悠久历史与21世纪建模软件在大埃及博物馆完美相遇
- 建造开罗大埃及博物馆要应对各种复杂的挑战来安装珍贵无比的文物并确保其安全。
- 采用激光扫描和3D建模来记录馆中约10万件从史前到希腊罗马时期埃及文明的文物。
- 这个宏大的项目通过BIM软件来协调150多个分包商和5000名现场工人，最终成功地完成了复杂、环保的建筑设计。2018年1月，在埃及吉萨，重达83吨、高达9米的拉美西斯二世花岗岩雕像，由两个拖车从临时安放处运送到新建的大埃及博物馆，安放在高耸的中庭中，这一壮举吸引了大批民众聚集观看。博物馆定于2023年开放，距已故埃及总统胡斯尼·穆巴拉克为其奠基时已过去了20多年。
这座法老雕像已有3200年历史，是古埃及最宏大的雕像之一，公元前13世纪从阿斯旺的采石场运送到普塔神庙，此后曾消失了几个世纪，直到1820年由意大利的埃及学家乔瓦尼·巴蒂斯塔·卡维利亚（Giovanni Battista Caviglia）在考古中重新发现。2006年，这座雕像从开罗的Bab Al-Hadid广场运送到吉萨博物馆建筑群进行修复，并安放于此直到2018年，然后进入大埃及博物馆作为永久藏品。
长期以来，运输和安放珍贵文物一直是个挑战，但随着新兴数字技术的出现，这个操作变得更高效，且风险也更小。运送拉美西斯二世雕像前，雕像需要先经过激光扫描以生成3D模型。该馆其他文物也都经过扫描生成模型，预估共计10万件，源自从史前到希腊罗马时期的埃及文明，包括图坦卡蒙国王墓中的全部文物。
大埃及博物馆是当今世界上最大的考古博物馆，耗资10亿美元，占地50万平方米，园区建设由总部位于开罗的Orascom公司牵头，并与埃及旅游和文物部以及布鲁塞尔的建筑集团Besix合作进行。Orascom公司采用激光扫描在Autodesk ReCap Pro软件中生成一组拉美西斯二世的微小数字针刺（称为一个点云），然后将其导入到Autodesk Revit软件中，以数字方式重建雕像的网格叠加，然后再导入能呈现整个博物馆信息的更大型的建筑信息模型（BIM）中。
提前对雕像进行建模，精确到几英寸，据此专门制出一个金属笼子，把雕像放在其中，从而确保安全地运送到博物馆中庭。博物馆中庭的房顶由钢梁结构和白色混凝土制成，光线透过钢梁之间的格状空隙洒在雕像上，显得神采奕奕，呼之欲出。
“这件雕像有数千年历史，是件非常精致的作品，”Orascom公司负责人力资源和IT部门的副总裁Khaled El-Said说。“模型对运输和安装有很大的帮助。此外，雕像的周围还有其他展品，我们还要确保它不会影响观众欣赏其他展品。”
拉美西斯二世雕像只是反映大埃及博物馆积极采用现代技术的一个例子。博物馆位于吉萨高原上距开罗19公里、距古老的法老胡夫、哈夫拉和孟卡拉金字塔仅1.6公里之处，如何将其完美融入所在环境？其中牵涉到许多问题，包括选址、朝向、几何空间、材料使用和环境敏感性，甚至规模等。采用21世纪的建筑建模软件后，这些问题都迎刃而解。
为重振该地区近年有所下降的旅游业，博物馆预计每年接待500万游客，设有展览馆、儿童区、带3D电影院的会议中心、零售店、图书馆和10家餐厅。博物馆最大一块区域内设有多个露天空间，包括广场、展览场地，还有许多公园和花园。据史密森尼杂志报道，有个特别的展览空间将展出一艘4600年历史的木船，或称“太阳船”，专家认为 “这艘木船可能属于法老（胡夫）舰队”，或者“它被用来将死后复活的国王带到天堂”。
“旅游业具有非常大的增长潜力，对经济的影响很大，”Orascom建筑公司首席执行官Osama Bishai在牛津商业集团制作的一个YouTube视频中说。“埃及拥有伟大的文明，现在是时候为它建造一个宏大的展览馆了。”
视觉效果、空间分析和制造
建筑设计通常要考虑其所在环境，具有历史和文化意义的标志性建筑更是如此。博物馆朝向的设计采用Autodesk Revit和BIM 360软件来建模，将人们的视线从外墙引伸到三个吉萨金字塔的顶点——博物馆几乎像是从同一个消失点的透视图中同步诞生的，在视觉上形成一种连接过去和现在的效果。
Orascom公司的项目方法和控制业务执行董事Shehab Shenouda介绍道，有个展厅能看到“三塔同框”的壮观景象，仿佛博物馆延伸到了遥远的金字塔处。El-Said补充说，这个设计创造出“三座金字塔处于同一画面的景象，好像三座金字塔也是博物馆的一部分”。这在技术上也是一项了不起的成就，如果用传统的测量方法，几乎不可能做到。
博物馆外观宏大、呈斜面三角造型，与吉萨金字塔遥相呼应。该设计来自Henegan Peng建筑事务所，通过埃及文化部和联合国教科文组织主办的国际设计竞赛从1557份参赛作品中选出。“这个设计的特色在于选择一个射线点——就是博物馆，”Shenouda说。“它从某个点向三座金字塔投射；三条无形的射线经过博物馆一直延伸到三座金字塔上。巨大的白色混凝土屋顶，带有长达40米的鳃状板，需要把结构钢梁、接头和模板无缝地连接起来，再施以法国LaFarge制造商的特殊混合混凝土材料。”
“要建造这样一个三维的三角形状，所用到的每块板都是不同的几何形状，没有同样的，”Shenouda说。“我们必须为每个区域制造特定的模板和钢筋，没有任何组件可以重复制作。”
设计团队采用Autodesk Dynamo来编写自定义脚本，以对这些元素的精细迭代进行自动建模。超过28.3万立方米的混凝土热浇灌到不对称的模板中，建出层叠状的屋顶轮廓；大型楼梯的侧面有30米高“细高跟鞋”形状的造型。通风的混凝土屋顶和外墙可最大限度地减少导热，确保即使在夏季炎热高峰期室外温度高达摄氏66度时，展厅室内也可自然地保持在23度。“想想看，这会节省多少空调能耗啊，”El-Said说。“当然馆内还是有空调的，但电力负荷大大减少，相关的一切也相应减少。这是设计中的一个关键环保要素。”
建筑群中还设有一个空气质量监测站，与环境事务局的国家工业排放控制网络相连，以收集数据，用于按当地环境保护法控制污染。许多建筑材料都在当地制造和购买，机械设备和电气设备根据其节能情况而选择，以满足可持续性方面的要求。
BIM和3D项目协调
该项目另外一个值得一提的亮点，就是如何在一个大型团队中协调各种信息，该团队由150个分包商和5000名现场工人组成，分布于长达800米的博物馆建筑工地。虽然此项目施工到中途时才开始采用BIM 360软件，但作为通用的数据环境，BIM 360提升了过去非常耗时的范围界定工序的效率。El-Said表示，过去需要由Besix公司和Orascom公司联合的内部BIM团队对分包商的模型进行人工审查和批准，然后分包商才能发布制造图纸。这个项目已历时二十年，并因两次政治革命和新冠大流行而大大延迟，引入BIM 360软件后，其可访问的界面让工程进度得以加速。
从本质上看，3D环境所起的作用就是充当实体景物的虚拟副本或数字孪生体。BIM 360软件把“已建造”情况显示在基于云的共享界面中，并实时更新，有助各团队访问文件并协调工作流。这个共享的模型总共记录了1000多个更改请求、4000个工程量清单请求、12000份提取信息的请求（RFI）、45000张提取的施工图，以及33000张提取的已建部分的图纸。BIM软件还可对暖通空调、电气和管道系统之间的潜在冲突发出警告，将机械、电气和给排水（MEP）安装返工单减少到总数的5%以下，冲突率降到了最低。
“建模有助于实现循环式建造，”Shenouda说。“如果以人工方式进行采购，在这么大规模的项目中，情况每天都有变化，所以肯定会出错。而依赖由数据支持的单一来源，并及时纳入分包商的更改和输入，可大大提高项目执行的效率。”