楊菲，張學(xué)輝，王麗洋，安軍海

摘要：為了解決裝飾工程設(shè)計(jì)階段存在的設(shè)計(jì)圖紙協(xié)同性較差、設(shè)計(jì)效率低，施工中存在專業(yè)碰撞及安全隱患等問題，運(yùn)用BIM與VR技術(shù)并結(jié)合實(shí)際戶型案例，通過構(gòu)建帶有參數(shù)屬性的可視化設(shè)計(jì)體系，從可視化、虛擬體驗(yàn)、自主設(shè)計(jì)、裝飾預(yù)算、碰撞檢查、圖紙生成等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)流程分析，探討了BIM與VR技術(shù)在裝飾工程設(shè)計(jì)階段所帶來的創(chuàng)新及應(yīng)用價(jià)值。結(jié)果表明，BIM與VR技術(shù)在提高設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)效率、增強(qiáng)業(yè)主參與度、保證后期施工質(zhì)量、降低裝飾成本、提升業(yè)主滿意度等方面均發(fā)揮了積極作用。BIM與VR技術(shù)為設(shè)計(jì)師和業(yè)主帶來極大便利，將有可能逐步取代傳統(tǒng)裝飾工程設(shè)計(jì)流程。

關(guān)鍵詞：裝飾工程;BIM;VR;自主設(shè)計(jì);裝飾預(yù)算

中圖分類號(hào)：TU2014 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi： 10.7535/hbgykj.2020yx01009

Application analysis of BIM and VR technology in

decoration engineering design stage

YANG Fei， ZHANG Xuehui， WANG Liyang， AN Junhai

Abstract：In order to solve the problems of poor coordination， low design efficiency， professional collision and potential safety hazard in the design stage of the decoration， a visual design system with a parameter attribute is constructed by using the method of BIM and VR and combining with the actual house type case. The design flow is analyzed from the aspects of visualization， virtual experience， autonomous design， decoration budget， impact inspection， drawing generation and so on，the innovation and application value brought about by the technology of BIM and VR in the design stage of decoration are discussed， the design efficiency of the designer is improved， and the participation of the owner is enhanced. The construction quality of the later stage is guaranteed， the decoration cost is reduced， and the satisfaction of the owner is improved. The results show that the BIM and VR technology bring great convenience to the designer and the owner， and it will be possible to gradually replace the traditional decoration engineering process.

Keywords：decoration engineering; BIM;VR;independent design; decorative budget

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的提升，人們對(duì)于居住環(huán)境的裝飾效果要求日益提高。而裝飾工程作為建筑行業(yè)里一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，其發(fā)展水平的高低直接影響到建筑物的美觀性與居住的舒適性[12]，因此對(duì)裝飾工程設(shè)計(jì)階段提出了更高要求。

在傳統(tǒng)的裝飾工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通過CAD技術(shù)進(jìn)行平、立、剖面的二維圖紙繪制，但由于CAD的自身缺陷，圖紙互通性不足，無法進(jìn)行關(guān)聯(lián)[3]，常常出現(xiàn)圖紙與設(shè)計(jì)意圖不符、詳圖表達(dá)不夠具體等現(xiàn)象;針對(duì)能讀懂施工圖紙的業(yè)主并不多[4]，設(shè)計(jì)人員通過3D MAX軟件對(duì)業(yè)主進(jìn)行效果圖的呈現(xiàn)，但由于軟件的操作復(fù)雜性，存在效果圖制作時(shí)間過長、出圖效率低、效果圖交互性差等缺點(diǎn);在施工階段工藝復(fù)雜，通過二維圖紙難以觀察管道與裝飾空間的位置關(guān)系，工人識(shí)圖難度大，容易造成因趕工而產(chǎn)生施工質(zhì)量下降、資源不能合理利用等現(xiàn)象，甚至施工進(jìn)度與質(zhì)量無法得到保障，由于大部分業(yè)主不具備建筑專業(yè)知識(shí)，無法根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，建筑材料以次充好的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，買賣雙方交易不透明，很容易造成糾紛。同時(shí)施工過程的不合理性，也容易造成材料的大量浪費(fèi)。

1BIM與VR技術(shù)在裝飾工程中的應(yīng)用

1.1BIM與VR技術(shù)概述

BIM技術(shù)以三維模型為基礎(chǔ)，將設(shè)計(jì)過程中各個(gè)專業(yè)的相關(guān)信息存儲(chǔ)于同一個(gè)模型中，促進(jìn)了建筑工程中的信息化管理[6]，因此在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用BIM技術(shù)能大大縮短設(shè)計(jì)周期、提高施工效率、保證工程質(zhì)量。該技術(shù)的可視化特點(diǎn)能夠使施工過程中存在的安全隱患問題提前被人們預(yù)知并進(jìn)行調(diào)整。

VR技術(shù)是以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)生成的一種交互式三維動(dòng)態(tài)視景，可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界，其實(shí)體行為的仿真系統(tǒng)能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中，感受建筑物內(nèi)部或外部空間，具有沉浸式、交互式和虛擬真實(shí)性的特點(diǎn)[7]。

在設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)只停留在三維模型的展示層面，用戶并不能真實(shí)感受到所處的居住環(huán)境、裝飾材質(zhì)、構(gòu)件參數(shù)等信息。而VR技術(shù)雖具備交互式模擬環(huán)境的特點(diǎn)，能真切感受空間，但無法將構(gòu)件的顏色、材質(zhì)、價(jià)格等信息進(jìn)行存儲(chǔ)與體現(xiàn)。可見，BIM技術(shù)與VR技術(shù)極具互補(bǔ)性[8]，將BIM與VR技術(shù)相結(jié)合共同應(yīng)用在裝飾工程中，既能用真實(shí)的視覺效果表達(dá)出設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，又能在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上增加查看構(gòu)件信息、更改材質(zhì)、放置家具等功能，增強(qiáng)用戶的感知體驗(yàn)。

1.2BIM與VR技術(shù)在裝飾工程的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的裝飾工程中，由于傳統(tǒng)觀念以及技術(shù)水平的限制，長期以來多采用抽象的平面效果圖來表現(xiàn)具有豐富信息的三維空間形態(tài)，這種傳遞信息的方式交流起來較為困難[9]。將BIM與VR技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用在裝飾工程設(shè)計(jì)階段中，可有效彌補(bǔ)這一不足，其具有如下優(yōu)點(diǎn)。

1）具有可視化與協(xié)調(diào)性在前期設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)的三維可視化特點(diǎn)[10]使人們既能看到構(gòu)件的幾何信息，又能對(duì)材質(zhì)、顏色、價(jià)格等數(shù)據(jù)進(jìn)行查看與修改。用戶通過觀看三維模型并與設(shè)計(jì)師進(jìn)行有效溝通，可以提高業(yè)主在設(shè)計(jì)階段的參與度，減少因設(shè)計(jì)方案的反復(fù)修改而造成的時(shí)間與成本浪費(fèi)[1112]。

2）可進(jìn)行碰撞檢查裝飾工程作為建筑全生命周期的后期階段，在設(shè)計(jì)過程中必定會(huì)與其他專業(yè)進(jìn)行交叉。通過BIM技術(shù)可在施工前對(duì)各專業(yè)間進(jìn)行碰撞檢查，預(yù)先對(duì)存在的問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，避免在施工時(shí)再出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更而造成施工圖的不斷修改，避免事故的發(fā)生[1314]。

3）可生成施工圖紙及施工模擬設(shè)計(jì)階段圖紙信息表達(dá)的正確與否與后期的施工質(zhì)量息息相關(guān)。BIM技術(shù)可通過三維模型直接生成施工圖紙或詳圖用于指導(dǎo)施工，在對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化后，圖紙也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)變化，大大提高出圖效率及準(zhǔn)確性。對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，施工人員可通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，從三維角度了解構(gòu)件的設(shè)計(jì)信息，對(duì)施工中可能存在的技術(shù)難題提前進(jìn)行分析和優(yōu)化，保障后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

4）可生成工程量明細(xì)表傳統(tǒng)裝飾工程由專門的預(yù)算人員根據(jù)施工圖紙進(jìn)行工程量計(jì)算[15]，容易導(dǎo)致因不了解施工工藝而使工程量統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確，造成材料浪費(fèi)。采用BIM技術(shù)，在存有材料信息的三維模型基礎(chǔ)上，通過明細(xì)表可快速統(tǒng)計(jì)出墻飾面、吊頂、地板等工料用量，業(yè)主可以對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的工程量進(jìn)行對(duì)比，量價(jià)結(jié)合，選出符合自己裝飾預(yù)算的方案。這能節(jié)省人力，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，還有利于采購的準(zhǔn)確性與交易透明性，減少不必要的糾紛。

5）可進(jìn)行真實(shí)模擬在設(shè)計(jì)方案展示階段，真實(shí)性與交互性是VR技術(shù)的突出特點(diǎn)。通過VR設(shè)備進(jìn)行場(chǎng)景模擬，在已儲(chǔ)存好材質(zhì)與屬性信息的BIM模型基礎(chǔ)上，業(yè)主可對(duì)整體戶型進(jìn)行全方位漫游體驗(yàn)，也可對(duì)其居住環(huán)境進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)的查看并對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量，挖掘更多深層次的信息;還可提前虛擬體驗(yàn)“真實(shí)”的房屋裝飾效果，通過交互感知，對(duì)不滿意的裝飾風(fēng)格進(jìn)行自主調(diào)整與更換。總之，這種最直觀的展示方式能滿足業(yè)主需求，使業(yè)主充分地參與其中。

2BIM與VR技術(shù)在裝飾樣板間中的應(yīng)用分析

2.1項(xiàng)目概況與模型初步建立

本文采用某小區(qū)經(jīng)典戶型，三室一廳一廚兩衛(wèi)，建筑面積為93.575 m2。 利用BIM技術(shù)核心軟件Revit進(jìn)行建模，將各專業(yè)信息模型進(jìn)行鏈接整合，首先，構(gòu)建了毛坯房BIM模型，如圖1所示。其后，裝飾設(shè)計(jì)師在符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合業(yè)主的需求，基于BIM技術(shù)建立出精度不少于LOD400的家具、櫥柜、衛(wèi)生器具等模型構(gòu)件集，如圖2所示沙發(fā)構(gòu)件集。最后，將建立好的構(gòu)件集載入到最初的BIM模型中，同時(shí)對(duì)墻體的顏色及裝飾品的材質(zhì)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)物品的擺放位置進(jìn)行調(diào)整，形成如圖3所示初步設(shè)計(jì)的裝飾BIM模型。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)與業(yè)主自由選擇

將初步建立好的裝飾BIM模型導(dǎo)入Fuzor平臺(tái)中供業(yè)主進(jìn)行VR體驗(yàn)。由于裝飾工程具有特殊性，不同業(yè)主對(duì)居住環(huán)境的裝飾效果有不同的期望。借助于VR技術(shù)，業(yè)主在如圖4所示的虛擬“真實(shí)”環(huán)境中，通過操作手柄對(duì)構(gòu)件進(jìn)行選擇，并查看相關(guān)的屬性信息。在沉浸式體驗(yàn)的同時(shí)，業(yè)主可根據(jù)自己的喜好對(duì)不滿意的構(gòu)件、顏色或房間布局進(jìn)行調(diào)整，在設(shè)計(jì)師給出的初步設(shè)計(jì)裝飾模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)，并進(jìn)行最佳裝飾效果優(yōu)化，對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，如圖5所示。

2.3工程量明細(xì)表及裝飾預(yù)算

除了裝飾效果外，業(yè)主最關(guān)心的是裝飾成本預(yù)算，而預(yù)算離不開工程量的統(tǒng)計(jì)。利用BIM技術(shù)的明細(xì)表功能，可即時(shí)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出相關(guān)工程量，如某面墻的面積、體積，木地板的數(shù)量，再賦予單價(jià)，業(yè)主便可進(jìn)一步對(duì)預(yù)選設(shè)計(jì)方案進(jìn)行裝飾預(yù)算的控制與比選。

對(duì)于鋪磚等工序，通常需要進(jìn)行切磚處理，如果處理不當(dāng)，很容易造成材料的浪費(fèi)，BIM技術(shù)可提前模擬出最經(jīng)濟(jì)合理的鋪設(shè)樣式，預(yù)算地磚地板的各種規(guī)格及其數(shù)量。

本文以陶瓷地磚與木地板的鋪設(shè)為例，對(duì)明細(xì)表的功能進(jìn)行分析。

由于Revit自帶的樓板功能主要是針對(duì)建筑樓板，對(duì)于地磚、地板的鋪設(shè)方式考慮并不完善，因此不利于工程量的統(tǒng)計(jì)。本文通過構(gòu)建共享參數(shù)的方式，添加尺寸、材質(zhì)等參數(shù)組，如圖6所示，繪制出可參變的地磚、地板BIM模型，并載入到業(yè)主自主設(shè)計(jì)后的BIM模型中進(jìn)行排磚處理。由于是參變族，可根據(jù)需要進(jìn)行地磚、地板尺寸與材質(zhì)的調(diào)整。不同功能分區(qū)的鋪設(shè)效果如圖7所示。

通過設(shè)置明細(xì)表字段及計(jì)算公式，可快速統(tǒng)計(jì)出該設(shè)計(jì)方案所需的不同尺寸陶瓷地磚、木地板、數(shù)量及所需成本，如圖8所示（本文僅截取部分明細(xì)表進(jìn)行示意）。當(dāng)模型進(jìn)行修改優(yōu)化時(shí)，其對(duì)應(yīng)的工程量也會(huì)相應(yīng)修改，為業(yè)主控制裝飾預(yù)算提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

2.4碰撞檢查與圖紙生成

由于施工先后順序的原因，室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)的BIM模型主要是建立在建筑、結(jié)構(gòu)、管線綜合等整合模型的基礎(chǔ)之上。在裝飾工程設(shè)計(jì)過程中，為避免與已安裝的設(shè)備器具等發(fā)生碰撞，設(shè)計(jì)師可利用相關(guān)BIM軟件，基于業(yè)主所選定的設(shè)計(jì)方案，與已施工完成的各類管線及設(shè)備進(jìn)行碰撞檢查。例如在該戶型中由于管道預(yù)留距離不足造成業(yè)主所選洗手盆與馬桶間存在碰撞，影響使用，故需要做出調(diào)整，確保生成的圖紙與施工現(xiàn)場(chǎng)具有統(tǒng)一性，如圖9所示。

專業(yè)間碰撞檢查及調(diào)整完成后，BIM技術(shù)可自動(dòng)生成裝飾設(shè)計(jì)圖紙，如圖10所示，有效提高出圖環(huán)節(jié)的效率與精度，為后續(xù)施工的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。該環(huán)節(jié)既能科學(xué)合理地進(jìn)行空間優(yōu)化、降低安全隱患，還可指導(dǎo)施工人員修正不合理的施工方案，方便施工人員在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)參照三維BIM模型進(jìn)行輔助施工。這種同時(shí)提供給施工人員二維CAD圖與三維模型的方式，提升了施工效率與質(zhì)量，且模型具有可延續(xù)性。

3結(jié)語

BIM與VR技術(shù)的結(jié)合，有助于構(gòu)建帶有參數(shù)屬性的可視化設(shè)計(jì)體系。業(yè)主親自體驗(yàn)設(shè)計(jì)美感，大幅減少了因業(yè)主不滿而造成反復(fù)修改方案的時(shí)間浪費(fèi);通過進(jìn)行工程量的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)及裝飾預(yù)算的控制，使業(yè)主能夠身臨其境地體驗(yàn)真實(shí)的裝飾效果，參與到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)“業(yè)主自主設(shè)計(jì)”;裝飾模型還可指導(dǎo)后續(xù)施工。該方法具有效率高、操作性強(qiáng)、體驗(yàn)性佳等優(yōu)點(diǎn)。

本文通過研究BIM與VR技術(shù)在裝飾工程設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用，對(duì)其創(chuàng)新性及應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了分析，為裝飾工程的未來發(fā)展提供了一種新思路，但目前仍存在一些難點(diǎn)：首先，由于BIM與VR技術(shù)自身的復(fù)雜性，大部分企業(yè)只停留在使用BIM技術(shù)建立模型并進(jìn)行三維可視化查看、使用VR技術(shù)進(jìn)行效果圖查看的階段，未能將兩者進(jìn)行有效結(jié)合;其次由于缺乏相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作為支持，已習(xí)慣傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)師難以接受新技術(shù)的轉(zhuǎn)變，相關(guān)設(shè)備成本投入過大，使得BIM與VR技術(shù)在國內(nèi)裝飾工程中的普及度較低;最后，在技術(shù)方面，裝飾構(gòu)件樣式繁多、造型各異，Revit中符合國內(nèi)裝飾風(fēng)格的構(gòu)件集庫不夠完善，在發(fā)展初期建模工作量較大。

當(dāng)前，BIM與VR技術(shù)雖都處于一個(gè)飛速發(fā)展的階段，但總體上還是不太成熟，存在一些不足，使其結(jié)合并廣泛應(yīng)用于裝飾工程還需要很大的努力和一定的時(shí)間，但無論是為了提高設(shè)計(jì)效率還是為了提升裝飾效果的美觀性與實(shí)用性，BIM與VR技術(shù)相結(jié)合都會(huì)是裝飾工程今后的一種發(fā)展趨勢(shì)。未來裝飾設(shè)計(jì)師將可直接采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)的工作模式與設(shè)計(jì)理念，在精準(zhǔn)三維模型基礎(chǔ)上導(dǎo)出完備的裝飾施工圖和各類裝飾材料用量;結(jié)合VR，AR、裸眼3D以及裝飾人工智能平臺(tái)，使裝飾工程設(shè)計(jì)過程在業(yè)主面前越來越透明，從而極大地提升用戶的參與度和滿意度。

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收稿日期：20191029;修回日期：20191201;責(zé)任編輯：馮民

基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金（E2019208150）

第一作者簡介：楊菲（1994—），女，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事BIM技術(shù)與應(yīng)用方面的研究。

通訊作者：張學(xué)輝副教授。Email：zhxuehui@126.com

楊菲，張學(xué)輝，王麗洋，等.BIM與VR技術(shù)在裝飾工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用分析[J].河北工業(yè)科技，2020，37（1）：4853.

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