻碍。基于传统木作家具外形与结构较为复杂的特 性，实际测量时会用到直接测量法、摄影测量法和三维激光扫描三种 测量方法。运用直接测量方法对木作家具进行测量，较易于操作，但 工作量大。特别是对于一些表面图案较为复杂的木作家具，测绘的工 作量较高，且相对误差率较高。而摄影测量法则是通过多个设备与多 个角度对木作家具进行拍摄，并依托于函数计算法将二维平面图形转 变为三维立体图形。三维激光扫描技术则通过三维激光扫描获取传 统木作家具表面的三维坐标信息，该测量方式较传统的物理测量法与 拍摄测量法更易于采集木作家具的数据，并且更具精准性。所以在实 际测量时，必须综合使用上述三种方法，从而获得更为全面且准确的 传统木作家具数据信息^[4] 。

而传统木作家具的模型建立是将前期处理的点云数据导入进 BIM软件（如Revit）作为参考文件，通过点，线和面的结构形成模型， 并且通过“族”建立BIM模型，最终完成木作家具模型的建立。在Revit 中构建木作家具“族”模型步骤如下：

（1） 尺寸归位。除了对前期收集到的点云数据进行参数绘制，还 需将现存的传统木作家具资料图进行尺寸单位归位，以备进行详尽的 参数统计。当今计算机辅助绘图软件大多数采用国际计量单位，而传 统木作家具文献中都是以中国传统计量单位绘制木作家具的形态特 征。所以建立Revit “族”模型的前提是解决国际计量单位与传统计量 单位之间相匹配的问题。

用在传统木作家具绘制上的传统计量单位多见“分” 、“尺” 、 “寸” 、“丈”等。将这些单位与国际计量单位进行换算，并通过设置， 使进行绘制时按照传统计量单位输入相应尺寸，从而更为精确地反映 传统木作家具的形态特征。

（2） 绘制几何图形。制作传统木作家具“族”模型需要在revit的 “族编辑器”中进行，第一步是确定“族”模型的信息数据，即绘制岀

3D模型。可以使用传统绘图工具导入，也可以通过阅读纸质图纸中的 尺寸信息，使用Revit Architecture中的绘图工具进行手动绘制。本文使 用是通过使用点云所生成的三角剖分模型，通过在Revit Architecture 中进行拉伸来构建组件的3D模型，如图4。

（3） 编辑3D模型属性信息。在完成木作家具模型建立的基础上，

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图4 Revit中“族”建立工具

根据需要在Revit Architecture中添加所相关的文字信息构建数据,可

以是木作家具构件的品名、所运用的材料、成色与所处时代等。

（4）编辑“族”模型的可视性。以红木官帽椅“族”模型为例，在 完成模型的绘制与属性的添加之后，设置其在所在项目组中视图的 比例关系，或设置其视图方向，如图5。并保存定义完的传统木作家具 “ 族”模型，将其载入到相应的项目组。

（二）面向木作家具的数据库建立 在信息采集和模型建立的基础之上，设定数据库的基本框 架和关系结构，运用应用程序编程接口进行开发（Application programming interface），这样既利用了Revit这一便捷的建模性 能，也更为木作家具revit文件提供了合理的存储平台。并且可以利用 Revit将木作家具的属性特征（造型特征，装饰图样，工艺技巧等）以 数字化的形式储存于三维模型库中，最终实现后期浏览。可供木作 家具产业部门进入数据库进行查阅与下载，从而进行逆向设计，和 相关设计与研究人员进行资料共享，从而深化我国传统木作家具的 传承与进一步的深入研究，如图6。

（三） 传统木作家具的再设计

基于木作家具三维数据库的信息数据，相关设计与研究人员可 以利用完成后的信息数据对木作家具进行再设计，继承传统木作家具 的精髓，结合时代诉求改变木作家具设计的新思路。就目前家具市场 的设计的方式而言，一般采用以三维模型为基础的二维图纸设计，设 计研究人员通过以三维模型为基础推敲方案，然后将三维模型转换 成二维图纸，递交至家具制造部门进行深化图样，进行工艺流程的分 析，最后再进行生产。这一过程，虽然分工明确，但却包含种种问题， 例如三维模型与二维图纸之间不仅存在重复工序，造成不必要的时 间浪费，而且重复性的工作还将增高出错率，造成人力与资源的不必 要浪费。还有设计部门与制造部门的关联性不高等问题。

在传统木作家具的未来发展与再设计上，可以利用BIM信息系统 中协同设计这一理念。协同设计，通过数据共享，为设计，管理和制造 提供一个良好的协作平台，进行跨部门跨分工跨领域的数据交流，优 化研究与工作方式，实现信息流的共享，前后作业流的相互穿插，协 同作业，将各个项目进度和风险暴露在整个周期内，并且利用科学的 模型有效的管控。

（四） 传统木作家具的继承与发展

在传统木作家具的继承与发展中，普遍存在大众对传统木作家 具的认知度不高，兴趣度不高等问题。可尝试利用Krpano将三维模型 库中制作好的模型制成全景以供展示，将虚拟现实技术运用于木作家 具的实例展示，既可以让人们更加快捷地获取木作家具的相关立体资 料，让木作家具更为逼真重现，加深大众对家具形态的了解。用数字 化理念指导未来传统木作家具继承与发展之路，保存文化标识，从而 落实国家文化“软实力”的增值之路。

结论

传统木作家具的数字化保护是立足于中国传统木作家具研究与 现有木作家具设计脱节的境况，提出了相应的研究方法。深入探索 未来木作家具的设计前景，指导未来木作家具的研发实践，努力探 索新的继承方式，不仅为传统木作家具的数字化保护提供了多元化 的形式与手段，同时也为传统木作家具的传承与创新提供了可行的 实现途径。■

基金项目：江苏省研究生培养创新工程研究生科研与创新计划项目"基于BIM技 术的木作家具数字化保护研究”（SJCX18_0171）的阶段性研究成果。

参考文献

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