辛林旗，王召福

（1.中山大學(xué)，廣東 廣州 510006；2.廣州智慧家庭技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)中心，廣東 廣州 510006）

隨著人們生活質(zhì)量的改善，單純的功能性空間已經(jīng)逐漸滿足不了人們更高的精神追求，人們熱衷于更個(gè)性化、更舒適便捷的家居設(shè)計(jì)體驗(yàn)。在現(xiàn)實(shí)生活中，一個(gè)稱心如意的家居設(shè)計(jì)少之又少，除了國內(nèi)室內(nèi)設(shè)計(jì)人員水平參差不齊、裝飾材料不盡如人意等客觀因素外，業(yè)主和設(shè)計(jì)施工人員之間的溝通交流存在障礙也是一個(gè)很重要的原因。

家居設(shè)計(jì)中一套常規(guī)的流程是這樣的：1）業(yè)主向施工單位提供任務(wù)書，闡述設(shè)計(jì)想要的風(fēng)格樣式；2）施工方收集相關(guān)資料，設(shè)計(jì)概念草圖；3）業(yè)主同意施工方的設(shè)計(jì)草圖，施工方開始施工。施工方會(huì)向業(yè)主提供設(shè)計(jì)施工圖、全局布局圖、部分特寫圖等。這樣的設(shè)計(jì)流程存在3個(gè)嚴(yán)重問題：1）設(shè)計(jì)圖需要用專業(yè)的CAD軟件設(shè)計(jì)，如Max3D、瑪雅等，費(fèi)用高昂，不經(jīng)濟(jì)；2）設(shè)計(jì)圖紙是二維的，對(duì)于業(yè)主來說，對(duì)未來的設(shè)計(jì)效果也只可能有一個(gè)很模糊的概念，可展示性差；3）設(shè)計(jì)本身需要很高的專業(yè)水準(zhǔn)，對(duì)于設(shè)計(jì)師本身來說也是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。本文將闡述一種基于BIM理念的三維家居設(shè)計(jì)的方法。

1 BIM建筑信息模型

建筑信息模型[1-2]（Building Information Modeling，BIM）是一個(gè)包涵了對(duì)一個(gè)建筑設(shè)施的物理和功能性特點(diǎn)的數(shù)字化表示的生產(chǎn)和管理的過程，使用了一種標(biāo)準(zhǔn)化的采集該建筑設(shè)施整個(gè)生命周期內(nèi)所有信息的模型，擁有一整套從計(jì)劃設(shè)計(jì)到實(shí)施維護(hù)的詳細(xì)流程（NIBS 2008）。

從本質(zhì)上說，BIM是（建筑設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營維護(hù)）的作業(yè)工具，是一種工作方法，是一種比傳統(tǒng)二維CAD更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念。目的是讓參與工程的各方盡可能快地了解工程中與之有關(guān)的情況，并且對(duì)工程實(shí)施過程中的足夠長的時(shí)間跨度內(nèi)的各種事情能夠清晰地追溯，以便分清責(zé)任和各自所需承擔(dān)的責(zé)任。目前，BIM技術(shù)主要是靜態(tài)三維，并局限于建筑物的設(shè)計(jì)及建造階段，而未來，基于物聯(lián)網(wǎng)的BIM技術(shù)必將動(dòng)態(tài)模擬建筑物投資決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收、運(yùn)營維護(hù)、拆除及廢料處理等各階段的全壽命周期。基于物聯(lián)網(wǎng)的BIM技術(shù)將讓投資決策者擺脫決策無數(shù)據(jù)支撐的煩惱、讓工程造價(jià)者擺脫堆積如山的圖紙及熬夜作戰(zhàn)的痛苦、讓施工管理者擺脫繁瑣的施工方案編制及錯(cuò)綜復(fù)雜的施工協(xié)調(diào)、讓運(yùn)營維護(hù)者迅速查找到問題和解決之道，讓建筑參與各方實(shí)現(xiàn)信息化、精細(xì)化管理。

因此，建筑信息模型（BIM）作為一種新型的設(shè)計(jì)手段，將和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，使建筑提升到智慧建筑的新高度，開創(chuàng)智慧建筑新時(shí)代，是建筑業(yè)下一個(gè)重要發(fā)展方向；同時(shí)將使物聯(lián)網(wǎng)在樓宇智能管理、物業(yè)管理和建筑物的運(yùn)行維護(hù)方面發(fā)揮更大的作用。BIM還是一種比傳統(tǒng)二維CAD更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，它把建筑業(yè)業(yè)務(wù)流程和表達(dá)建筑物本身的信息更好地集成起來，從而提高整個(gè)行業(yè)的效率。

2 智能家居控制

在傳統(tǒng)的智能家居設(shè)備中，界面元素大部分都是二維的，如一個(gè)按鈕組來控制燈的開和關(guān)。通過將智能控制信息與BIM模型中的組件進(jìn)行綁定，理論上可以實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景中用更加接近現(xiàn)實(shí)的組件實(shí)現(xiàn)智能家居控制，并且能夠?qū)⑿Ч皶r(shí)展現(xiàn)在BIM場(chǎng)景模型中。

本文接下來介紹一套新型的智能控制解決方案，該方案通過一個(gè)可自定義的控制器，將具有強(qiáng)大計(jì)算能力的云平臺(tái)和便捷的移動(dòng)終端巧妙地組合在了一起，如圖1所示。

圖1 智能家居控制系統(tǒng)框架示意圖

該方案的流程是這樣的：用戶可以進(jìn)入家居設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，在云平臺(tái)強(qiáng)大的組件庫支持下，結(jié)合現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)出逼真的三維家居環(huán)境；設(shè)計(jì)完成后，工程師可以通過智能控制系統(tǒng)對(duì)該家居環(huán)境中的可控組件（如燈、窗簾等）進(jìn)行命令綁定，完成綁定的家居配置文件將下發(fā)到用戶家庭的控制器中；最后，用戶就可以下載給定的App對(duì)家里的設(shè)備進(jìn)行智能控制。

基于Web的家居設(shè)計(jì)應(yīng)用，是本控制系統(tǒng)框架中實(shí)現(xiàn)良好用戶體驗(yàn)的重要組成部分。該應(yīng)用的主要功能是將一個(gè)便于設(shè)計(jì)的二維視圖的家具設(shè)計(jì)圖渲染成便于展示的三維家具設(shè)計(jì)視圖，如圖2、圖3所示。因此，需要建立一張二維視圖和三維視圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系表以及一個(gè)BIM信息庫來保存家居組件的BIM信息，如該組件的紋理信息、位置信息、尺寸大小信息等。

在家居設(shè)計(jì)領(lǐng)域，已經(jīng)有很多很優(yōu)秀的應(yīng)用軟件如SweetHome[3]的存在，但是其中不少的應(yīng)用都有很大的局限性，譬如SweetHome需要有Java的運(yùn)行環(huán)境，并且沒有與智能家居控制系統(tǒng)有很好的對(duì)接。而采用基于HTML5的Web技術(shù)將很好地克服這一困難。相對(duì)于傳統(tǒng)的PC軟件，基于瀏覽器的Web應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)有：用戶可以在不安裝任何輔助軟件包的情況下使用這個(gè)應(yīng)用；軟件開發(fā)迭代更加敏捷，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的更新；同一個(gè)Web應(yīng)用可以在Linux、Windows、iOS等操作系統(tǒng)下跨平臺(tái)運(yùn)行，因此開發(fā)成本比傳統(tǒng)的PC軟件要低。當(dāng)然，基于瀏覽器的Web應(yīng)用也存在一些不足，其中一個(gè)很致命的缺陷，就是系統(tǒng)的訪問需要有正常的網(wǎng)絡(luò)連接。但是隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善的當(dāng)代社會(huì)，這個(gè)缺陷基本可以不用考慮，而且賦予了基于Web的家居設(shè)計(jì)一個(gè)很好的特性：使當(dāng)前設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)共享成為可能，并成為一個(gè)設(shè)計(jì)師和最終客戶之間進(jìn)行良好溝通的平臺(tái)。

圖2 二維視圖的家居設(shè)計(jì)圖示意圖

圖3 基于BIM理念的三維家居設(shè)計(jì)示意圖

3 BIM與家居設(shè)計(jì)

在上述智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，采用了基于BIM理念的設(shè)計(jì)思路。人們認(rèn)識(shí)、感知這個(gè)世界，是三維的甚至更高維度的。二維的視角和三維的視角所能攜帶的信息量是有一個(gè)巨大的鴻溝的?；谶@一點(diǎn)，將BIM應(yīng)用到日常的家居設(shè)計(jì)，將會(huì)帶來一些革命性的變化，這些變化具體可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）信息元的改變

二維CAD的數(shù)據(jù)只能是一些幾何圖形元素，如線條、曲線和圓等。而BIM模型能夠具有智能的上下文語義，其對(duì)象是根據(jù)建筑本身的元素和系統(tǒng)諸如空間、墻、房梁和柱子等定義的（CRC Construction Innovation 2007）它們所構(gòu)建室內(nèi)產(chǎn)品更加貼近現(xiàn)實(shí)。一個(gè)BIM模型擁有相關(guān)建筑的所有信息，包括它的物理和功能特征，項(xiàng)目的生命周期信息等。

2）可視化展示

二維CAD僅僅提供了對(duì)一棟建筑的二維視圖描述，如建筑的平面圖、截面圖以及立面圖等。而BIM設(shè)計(jì)建立起來的模型就是設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的成果，各種視角的平面圖、截面圖、立面圖，以及三維效果圖、三維動(dòng)畫都可以根據(jù)需要隨意生成[4]。如果業(yè)主對(duì)家居設(shè)計(jì)中的某一塊不滿意，設(shè)計(jì)師可以及時(shí)修正三維模型的材料材質(zhì)、紋理顏色、燈光布置等，并把最新的成果展示給業(yè)主。這為設(shè)計(jì)的可視化提供了極大的便利，保障了最終設(shè)計(jì)的質(zhì)量，并將大大提高業(yè)主的滿意度。

3）實(shí)現(xiàn)在線信息的共享

正如本文開始提到的，在家居設(shè)計(jì)過程中，一般都只是簡(jiǎn)單的業(yè)主提出設(shè)計(jì)需求，然后設(shè)計(jì)師推敲需求，進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后把最終的設(shè)計(jì)圖反饋給業(yè)主。這個(gè)流程最大的缺陷就是業(yè)主和設(shè)計(jì)師之間缺乏溝通交流，導(dǎo)致業(yè)主可能對(duì)最后的設(shè)計(jì)成果不滿意。基于BIM的家居設(shè)計(jì)可以很好地解決這個(gè)問題：在BIM中，一些常用的基本構(gòu)件的模型數(shù)據(jù)都會(huì)存放在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，可以以BIM為核心搭建一個(gè)基于Web的信息共享平臺(tái)，使業(yè)主和設(shè)計(jì)師可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的溝通交流，保證整個(gè)設(shè)計(jì)過程順利、流暢的進(jìn)行。

4）信息熵的改變

在傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計(jì)中，一張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙能傳達(dá)的信息很少，如簡(jiǎn)單的顏色搭配情況、各個(gè)組件的大概擺放位置信息等。BIM模型攜帶了建筑本身詳盡的信息，這就為建筑的施工帶來很多的便利。例如可以根據(jù)BIM模型生成家居設(shè)計(jì)中要用到的材料表、門窗表、墻體的面積、家具的數(shù)量、價(jià)格等信息，從而可以對(duì)此次家居設(shè)計(jì)進(jìn)行粗略的預(yù)算估計(jì)，控制實(shí)際生產(chǎn)過程中的開支，并且能夠大大提高所購材料尺寸和數(shù)量的準(zhǔn)確性；也可以通過IBM模型了解室內(nèi)光、熱環(huán)境的設(shè)計(jì)。

5）更直觀地進(jìn)行智能控制效果展示

智能家居[5]是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺(tái)，安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實(shí)施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為智能家居集成。以住宅為平臺(tái)，利用有線和無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通信技術(shù)，包括綜合布線系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、背景樂/廣播系統(tǒng)、燈光窗簾控制系統(tǒng)、空調(diào)VRV控制系統(tǒng)，以及家庭影院控制系統(tǒng)。

4 小結(jié)與展望

針對(duì)現(xiàn)有家居設(shè)計(jì)過程中存在的一些問題，本文提出了基于IBM理念的三維家居設(shè)計(jì)方法，通過該方法，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)師、業(yè)主、施工單位等多個(gè)實(shí)體緊密地聯(lián)系在一起，保障了整個(gè)家居設(shè)計(jì)及施工的質(zhì)量，具有很好的積極意義。在家居設(shè)計(jì)階段，使用BIM的3D技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)整體的可視化，在業(yè)主和設(shè)計(jì)師之間建立了一條良好的溝通渠道，不至于出現(xiàn)“雞同鴨講”的尷尬局面；在施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，可以有效降低信息傳送過程中可能出現(xiàn)的理解錯(cuò)誤。

在智能家居大行其道的當(dāng)代社會(huì)，如何將BIM和智能控制聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)控制和虛擬場(chǎng)景的真正融合，進(jìn)而搭建一個(gè)智能家居設(shè)計(jì)和控制一體化的綜合性平臺(tái)，是一個(gè)很有意思的話題。

[1]EASTMAN C，TEICHOLZ P，SACKS R，et al.BIM handbook:a guide to building information modeling for owners，managers，designers，engineers and contractors[M].[S.l.]：Wiley，2011.

[2]AZHAR S，MICHAEL H，BLAKE S.Building information modeling （BIM）:benefits，risks and challenges[EB/OL].http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-090711-090955/unrestricted/mwang.pdf.

[3] SweetHome3D，a free and open-source interior design application[EB/OL].http://www.sweethome3d.com.

[4] 王廷魁，杜長亮，張巍，等.基于BIM的全裝修房個(gè)性化設(shè)計(jì)研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2013（1）：44-48.

[5]智能家居[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/37089.htm.2013-5-28.