营造古今
北京日报记者 刘冕
从无到有，武汉雷神山医院只用了10天。很少有人知道，这令人惊叹的“中国速度”之中，竟有北京高校大学生的智慧。
陈越，北京建筑大学土木与交通工程学院2018级研究生，他和团队利用建筑信息模型（BIM）技术参与武汉雷神山医院建设、北京小汤山医院改建工程的排风设计。
圆满完成任务，陈越很开心，不仅仅是因为利用所学为疫情防控贡献了力量，还因为他看到了未来的无限可能——
1933年夏日的一天，一位年轻建筑师在大同下火车，搭着驴车赶往应县。离城还有好几里的地方，一处风景，吸引了建筑师——群山中，金色余晖，拥抱着一座红白相间的宝塔……“就像一个巨人，俯视着城市。”建筑师惊叹着，他迫不及待地开始测绘，想要把古人的智慧传承下去。
这位建筑师，叫梁思成。
80多年后，又一位年轻人站在应县木塔前，同样为这座千年不倒的木塔惊叹。他的“传承”，是利用现代数字技术，又“造”了一座“木塔”，将中国古建的“遗传密码”完整记录。
更令前辈无法想象的是，今天年轻人的技术，不仅能“行古”，更能“志今”。从千年古塔，到“中国速度”，年轻人仿佛能将时间浓缩，让更多的人得以“一眼前年”。
应县木塔 & BIM模型
别样造塔
陈越，内蒙古赤峰人。小时候，父亲总给他讲故事，只不过讲的既不是丑小鸭，也不是孙悟空，而是一座座房子的故事。“我爸爸是工程师，给我讲的都是他工作上的事儿。”陈越说。
也许这就是基因的神奇。父亲的“房子故事”，小陈越一点儿不觉得枯燥，他听得津津有味，很快就迷上了建筑的一切。
中学时期，陈越已经开始学习一些基本的建筑识图规则，工程师的梦想深植于心。报考大学的时候，他的原则就两条：“土木系”“尽量离家不太远”。几经权衡，他在志愿表上填下了北京建筑大学，“当时我就填了一个志愿，没给自己留后路。”陈越笑着说。
初来北京，一栋栋设计别致的建筑让陈越很快就没了陌生感，他如饥似渴地汲取营养，只是没想到，临近毕业，学习现代建筑的他，竟和古建筑打起了交道，啃起了《营造法式》。
当时，北京建筑大学教授李爱群团队正协助中国文化遗产研究院梳理应县木塔现状信息，参与木塔保护工作。陈越是团队中的一员，他的工作是利用BIM技术，根据以往的测绘数据“造”一座“应县木塔”。
陈越和团队成员查阅了大量的古籍、照片、视频，结合测绘数据，脑海中应县木塔的形象才渐渐清晰——
应县木塔是中国最具代表性的木结构建筑，建于辽代清宁二年，总高67.31米，是中国现存最古老、最具有历史文化价值的木结构释迦塔，是世界木结构建筑的典范……
“当时，真有凭空造塔的感觉，压力很大。”陈越回忆。
好在北建大与应县木塔缘分不浅。1991年，该校教授王贵祥就绘制了应县木塔的全套精细测绘图纸，“这份沉甸甸的积累让我们有了很好的工作基础。”陈越说。
不仅有积累，陈越还有“武器”——BIM技术。
BIM技术，是利用数字模型对建筑项目进行设计、施工和运营的过程，是为建设项目从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。“新首钢大桥的设计就利用了这一技术，它的核心优势在于模块化建模。”陈越解释着，“这套系统集成了大量的现代建筑标准化构件模型，可支持使用者快速建模。”
陈越对BIM技术强大的可视化功能很感兴趣，课余时光，他一直通过图书馆的相关书籍和网上的教学课程自学BIM，并通过相关比赛，磨炼技术。凭空造塔虽有压力，但陈越很有信心。
“古木建筑也具有标准化的特征。”陈越说，这是他的信心之源。为了摸清古木建筑的标准，陈越和同学们又开始啃大部头。辽宋时期，大部分建筑，尤其是官方建筑的规格都记录在《营造法式》里。到了清代，建筑师们的标准就是“样式雷家族的图档”，“应县木塔建于辽，所以我和团队内建筑专业以及测绘专业的同学开始抱着《营造法式》啃。”
应县木塔没用一根钉子，上万块构件，纯榫卯结构，被称为“斗拱博物馆”。斗拱，是中国木建筑结构特有的形制，是较大的建筑物柱子和屋顶之间的过渡部分，它可以将支出来的屋檐的重量先转移到额枋上，再到柱子上。
陈越就从斗拱开始攻坚。
斗拱是木构件里的“规矩王”，尺寸多、讲究多。一般人刚接触时，会被“耍头”“阑额”和“令拱”之类的说法弄得晕头转向。“古建筑的图纸，刚开始真是看不懂。”陈越说，没有捷径，只能苦学，一点点的积累。
斗拱本身构件很多，要将各个构件连接起来则需要花费很多精力去梳理其榫卯连接关系。
从外观上看，应县木塔是五层，但实际是九层，每层之间都设有一个暗层。“最开始，我没有理解好明层暗层的位置关系，导致了初始模型楼层颠倒，拼装好的木塔模型只好推倒重来。”陈越说着，不好意思地笑了，“应县木塔尤其是外转角斗拱最为复杂，连接着两个方向的柱头斗拱以及内转角斗拱，重新拼装耗时耗力。”
那也没办法，哪一座建筑也不是一天建成的，得脚踏实地，一层一层地建起。
一次次讨论，一次次求教建筑历史系的教师……陈越和团队成员，终于梳理出应县木塔中各类构件的特征，凝练共性，归纳特性，形成了应县木塔构件库和斗拱库，并给BIM二次开发了自动化建模程序，满足了高效建模和易于更新的保护需求，逐步摸清了建筑遗产的基因密码。
这次“凭空造塔”的经历，也让陈越养成了一个习惯——每次建模前都要思考是否符合规制，这使他建模的错误率大幅降低。
传承永续
梁思成，是每一位学土木的学生高山仰止的人物，陈越也不例外。更何况，正是梁思成80多年前的测绘，帮助陈越建立了对应县木塔的最初印象。
当时，梁思成读到了一份日本考古学家有关我国的考古报告，其中记述了山西大同及周边地区的一些古老建筑，其中就包括应县这座建于11世纪的木塔，当地人称其“应州塔”。
梁思成很兴奋，他的夫人林徽因曾回忆：“自从知道了有这塔，对这塔的关心几乎超过了他的日常生活。早晨洗脸的时候他会说，上应县去应该不会太难吧。吃饭的时候他会说，山西都修有顶好的汽车路了。走路的时候他会突然间笑着说，如果能去测绘那应州塔，我想，我一定……他常常话没说完，也许因为太严重的事，怕语言亵渎了。”
1933年的夏天，梁思成终于见到了木塔。他在应县住了7天，从里到外、从上到下,非常精细地测量了木塔各层的平面情况，测量了五十多种不同的斗拱，画出了木塔的断面图，绘制了楼梯、栏杆、隔扇的图样，用仪器测量了各檐的高度和塔刹。
应县木塔的BIM模型初步建成后，陈越跟着中国文化遗产研究院的工作人员，去应县木塔实地勘察，以更新完善模型。
站在木塔前，陈越所受到的震撼，使他终于能理解梁思成当年“半天喘不出一口气”来的心情。
80多年的时光，敬畏的情绪没有改变；想要记录古人智慧，以传承永续的念头，一脉相承，只是陈越所凭借的技术，已是前辈所无法想象的。
通过现代测绘技术，陈越得以看到构件外露尺寸，应用历史知识推演那些隐藏在木塔内部的构件尺寸。
“为了保护文物本体，这一次所有测量都是无接触的。”陈越说，由于之前已经初步建成了模型，所以通过系统，根据可以测量到的构件数据，精准地计算出那些藏在内部的榫卯构件尺寸等信息。这些信息，是梁思成等前辈当年无法触摸到的，“以前没有这些技术，想要了解这些信息，只能拆开塔。”陈越说完，哈哈一笑，仿佛也觉得自己的比喻太过玩笑。
一次次测绘，古塔被精准地记录下来。陈越和团队已经完成了整体结构模型，原汁原味地记录了木塔整体结构的变形。柱子、斗拱等承重构件，以及斗拱的连接方式等已经百分百“复建”完成。甚至连木塔的“伤痕”都精确记录，“结合土木工程知识，对于对结构安全可能有影响的重要损伤予以精细表达，对于其他的则予以损伤程度标识，并建立模型与损伤图片的链接。”
应县木塔千年来历经地震、雷劈、枪击炮轰，却至今屹立不倒，很多人都希望揭开其中的奥秘。陈越他们参与完成了首个足尺斗拱抗震性能试验研究，通过试验，更真实准确地了解塔内化解外力的方式。
时光荏苒，岁月无情，建筑遗产终将老去，科学评估建筑遗产安全现状是其全生命周期保护的关键问题。陈越说：“BIM的发展为各类建筑的科学直观表达和信息记录提供了重要支撑，可基于一个文件构建包含建筑全信息的智能化模型，这种理念与国家倡导的对建筑遗产全生命周期保护是完全一致的。”
以数据封存古塔记忆的工程——应县木塔的原始指纹数据留存已经启动。陈越说：“完整留存应县木塔全部细节是团队的长期目标。”
建设中的雷神山医院
行古志今
BIM，这一整套科学的测绘建模模式，还可以被复制到更多地方。“外行”无需再吃陈越吃过的苦，就有机会快速熟悉古建的修缮保护。
比如让陈越吃尽苦头的“斗拱”。他和同学们通过梳理辽宋时期古木建筑，构建了斗拱智能化对象库，包含52种斗拱，实现了每一种斗拱榫卯自动化拼接与可视化展示。陈越说，中国古代建筑中有很多构件外形相似。但历史内涵大不相同，这需要非常专业的历史知识和专业素质才能区分。“我们将这些专业知识程序化，无论是谁，即便是没有古建专业基础的人，也可以了解斗拱是如何拼装起来的。只要将测绘获得的外露尺寸精准输入，就可以依靠系统智能识别构件。”
不仅能识别，更能“营造”建筑。“识别构件后同样需要基于专家知识、人工推演其他不可见尺寸来进行建模。”陈越他们将这一过程程序化，只要输入测绘获得的参数，系统就可以自动识别构件、求解不可见尺寸和建立模型。
陈越没有想到，这些“发散”的创新应用，竟帮助他参与了新冠肺炎疫情防控，为“中国速度”贡献了智慧。
今年寒假，陈越在老家突然接到一个电话——快速展开应急科研攻关，参与武汉雷神山医院建设和北京小汤山医院的排风设计。
“当时老家的疫情还不算严重，每天我也通过电视关注抗疫报道，真是没想到自己能有机会为抗疫尽一份力。”陈越说。
可接到电话的时候，陈越没时间兴奋，满脑子都是如何尽快建模。挂了电话，他就坐到电脑旁，三四个小时没挪地儿，一直和团队老师、同学保持连线，及时解决建模时遇到的问题。
陈越的导师李爱群，近年来组建了多学科协同工程抗震防灾和建筑遗产保护团队，在北京医管中心和北京市教委的支持下从事医疗建筑和文物古建的抗震性能评估与提升。跟随导师参与这些项目，已使陈越积累了丰富的经验。
陈越主要负责利用BIM技术建立院区模块和分析模型生成。院区建模包含院区室内外结构，体量非常大，陈越他们提出“化整为零，再化零为整”的方案——先按照院区的功能划分，分区建模，最后合并整理。这种方式不仅便于建模，更有助于精准定位每一个区段与图纸不符合的位置，便于检查修改。
随后，分析模型生成，陈越需要给配合团队在模型中标定精准的排风口位置。“这个过程中需要生成大量的排风口方案，如果单纯依靠人工处理，操作难度大，关键是每一种方案都需要‘验算’，这将付出大量的时间成本。”陈越说。
疫情防控，争分夺秒。
团队编制了一套排风口自动生成算法，可以快速生成多种排风口方案，有效提高了工作效率。
当工作告一段落后，陈越才“后知后觉”地感受到了前所未有的压力。“主要是担心自己能力不足，耽误防疫工程的进展。”陈越说，好在依靠团队老师的帮助和之前在课题组的技术积累，他和团队才能保质保量如期完成任务。
攻关不止，陈越收获了荣誉。今年“五四”青年节，陈越荣获“全国优秀共青团员”荣誉称号，是北京市唯一获评的高校学生。
知者创物，巧者述之守之，世谓之工。谈及过往，陈越很谦虚，他说，都是“寸尺之功”。说起未来，他期待“不负青春”，能有更多的机会去更多的领域实践，他要做巧者，更想做知者。
媒体报道截图：
媒体报道链接：http://bjrb.bjd.com.cn/html/2020-05/14/content_12461395.htm
编辑：李小虎
