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建設中的雷神山醫院。 |
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應縣木塔 |
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陳越 |
記者 劉冕
從無到有，武漢雷神山醫院只用了10天。很少有人知道，這令人驚嘆的“中國速度”之中，竟有北京高校大學生的智慧。
陳越，北京建筑大學土木與交通工程學院2018級研究生，他和團隊利用建筑信息模型（BIM）技術參與武漢雷神山醫院建設、北京小湯山醫院改建工程的排風設計。
圓滿完成任務，陳越很開心，不僅僅是因為利用所學為疫情防控貢獻了力量，還因為他看到了未來的無限可能——
1933年夏日的一天，一位年輕建筑師在大同下火車，搭著驢車趕往應縣。離城還有好幾里的地方，一處風景，吸引了建筑師——群山中，金色余暉，擁抱著一座紅白相間的寶塔……“就像一個巨人，俯視著城市。”建筑師驚嘆著，他迫不及待地開始測繪，想要把古人的智慧傳承下去。
這位建筑師，叫梁思成。
80多年后，又一位年輕人站在應縣木塔前，同樣為這座千年不倒的木塔驚嘆。他的“傳承”，是利用現代數字技術，又“造”了一座“木塔”，將中國古建的“遺傳密碼”完整記錄。
更令前輩無法想象的是，今天年輕人的技術，不僅能“
別樣造塔
陳越，內蒙古赤峰人。小時候，父親總給他講故事，只不過講的既不是丑小鴨，也不是孫悟空，而是一座座房子的故事。 “我爸爸是工程師，給我講的都是他工作上的事兒。”陳越說。
也許這就是基因的神奇。父親的“房子故事”，小陳越一點兒不覺得枯燥，他聽得津津有味，很快就迷上了建筑的一切。
中學時期，陳越已經開始學習一些基本的建筑識圖規則，工程師的夢想深植于心。報考大學的時候，他的原則就兩條：“土木系”“盡量離家不太遠”。幾經權衡，他在志愿表上填下了北京建筑大學，“當時我就填了一個志愿，沒給自己留后路。”陳越笑著說。
初來北京，一棟棟設計別致的建筑讓陳越很快就沒了陌生感，他如饑似渴地汲取營養，只是沒想到，臨近畢業，學習現代建筑的他，竟和古建筑打起了交道，啃起了《營造法式》。
當時，北京建筑大學教授李愛群團隊正協助中國文化遺產研究院梳理應縣木塔現狀信息，參與木塔保護工作。陳越是團隊中的一員，他的工作是利用BIM技術，根據以往的測繪數據“造”一座“應縣木塔”。
陳越和團隊成員查閱了大量的古籍、照片、視頻，結合測繪數據，腦海中應縣木塔的形象才漸漸清晰——
應縣木塔是中國最具代表性的木結構建筑，建于遼代清寧二年，總高67.31米，是中國現存最古老、最具有歷史文化價值的木結構釋迦塔，是世界木結構建筑的典范……
“當時，真有憑空造塔的感覺，壓力很大。”陳越回憶。
好在北建大與應縣木塔緣分不淺。1991年，該校教授王貴祥就繪制了應縣木塔的全套精細測繪圖紙，“這份沉甸甸的積累讓我們有了很好的工作基礎。”陳越說。
不僅有積累，陳越還有“武器”——BIM技術。
BIM技術，是利用數字模型對建筑項目進行設計、施工和運營的過程，是為建設項目從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程。“新首鋼大橋的設計就利用了這一技術，它的核心優勢在于模塊化建模。”陳越解釋著，“這套系統集成了大量的現代建筑標準化構件模型，可支持使用者快速建模。”
陳越對BIM技術強大的可視化功能很感興趣，課余時光，他一直通過圖書館的相關書籍和網上的教學課程自學BIM，并通過相關比賽，磨煉技術。憑空造塔雖有壓力，但陳越很有信心。
“古木建筑也具有標準化的特征。”陳越說，這是他的信心之源。為了摸清古木建筑的標準，陳越和同學們又開始啃大部頭。遼宋時期，大部分建筑，尤其是官方建筑的規格都記錄在《營造法式》里。到了清代，建筑師們的標準就是“樣式雷家族的圖檔”，“應縣木塔建于遼，所以我和團隊內建筑專業以及測繪專業的同學開始抱著《營造法式》啃。”
應縣木塔沒用一根釘子，上萬塊構件，純榫卯結構，被稱為“斗拱博物館”。斗拱，是中國木建筑結構特有的形制，是較大的建筑物柱子和屋頂之間的過渡部分，它可以將支出來的屋檐的重量先轉移到額枋上，再到柱子上。
陳越就從斗拱開始攻堅。
斗拱是木構件里的“規矩王”，尺寸多、講究多。一般人剛接觸時，會被“耍頭”“闌額”和“令拱”之類的說法弄得暈頭轉向。“古建筑的圖紙，剛開始真是看不懂。”陳越說，沒有捷徑，只能苦學，一點點的積累。
斗拱本身構件很多，要將各個構件連接起來則需要花費很多精力去梳理其榫卯連接關系。
從外觀上看，應縣木塔是五層，但實際是九層，每層之間都設有一個暗層。“最開始，我沒有理解好明層暗層的位置關系，導致了初始模型樓層顛倒，拼裝好的木塔模型只好推倒重來。”陳越說著，不好意思地笑了，“應縣木塔尤其是外轉角斗拱最為復雜，連接著兩個方向的柱頭斗拱以及內轉角斗拱，重新拼裝耗時耗力。”
那也沒辦法，哪一座建筑也不是一天建成的，得腳踏實地，一層一層地建起。
一次次討論，一次次求教建筑歷史系的教師……陳越和團隊成員，終于梳理出應縣木塔中各類構件的特征，凝練共性，歸納特性，形成了應縣木塔構件庫和斗拱庫，并給BIM二次開發了自動化建模程序，滿足了高效建模和易于更新的保護需求，逐步摸清了建筑遺產的基因密碼。
這次“憑空造塔”的經歷，也讓陳越養成了一個習慣——每次建模前都要思考是否符合規制，這使他建模的錯誤率大幅降低。
傳承永續
梁思成，是每一位學土木的學生高山仰止的人物，陳越也不例外。更何況，正是梁思成80多年前的測繪，幫助陳越建立了對應縣木塔的最初印象。
當時，梁思成讀到了一份日本考古學家有關我國的考古報告，其中記述了山西大同及周邊地區的一些古老建筑，其中就包括應縣這座建于11世紀的木塔，當地人稱其“應州塔”。
梁思成很興奮，他的夫人林徽因曾回憶：“自從知道了有這塔，對這塔的關心幾乎超過了他的日常生活。早晨洗臉的時候他會說，上應縣去應該不會太難吧。吃飯的時候他會說，山西都修有頂好的汽車路了。走路的時候他會突然間笑著說，如果能去測繪那應州塔，我想，我一定……他常常話沒說完，也許因為太嚴重的事，怕語言褻瀆了。”
1933年的夏天，梁思成終于見到了木塔。他在應縣住了7天，從里到外、從上到下,非常精細地測量了木塔各層的平面情況，測量了五十多種不同的斗拱，畫出了木塔的斷面圖，繪制了樓梯、欄桿、隔扇的圖樣，用儀器測量了各檐的高度和塔剎。
應縣木塔的BIM模型初步建成后，陳越跟著中國文化遺產研究院的工作人員，去應縣木塔實地勘察，以更新完善模型。
站在木塔前，陳越所受到的震撼，使他終于能理解梁思成當年“半天喘不出一口氣”來的心情。
80多年的時光，敬畏的情緒沒有改變；想要記錄古人智慧，以傳承永續的念頭，一脈相承，只是陳越所憑借的技術，已是前輩所無法想象的。
通過現代測繪技術，陳越得以看到構件外露尺寸，應用歷史知識推演那些隱藏在木塔內部的構件尺寸。
“為了保護文物本體，這一次所有測量都是無接觸的。”陳越說，由于之前已經初步建成了模型，所以通過系統，根據可以測量到的構件數據，精準地計算出那些藏在內部的榫卯構件尺寸等信息。這些信息，是梁思成等前輩當年無法觸摸到的，“以前沒有這些技術，想要了解這些信息，只能拆開塔。”陳越說完，哈哈一笑，仿佛也覺得自己的比喻太過玩笑。
一次次測繪，古塔被精準地記錄下來。陳越和團隊已經完成了整體結構模型，原汁原味地記錄了木塔整體結構的變形。柱子、斗拱等承重構件，以及斗拱的連接方式等已經百分百“復建”完成。甚至連木塔的“傷痕”都精確記錄，“結合土木工程知識，對于對結構安全可能有影響的重要損傷予以精細表達，對于其他的則予以損傷程度標識，并建立模型與損傷圖片的鏈接。”
應縣木塔千年來歷經地震、雷劈、槍擊炮轟，卻至今屹立不倒，很多人都希望揭開其中的奧秘。陳越他們參與完成了首個足尺斗拱抗震性能試驗研究，通過試驗，更真實準確地了解塔內化解外力的方式。
時光荏苒，歲月無情，建筑遺產終將老去，科學評估建筑遺產安全現狀是其全生命周期保護的關鍵問題。陳越說：“BIM的發展為各類建筑的科學直觀表達和信息記錄提供了重要支撐，可基于一個文件構建包含建筑全信息的智能化模型，這種理念與國家倡導的對建筑遺產全生命周期保護是完全一致的。”
以數據封存古塔記憶的工程——應縣木塔的原始指紋數據留存已經啟動。陳越說：“完整留存應縣木塔全部細節是團隊的長期目標。”
行古志今
BIM，這一整套科學的測繪建模模式，還可以被復制到更多地方。“外行”無需再吃陳越吃過的苦，就有機會快速熟悉古建的修繕保護。
比如讓陳越吃盡苦頭的“斗拱”。他和同學們通過梳理遼宋時期古木建筑，構建了斗拱智能化對象庫，包含52種斗拱，實現了每一種斗拱榫卯自動化拼接與可視化展示。陳越說，中國古代建筑中有很多構件外形相似。但歷史內涵大不相同，這需要非常專業的歷史知識和專業素質才能區分。“我們將這些專業知識程序化，無論是誰，即便是沒有古建專業基礎的人，也可以了解斗拱是如何拼裝起來的。只要將測繪獲得的外露尺寸精準輸入，就可以依靠系統智能識別構件。”
不僅能識別，更能“營造”建筑。“識別構件后同樣需要基于專家知識、人工推演其他不可見尺寸來進行建模。”陳越他們將這一過程程序化，只要輸入測繪獲得的參數，系統就可以自動識別構件、求解不可見尺寸和建立模型。
陳越沒有想到，這些“發散”的創新應用，竟幫助他參與了新冠肺炎疫情防控，為“中國速度”貢獻了智慧。
今年寒假，陳越在老家突然接到一個電話——快速展開應急科研攻關，參與武漢雷神山醫院建設和北京小湯山醫院的排風設計。
“當時老家的疫情還不算嚴重，每天我也通過電視關注抗疫報道，真是沒想到自己能有機會為抗疫盡一份力。”陳越說。
可接到電話的時候，陳越沒時間興奮，滿腦子都是如何盡快建模。掛了電話，他就坐到電腦旁，三四個小時沒挪地兒，一直和團隊老師、同學保持連線，及時解決建模時遇到的問題。
陳越的導師李愛群，近年來組建了多學科協同工程抗震防災和建筑遺產保護團隊，在北京醫管中心和北京市教委的支持下從事醫療建筑和文物古建的抗震性能評估與提升。跟隨導師參與這些項目，已使陳越積累了豐富的經驗。
陳越主要負責利用BIM技術建立院區模塊和分析模型生成。院區建模包含院區室內外結構，體量非常大，陳越他們提出“化整為零，再化零為整”的方案——先按照院區的功能劃分，分區建模，最后合并整理。這種方式不僅便于建模，更有助于精準定位每一個區段與圖紙不符合的位置，便于檢查修改。
隨后，分析模型生成，陳越需要給配合團隊在模型中標定精準的排風口位置。“這個過程中需要生成大量的排風口方案，如果單純依靠人工處理，操作難度大，關鍵是每一種方案都需要‘驗算’，這將付出大量的時間成本。”陳越說。
疫情防控，爭分奪秒。
團隊編制了一套排風口自動生成算法，可以快速生成多種排風口方案，有效提高了工作效率。
當工作告一段落后，陳越才“后知后覺”地感受到了前所未有的壓力。“主要是擔心自己能力不足，耽誤防疫工程的進展。”陳越說，好在依靠團隊老師的幫助和之前在課題組的技術積累，他和團隊才能保質保量如期完成任務。
攻關不止，陳越收獲了榮譽。今年“五四”青年節，陳越榮獲“全國優秀共青團員”榮譽稱號，是北京市唯一獲評的高校學生。
知者創物，巧者述之守之，世謂之工。談及過往，陳越很謙虛，他說，都是“寸尺之功”。說起未來，他期待“不負青春”，能有更多的機會去更多的領域實踐，他要做巧者，更想做知者。
