童黎彬

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

在環(huán)境布局過程中，保障空間得到有效利用是備受關(guān)注的問題之一[1]。環(huán)境布局具有較強的動態(tài)屬性，不能以固定的空間參數(shù)對不同階段進行布局[2]。在長期的實踐過程中，相關(guān)專家和學(xué)者不斷總結(jié)規(guī)律，分析了室內(nèi)環(huán)境進行布局時需要注意的相關(guān)問題[3]。室內(nèi)有效空間與布局設(shè)施之間存在的關(guān)系是決定布局能否順利推進的關(guān)鍵因素，當室內(nèi)有效空間大于布局設(shè)施的尺寸參數(shù)時，才能夠為布局的實施提供基礎(chǔ)[4]。不同設(shè)施之間的綜合關(guān)系在一定程度上影響著環(huán)境對于空間的需求。這種影響包含正向與負向[5]。當不同設(shè)施之間的綜合關(guān)系為嵌入關(guān)系或組合關(guān)系時，對應(yīng)的空間需求將減??；當不同設(shè)施之間的綜合關(guān)系為并列關(guān)系或間接關(guān)聯(lián)關(guān)系時，對應(yīng)的空間需求將增大[6]。不難看出，對室內(nèi)環(huán)境布局進行深化研究具有重要的現(xiàn)實意義[7]。文章充分考慮了BIM模型在資源儲備方面的優(yōu)勢，將BIM模型應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境布局的研究中，提出了BIM模型在適老室內(nèi)環(huán)境智能布局系統(tǒng)設(shè)計研究，在應(yīng)用測試過程中分析驗證了設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用效果。通過文章的內(nèi)容，希望能夠為室內(nèi)環(huán)境布局工作的開展提供借鑒和參考，以實現(xiàn)提高室內(nèi)布局合理性，降低布局階段時間成本的目標。

1 硬件設(shè)計

MYC-C7Z020-V2 核心板結(jié)構(gòu)設(shè)置如表1所示。

表1 MYC-C7Z020-V2 核心板結(jié)構(gòu)設(shè)置

為了確保系統(tǒng)能夠根據(jù)實際的室內(nèi)空間作出合理的設(shè)計，需要對空間信息作出大量計算，根據(jù)老年人的居住習慣以及需求展開相關(guān)驗算[8]，需要為系統(tǒng)設(shè)置強大的核心處理構(gòu)件。文章選擇用MYCC7Z020-V2核心板實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的集中處理。在資源儲備上，MYC-C7Z020-V2中搭載了配套的Xilinx Zynq-7020以及融合了ARTIX-7 FPGA雙核Cortex-A9的可編程處理裝置，DDR大小為1.0 GB，eMMc大小為4.0 GB，QSPI flash大小為64.0 MB。MYC-C7Z020-V2核心板在極致選料與工藝標準的支撐下，設(shè)計了千兆以太網(wǎng)PHY及USB PHY，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高速交互。在此基礎(chǔ)上，對室內(nèi)空間進行布局設(shè)計時，將涉及的參數(shù)信息實時校正，校正時系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理效率直接關(guān)系到系統(tǒng)的應(yīng)用感受[9]。MYC-C7Z020-V2核心板借助AXI高速片上總線的方式實現(xiàn)ARM與FPGA之間的通信，在吉比特級帶寬的作用下，有效避免了ARM+FPGA架構(gòu)下在通信方面表現(xiàn)出的局限性。當應(yīng)用過程中需要與其他硬件建立連接關(guān)系時，F(xiàn)PGA可以實現(xiàn)對串口、以太網(wǎng)口、視頻接口的靈活配置，最大限度滿足應(yīng)用階段的拓展性需求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，MYCC7Z020-V2核心板也表現(xiàn)出了高品質(zhì)特性。

從表1可以看出，MYC-C7Z020-V2 核心板的加工采用沉金工藝生產(chǎn)，包含獨立的接地信號層，能夠最大限度保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 軟件設(shè)計

2.1 有效室內(nèi)空間計算

適老室內(nèi)環(huán)境布局的過程中，需要對室內(nèi)的有效空間進行準確識別計算，結(jié)合實際的空間布局執(zhí)行方式，室內(nèi)有效空間主要分為內(nèi)部存儲空間和外部存儲空間[10]。一般情況下，對室內(nèi)環(huán)境進行布局的整個周期中，外部環(huán)境以固定常量的形式存在，研究設(shè)定外部環(huán)境基本保持不變。隨著室內(nèi)空間布局的逐漸推進，內(nèi)部存儲空間不斷變化。針對內(nèi)部存儲空間變化問題，為了保障內(nèi)部存儲空間布局的合理性，文章設(shè)計系統(tǒng)對不同布局階段的有效室內(nèi)空間進行計算。有效室內(nèi)空間計算方式如圖1所示。

圖1 有效室內(nèi)空間計算方式

對環(huán)境有效空間進行計算時，引入臨時空間使用數(shù)據(jù)，實際布局過程中，室內(nèi)設(shè)施在整個施工期間的安置具有一定靈活性，對應(yīng)的布局可以分為靜態(tài)布局與動態(tài)布局兩種。靜態(tài)布局是以固定位置為基礎(chǔ)的施工，動態(tài)布局是結(jié)合室內(nèi)空間實際情況以及布局施工不同階段需求的靈活性施工。

2.2 基于BIM模型的空間布局

結(jié)合圖1所示的流程可以看出，在有效室內(nèi)空間的計算過程中引入了空間布局規(guī)劃信息。以室內(nèi)環(huán)境布局的需要為核心，采用動態(tài)規(guī)劃的方式對具體的布局規(guī)劃進行制定，能夠提高有限室內(nèi)空間的利用率。具體的空間布局方式包括獲取室內(nèi)環(huán)境布局實施階段臨時設(shè)施的種類、數(shù)量以及尺寸參數(shù)信息；獲取室內(nèi)環(huán)境布局設(shè)施的尺寸參數(shù)信息；結(jié)合實際布局施工的順序，計算每個臨時設(shè)施使用的時間；協(xié)調(diào)不同設(shè)施之間的組合應(yīng)用關(guān)系。

在實際的室內(nèi)環(huán)境布局階段，為了體現(xiàn)智能化屬性，降低時間成本，利用BIM模型實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境布局規(guī)劃的構(gòu)建。BIM模型中自帶豐富的室內(nèi)環(huán)境布局資源信息，能夠有效保障實際空間數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)的布局設(shè)計實現(xiàn)準確銜接；BIM模型中的參數(shù)設(shè)置均為可調(diào)節(jié)參數(shù)，極大限度滿足了空間布局規(guī)劃的適應(yīng)性調(diào)整需求。在室內(nèi)環(huán)境布局規(guī)劃設(shè)計階段，充分考慮老年群體的實際生活需求，在合理利用空間的前提下，以減少布局變更作為目標函數(shù)。

式中：S——有效室內(nèi)空間大小；s——空間布局設(shè)置的尺寸參數(shù)信息；k——不同設(shè)施之間的組合應(yīng)用關(guān)系帶來的空間需求波動系數(shù)；a——固定布局空間的占比；i——布局變更的次數(shù)。

結(jié)合式（1）可以看出，每個設(shè)施位置與尺寸大小可調(diào)節(jié)的條件下，影響最終室內(nèi)環(huán)境布局規(guī)劃方案的主要因素是有效室內(nèi)空間的大小和設(shè)施之間的綜合關(guān)系。文章將有效室內(nèi)空間的大小和設(shè)施之間的綜合關(guān)系兩個參數(shù)作為BIM模型的輸入信息，進一步分析室內(nèi)基本設(shè)施的空間占用情況。

式中：S(x)——x布局設(shè)施作用下，有效室內(nèi)空間的占用情況；s0——單位數(shù)量x布局設(shè)施的作用下，室內(nèi)空間的占用情況；λ——常數(shù)；k(x)——與x布局設(shè)施為中心的組合應(yīng)用關(guān)系中，空間需求的波動系數(shù)。

3 應(yīng)用測試

3.1 測試環(huán)境

為了進一步分析設(shè)計系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，以某一居室的居住空間作為測試對象。

空間布局要求保證各功能空間能夠得到充分體現(xiàn)，包括客廳（5.2 m×4.0 m）、臥室（3.0 m×4.8 m）、廚房（3.5 m×1.6 m）、衛(wèi)生間（1.2 m×1.5 m）和陽臺（4.0 m×1.2 m）?？紤]到居住空間面向的群體為老年人，針對使用以及護理型老年人的設(shè)計生活需求，需要確保各個回旋空間的尺度在合理范圍內(nèi)。測試空間的客廳部分呈現(xiàn)出明顯的“袋狀”構(gòu)造，在一定程度上影響相關(guān)設(shè)施的布局安置。對廚房操作臺的布局要求，應(yīng)適合老年人獨自操作，避免風險因素。受實際空間面積的影響，可以在一定程度上對餐廳和客廳進行合理融合。結(jié)合要求，采用文章設(shè)計的系統(tǒng)對空間環(huán)境進行布局。為了提高測試結(jié)果的分析價值，文章在測試過程中引入對照組，對照組應(yīng)用的布局方法分別為文獻[5]提出的以AutoCAD為基礎(chǔ)的室內(nèi)空間布局方法、文獻[6]提出的以PSPL調(diào)研法為基礎(chǔ)的室內(nèi)空間布局方法以及文獻[7]提出的以人性化設(shè)計為基礎(chǔ)的室內(nèi)空間布局方法。分別統(tǒng)計在達到要求的前提下，各個功能空間布局的質(zhì)量。

測試居住空間結(jié)構(gòu)分布示意如圖2所示。

圖2 測試居住空間結(jié)構(gòu)分布示意

3.2 測試結(jié)果

在整體室內(nèi)空間并行布局的條件下，分別統(tǒng)計不同測試方法下的布局質(zhì)量，考慮到設(shè)計空間面向的群體為老年人，結(jié)合空間適老性評價標準，分別從活動無障礙的角度、實用性角度以及安全性角度對具體的設(shè)計效果進行評分。

通過測試結(jié)果對比可以看出，不同布局方法下，室內(nèi)不同空間的布局效果表現(xiàn)出一定的差異。文獻[5]方法的測試結(jié)果中，臥室采光和廚衛(wèi)通風的效果較低，在一定程度上影響了老人的居住感受，客廳噪聲控制和無障礙設(shè)計指數(shù)分別為0.66和0.69，存在進一步提升空間。文獻[6]方法的測試結(jié)果中，廚衛(wèi)通風方面表現(xiàn)不足，評價結(jié)果僅為0.34，在通達性指數(shù)、綜合容積率和客廳采光方面，對應(yīng)的評價結(jié)果在0.7以上，有待進一步完善。文獻[7]方法的測試結(jié)果中，整體布局效果高于文獻[5]方法和文獻[6]方法，但在臥室和客廳噪聲控制、通達性指數(shù)以及防火綜合指數(shù)上表現(xiàn)不足，對應(yīng)的評價結(jié)果分別為0.55、0.69、0.52和0.59，其余指標僅對陽臺的布局時間控制在20 min以內(nèi)，其余指標的評價結(jié)果相對較高。相比之下，在文章設(shè)計系統(tǒng)的測試結(jié)果中，各評價指標對應(yīng)的結(jié)果均在0.70以上，客廳采光為0.75，臥室采光為0.92，能夠有效滿足老年人居住需求。結(jié)果表明，融合了BIM模型的適老室內(nèi)環(huán)境智能布局系統(tǒng)可以實現(xiàn)對室內(nèi)空間的合理布局，且數(shù)據(jù)成果反饋良好。

室內(nèi)環(huán)境布局質(zhì)量評分統(tǒng)計如表2所示。

表2 室內(nèi)環(huán)境布局質(zhì)量評分統(tǒng)計

4 結(jié)語

老年群體的生活空間設(shè)計需要充分結(jié)合其自身特點，在保障空間安全性的基礎(chǔ)上，最大限度提高對空間的有效利用率是極為重要的環(huán)節(jié)之一。文章提出BIM模型在適老室內(nèi)環(huán)境智能布局系統(tǒng)設(shè)計研究，以具有較強處理能力的核心板作為系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，在準確計算有效室內(nèi)空間基礎(chǔ)上，根據(jù)實際布局執(zhí)行需求，在BIM模型環(huán)境下對布局規(guī)劃進行設(shè)置，實現(xiàn)對環(huán)境的智能布局。有效提高了布局的質(zhì)量，避免了施工沖突，在實際的室內(nèi)環(huán)境布局中具有良好的應(yīng)用價值。