中国古建与BIM的隔空击掌？快来认识这位「老法师」

你好，这里是 BIMBOX。

今天想和你聊一位很厉害的人，他用了将近 20 年的时间，在一条少有人走的路上开出一片天地，也在古建筑 BIM 这个领域立起了自己的名号。

他的名字叫陆永乐，浙江同仁建筑设计有限公司的副总建筑师。

今天的内容，来自于他在「第一届虚拟设计与建造研讨会&BIM 技术创新发展高峰论坛」中的主题演讲，以及我们在会后对他进行的专访，以下所有涉及到项目的图片均为陆永乐先生的原创图片。

陆永乐在很多场合都说，自己不是做BIM的，而是一名把BIM作为工具的建筑师。

他接触的项目类型很多，从住宅小区到写字楼都有涉及，不过因为古建类项目做得很突出，所以圈子里都是从这个领域认识的他，邀请他分享也是以古建BIM的实施心得为主。

很多建筑师的理想是有一天不用画图做设计，而陆永乐却一直很喜欢做设计，尤其是对三维设计很感兴趣。

大概在2002年左右，国内还没有什么BIM的说法，他感觉到用CAD二维画图有很多不必要的流程，后来接触到 ArchiCAD，一发不可收拾地喜欢上了这种新的工作方式，自己掏钱买了一套ArchiCAD 8.1版。

陆永乐相信，受到外来设计思潮的影响，一名做着最传统设计工作的建筑师，掌握最先进的计算机技术，将会是未来设计师职业出路的重要突破口。

他和古建结缘，有很大原因是因为他在杭州工作，这里有很多名胜古迹和历史建筑，当他们研究古代建筑营造方法，并与现代设计技术结合的时候，提供了丰富的营养。

这些年随着国家大力提倡发展文化旅游行业，市场中大量涌现出利用现代科技来设计、保护、翻新古建的需求，陆永乐接触过的项目类型主要有寺庙、摄影拍摄基地、还有以政府为投资主体的公园内建筑。

外行人看古建筑很异型、很复杂，但在内行人眼里还是有门道的。钻进去研究就会了解，古建定式和构件都是相对标准化的，营造的思想也是从细节开始，确定各个构件的尺寸和比例，再严格按照模数制进行制作生产。

宋《营造法式》、清《工部做法》等经典中，给出了建筑材份制与权衡制。

所谓材份制，是古代房屋整体和构件尺寸的基本计量单位。官方把建筑的规模、单体房屋的形式、房间大小、台基栏杆、斗栱脊瓦、彩画装修，甚至于木构件的截面尺寸等，都作出了严格的等级划分。

比如《营造法式》中，官方就将建筑尺度划分为十一「材」级，所有建筑尺寸都用「份」作为基本单位定出标准，6 份为 1 栔，15 份为 1 材。

而所谓权衡，是官方将房屋各部位尺寸和构件尺寸，都在材份制的基础上规定了一个比例倍数。比如柱径与斗口、面宽与进深、柱高与柱径等等都有严格的比例规定。

这种制度规范了古建筑的营造，让房屋的大小、等级和造价都有了精确的控制，而这，也成了陆永乐用现代技术实现古建设计的基础。

一般人很难想象，在看似飘逸灵动的古建筑背后，还有这样严丝合缝的数学框架。

这正是因为古建都不是现场浇筑，而是先按照「份」和「材」计算，各生产流程制作构件，再到现场拼装出完整的建筑。

有趣的是，这种生产方式在千百年后，遇到了参数化、智能化设计，古今的智慧穿越遥远的时空，擦出了新的火花。

陆永乐就是这样一个擦出火花的人，他手中的火柴，就是 GDL。

在陆永乐还在自学研究 ArchiCAD 之前，就已经遇到了古建项目。当时用 CAD 很多构件都很难设计表达，在发现了新工具之后，陆永乐又找到了学习的动力和兴趣。ArchiCAD 并不是专门做古建的软件，需要有针对性地去做大量的古建构件库。

ArchiCAD 内置的可视化构件创建工具叫 GDL，全称是 Geometric Description Language（几何描述语言），用它可以创建参数化构件。

与 Revit 的族类似，GDL 构件对象也可以通过一系列的参数来驱动形体，并且可以通过预设好的参数，可以变化出很多个不同的构件，来适应不同的实际需求。

不过使用 GDL 创建参数化构件，需要懂一点编程语言，所以在国内早期会用的人并不多。

陆永乐早在 2003 年左右就对编程产生了浓厚的兴趣，曾经用 LISP 语言编写过程序，对编程的思路也有一些基础，GDL 又是建筑师与数学家合作开发的语言，对建筑师比较友好，总的来说自学上手不算太难。

通过 GDL 语言，他们从最小的构件开始，按照材份等级设计构件变量参数，定义好唐、宋、清的尺寸与现代公制换算关系，再进一步编写 3D 形状、2D 符号、材质、线型颜色等属性，按照要求把构件从小到大进行拼装嵌套，最终完成古建筑的搭建。

对于那些相对自由变换尺寸的构件，利用 GDL 的热点拉伸功能，设置了关键热点，可以在设计窗口中直接拖拽这些热点，相关联的尺寸参数会按照规则实时发生变化。

为了完成这项浩大的基础工作，他们查阅了大量的古建文献，观摩研究现存的古建，请教资深的老师傅，先把这些知识内化到自己头脑里，再通过设计师的空间想象力、几何能力和编程能力，把这些知识固化到构件库里。

举几个例子来说说他们具体做的事。

斗拱

斗拱是古建筑上特有的构件，是柱子与梁和屋顶之间的过渡承重部分，同时发挥着结构功能和美学功能，在唐代发展成熟之后，便规定为皇家建筑专属构件，民间不能使用。

斗拱的类型很多，主要是由斗、升、拱、翘、昂等基本构件组合变化而成，直接用 GDL 编写成型，对尺寸变化做参数定义。

GDL 本质上是一个编程系统，为了提高设计阶段的效率，他们还进一步编写了构件的可视化选择界面，把参数代码封装成图标、列表、按钮和文字，这样其他人在修改和选择构件的时候，可以不用输入代码，直接选择朝代、样式、尺寸等参数，生成对应的构件。

唐、宋、清等不同朝代的斗拱做法区别很大，比如宋代会根据外挑的层数分为四铺作、五铺作、六铺作等，根据华拱出跳的数量分为单杪、双杪、三杪等，根据出挑构件的方向分为上昂、下昂等，又根据横拱的放置结构分为偷心造、计心造等，变化非常多样。

他们把各种构件按照不同方式组合到一起，做出了完善的斗拱构件库，把 2D 和 3D 的表现形式、剖面样式、材质等都做了参数可视化选择界面。

屋顶

古建的屋架和翼角是建模的难点，每个古建筑的屋面都千差万别，甚至有些项目情况不允许按照古法的尺度来设计，一次性建模不难，难在要用参数化来应对千变万化的形式。

在 GDL 里面，他们编写了大量的嵌套关系和三角函数变量，也把编写好的构件做了可视化选择界面，这不仅要对古建形态做大量调研，深入了解屋架和翼角的样式规范，还要有相当的立体几何和数学能力。

利用 GDL 处理复杂系统的能力，整个屋架既可以直接调整撒网椽起点、布椽密度、翼角出檐等参数，还可以在项目里直接拉伸热点，所有构件都按照拉伸自动排列生成。

根据不同项目的要求，又继续把屋面上的瓦片做了深化，梅花形勾头、小青瓦或者滴水的勾头样式，都可以直接在界面里选择，还可以用数值控制瓦片密度、圆滑度、瓦提升高度等参数。

门窗

古建的长窗由夹堂板、心仔、裙板三部分组成，门则是由裙板、夹堂、心仔等组成，框料截面也有很多种。通过编写可视化的门窗部件，让各种构件和框架截面自由组合出几十种门窗样式，用参数直接控制长、宽、厚度等数值。

栏杆

古建的栏杆分为室内木栏杆和室外石雕栏杆，样式很丰富，他们也编写了可视化部件，通过预设的立柱和栏板组合，可以有多样的变化，还可以在布置完成之后随时更改样式。

在创建栏杆系统的时候，陆永乐独创了两个算法，一个是通过热点拉伸，让线段内自动增加节点，二是让栏板在线段内自动匹配。这样在做设计的时候，无论是平面上的端点、中间点，还是调整高度的关键热点，都可以随意拉伸，栏杆扶手跟着自动生成。

除了这些之外，他们还完善了明台、踏道、柱子、屋顶配件、石作构件、五金构件、室内外配景等构件的建模和可视化编程，形成了 19 个大类别的参数化构件库。

在经常做 BIM 模型的人看来，这些都是很基础的构件准备工作，了不起的地方就在于，要把古建千变万化的构件形式总结出用数学描述的规律，用参数化的手段建立起来，还要编写可视化的界面，最终形成一套高效快捷的设计工具。

每年，陆永乐都至少能接到一个仿古项目，不断提高团队的设计工作效率，随着项目越来越多，也积累了越来越多的古建筑参数化构件，形成了自己独特的数字资产。

有了这些积累，加上 ArchiCAD 优秀的建筑设计功能，团队中的设计师可以用三维方式直观地理解空间关系，上手速度也非常快。

2017年的甘肃永昌文庙，设计为三进院落的形式，包含儒、释、道三教文化教育展示区，三教结合最好的朝代始于唐朝，项目又正好位于古丝绸之路上的甘肃，唐代的丝绸之路文化意象，与当今重提的「一带一路」建设遥相呼应。

唐式建筑的整体风格雍容大气、质朴归真。把对传统文化的理解融入到建筑、院落空间的设计中去，是项目设计的核心。为了做这个项目，他们恶补了传统文化知识，结合当地的环境特点、民俗风情和文化底蕴，提炼出项目设计的方向。

整个项目是规模比较大的仿唐建筑群体，包含庑殿重檐、歇山重檐、十字歇山、悬山、长廊等。利用手中准备的参数化构件库，可以在建模的同时开展设计，过程中也能快速调整方案。

项目的屋顶通过参数的调节来满足要求，钟楼、鼓楼、角楼等配套建筑和细部部件也都在三维模型里设计完成。

在三进院落里，模型的每一片瓦、每一个斗拱都是实体显示，依靠 ArchiCAD 优秀的模型承载性能，可以很流畅地运行，当时的渲染图是用 ArchiCAD 模型在软件内直出的。

对于建筑专业来说，有了三维模型，出图就是很简单的事了，施工用到的所有 dwg 图纸，都是从 ArchiCAD 直接导出。

2018 年的广西柳州窑埠古镇项目，基本建造思想为「再现窑埠老镇古朴风貌，古埠码头昔日繁荣」，是柳州十大重点工程。

其中的观光阁是小镇的点睛之笔，采用高台基、三层重檐、四面歇山顶的造型，高度达到 30 多米，内部功能为餐饮、商业、以及观光平台。

建筑设计为仿唐风格，盛唐时期的建筑群格局很开阔，楼阁造型饱满浑厚，木构的力学条理明晰，装饰风格端丽大方。

查询资料时，他们在唐画家李思训的《江帆楼阁图》，以及李昭道的《洛阳楼图》中借鉴意境，设计为高台式四层楼阁的外观。

设计风格上尽量保持唐风遗韵，构筑上也借鉴了宋营造法式的一些做法。建筑采用一等材，斗拱样式为转角辅作单杪三下昂、柱头辅作单杪双下昂，依然是全部图纸从 ArchiCAD 模型中直接导出。

因为属于高层建筑，还需要两部疏散楼梯和直通顶层的电梯，所以楼层面积的设计要结合古法和现代建筑规范，他们利用描绘参照功能，在画上层构件的时候可以参照下一层，很像建筑师在硫酸纸上描图。

楼层划分上需要表现斗拱层和屋面层，在传统设计方法中画斗拱平面图比较简单，仰视图就很麻烦，需要把整体翻转过来重画，而利用 BIM 模型可以很容易出仰视图，不需要手动翻一遍。

这个项目里，也用 ArchiCAD 导出了 BIMX 格式文件，它是把模型和图纸整合到一起，可以在三维模型的任意位置查看对应的图纸，也可以在手机、iPad上随时查看，在做方案演示的时候很方便。

此外，他们还使用 ArchiCAD 和 Twinmotion 配合，模型和渲染分屏联动，快速制作精美的动画。

陆永乐说，在古建项目与甲方沟通的时候，因为要涉及到很多韵味和意境在里面，优秀的动画渲染是很有必要的，同时在设计工期紧张的时候，使用便捷的工具在每一次修改中快速呈现效果，也是提高效率的重要手段。

这个项目目前已经完工，成为了国内第一个被 GRAPHISOFT 公司收录在官网上的经典案例。

他们积累的设计方法、参数化构件库和渲染技术，都在后来 2020 年的山东曹县白衣阁项目中得到了更成熟的应用，无论是整体的设计韵味还是细节的精准程度，都达到了很高的标准。

最近两年，陆永乐开始尝试把点云技术纳入到古建设计的流程中来，他分享了两种工作方式，对应两种工作场景。

➤ 第一种应用是整个建筑物的点云数据采集。

在一个仿古建筑屋顶改造项目中，他们使用无人机点云采集技术配合 GDL 参数化构件，提高了改造设计的效率。

这个改造建筑处在风景区，屋顶部分与园区整体风格不协调。因为建筑物本身年代久远，已经找不到设计图纸，「翻模」的工作没办法展开，加上古建的屋顶、檐口构造比较复杂，不像现代建筑容易测量尺寸，这时候用点云来辅助建模就是个很好的选项。

项目中用的是小型无人机，配置不算高，没有自动避让的功能，而建筑物附近的树木比较茂盛，还必须请人来手动操作无人机飞行。

他们把采集到的点云数据直接导入到 ArchiCAD 中，软件对点云的支持很好，不需要转换，模型进来之后可以任意旋转、测量，为下一步的设计提供依据。

从数据来看，搭建部分的屋顶材质是彩钢板，坡度也不够，跟整体的园林风格很不相称，同时又带来了净高低、光线暗的问题。

进一步提出的改造方案是，整体建筑尺寸保持不变，建筑风格沿用江南宋式风格，屋顶采用歇山顶型制，侧面加高窗，增加采光量。

正如前面说到的，古建的定式和构件都很标准化，参考点云模型，懂行的人只要找到对应的部件，参数调整尺寸再拼接就能比较方便地完成建模，这时候参数化 GDL 构件的能力就可以发挥出来了。

以三维点云数据作为参考，再从建模软件中找到对应的构件，建立出模型，陆永乐把这种工作方式称为「匹配建模」。

基础模型完成之后，就可以正式设计改建的屋顶部分了，这里走的就是正向设计的流程，沿用前面的构件参数，就能很快搭建出符合形制的建筑模型。后续的改建方案设计也就顺利多了。

➤ 第二种应用是采集人体大小范围内的小构件，比如雀替、栏杆、石雕等。这些构件形体比较复杂，手动建模会花费很多精力，很适合用点云采集数据，完善自己的构件库。

这种方式采集点云数据，甚至不需要专门的无人机，因为物体不算大，对精度要求也没有建筑构件那么高，只要用手机围着物体拍一圈，再用软件处理一下就可以生成，积累这种构件库的效率很高。

点云模型就是一系列带颜色的空间坐标点组成的，所以在渲染的时候不会反射光线，需要转换成 dae 或者 obj 等面片格式的模型，才能正常渲染。

在古建筑的渲染和展示环节，有了这些古色古香的构件，会显得整个设计灵动很多，也更能表达出设计的意境氛围。

看了陆永乐一路走来的过程，可能有些小伙伴会想，这也没什么大不了，就是用三维软件做设计，没啥 BIM 的高级应用嘛。

而我们觉得他了不起的地方，恰恰在于抓住技术应用的一个方向，把它做专、做深。

陆永乐在很多场合强调，自己不是做 BIM 的，而是一名建筑设计师，对于他来说，用 BIM 作为工具，把设计做好，完成那些之前很难完成的项目，才是最有成就感的事情。

在我们刚入行的时候，曾经听不下三位前辈说：古建筑那东西，形体没规律，构件太复杂，BIM 做不了，别去碰。

陆永乐也坦言，刚刚面对古建项目的时候，和所有人面对同样的一团乱麻。但他没有着急否认，而是边行动边尝试——形体没规律，就去学习和总结规律，构件太复杂，就一点点写参数、敲代码。

他用行动证明，古建不仅可以做 BIM，而且可以做得很好，不仅自己做了，还把方法都拿出来分享。

当这些知识从古籍中走出来，变成了可以复用的数据，这就是我们常说的数字资产。

如今的他和团队，因为拥有了这些数字资产，所以会有更多的项目慕名而来，他们也能在项目中不断精进自我，进入了螺旋上升的过程。

在传统行业中，发现一条别人不愿走的路，挖掘其中的知识，积累成数字资产，在不断的实践中让资产的价值持续提高，行业中类似这样值得重做一遍的事还很多，条条大路留给那些不轻易「Say No」的、勇敢的人。

今天的内容就分享到这里，有态度，有深度，BIMBOX，咱们下次见！