黃亦楠（上海建工四建集團有限公司，上海 201103）

0 引 言

中國傳統(tǒng)古建筑多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，受限于保護性質(zhì)無法更改構(gòu)造，增設(shè)的現(xiàn)代機電設(shè)備難免外露，影響整體文化氛圍。新建的仿古建筑，考慮到建筑安全性和功能性，結(jié)構(gòu)形式多采用鋼混結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，通過木包鑲、干掛磚等現(xiàn)代工藝還原古建外觀，因此管道隱蔽有多種選擇。如何充分利用仿古建筑特點，在保證安全性、滿足功能性的基礎(chǔ)上兼顧美觀性，是仿古建筑機電隱蔽施工中的一大難題。

混合現(xiàn)實（Mixed Reality，簡稱“MR”）是一種整合現(xiàn)實和虛擬世界的技術(shù)，能夠創(chuàng)建全新的可視化環(huán)境，并實現(xiàn)物理和數(shù)字對象的共存及實時互動。相比于虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱“VR”）和增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱“AR”），MR更加注重融合虛擬場景、現(xiàn)實場景和用戶之間的交互反饋。隨著技術(shù)的不斷進步和行業(yè)的普及推廣，MR在工程施工中的應(yīng)用日益成熟，形成了一套包括場景漫游、虛擬放線、三維交底、質(zhì)量驗收等功能的施工管理系統(tǒng)。

本文主要闡述在實際項目實踐中，引入BIM＋MR技術(shù)優(yōu)化仿古建筑中的機電隱蔽方案，并指導(dǎo)施工。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本項目為上海市某新建仿古園林酒店，單體形式多樣，包括京式、蘇式、宋式、晉式等多種建筑風(fēng)格，地上結(jié)構(gòu)主要為鋼結(jié)構(gòu)，通過包鑲木套、干掛古建磚等工藝實現(xiàn)古建筑形式的還原[1]。作為高端定位的超星級酒店，本項目有較高的服務(wù)功能配置需求，同時，在外觀上要求最大程度地還原中國古代建筑的意境，隱蔽現(xiàn)代元素，實現(xiàn)山水園林的沉浸體驗。

1.2 機電隱蔽應(yīng)用背景

本項目在機電隱蔽應(yīng)用中主要面臨以下難點。

（1）常規(guī)工業(yè)與民用建筑，在設(shè)計和施工過程中更加注重機電系統(tǒng)的布局和安裝，而仿古建筑除此之外還追求傳統(tǒng)復(fù)古的外觀，既要保證功能性，又要講究美觀性，安裝和隱蔽更具挑戰(zhàn)性。

（2）本項目仿古建筑在結(jié)構(gòu)功能上趨向現(xiàn)代建筑，單體結(jié)構(gòu)形式主要為鋼結(jié)構(gòu)，而在外觀裝飾上又趨向古建筑，存在斗拱、藻井、枝條天花等特色構(gòu)件，機電隱蔽需要充分考慮古建筑特點，減少對外部形象的影響[2]。

（3）機電隱蔽涉及多個管線系統(tǒng)，若所有專業(yè)各自為政，缺乏統(tǒng)一管理，必然導(dǎo)致現(xiàn)場凌亂無章，嚴重影響施工質(zhì)量。

（4）機電隱蔽工程需要在實現(xiàn)隱蔽性的同時，確保設(shè)備后期維修的可操作性，并在兩者之間找到一個合適的平衡點。

（5）不同節(jié)點隱蔽做法不同，傳統(tǒng)施工多采用二維圖紙和人工校核的方式，效率低，出錯率高，返工成本高。

為解決以上難點，項目利用BIM＋MR技術(shù)，施工前深化節(jié)點、視線分析，比選方案并優(yōu)化，施工后實景疊合、漫游復(fù)核，實現(xiàn)沉浸式驗收。

2 技術(shù)概述

2.1 隱蔽深化思路

本項目為地上仿古建筑與地下現(xiàn)代建筑相結(jié)合，在管線排布中應(yīng)充分利用地下空間，大型管道及機電設(shè)備優(yōu)先安裝在地下室[3]，降低安裝成本與節(jié)約時間，同時為地上仿古建筑打造傳統(tǒng)文化氛圍和觀感留出空間。地上部分，應(yīng)對管線密集部位重點深化，與管線綜合圖相結(jié)合，統(tǒng)籌布置，將管線、設(shè)備等事先隱藏在墻壁、地板、天花板和相關(guān)古建筑構(gòu)件內(nèi)部；針對無法隱藏的功能部件，可利用裝飾融合、材質(zhì)協(xié)調(diào)、遮擋分散等方式，盡可能削弱突兀感，在確保工程安全與質(zhì)量的基礎(chǔ)上、達到視覺隱蔽效果，實現(xiàn)建筑群整體的融合協(xié)調(diào)。

針對地上部分的機電管線隱蔽，隱蔽思路大致分為以下4點。

（1）內(nèi)藏：將機電設(shè)備安裝在建筑內(nèi)部的隱藏空間中，使其完全不可見或僅在特定角度可見。內(nèi)藏的優(yōu)點在于可以將設(shè)備融入建筑結(jié)構(gòu)中，不對建筑外觀產(chǎn)生明顯影響，并提供更好的空間利用率和設(shè)計靈活性。

（2）遮擋：使用一些匹配環(huán)境風(fēng)格的裝飾性元素，對機電設(shè)備進行物理遮擋，以減少其可見性。遮擋的目的是改變視線路徑和分散注意力，使人們從視覺上減少對機電設(shè)備的關(guān)注。

（3）與環(huán)境融合：選擇與建筑外觀和環(huán)境相匹配的材質(zhì)、顏色和紋理，使機電設(shè)備與周圍環(huán)境融為一體。進行精心設(shè)計和飾面處理，使設(shè)備外觀與建筑元素相協(xié)調(diào)，達到外觀形式上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（4）改變構(gòu)造：重新規(guī)劃、設(shè)計建筑的布局和構(gòu)造，將機電設(shè)備集成融入建筑結(jié)構(gòu)中，使其成為建筑的一部分。這樣不僅能夠保持建筑的整體美觀性，還可以提升空間的舒適度和功能性。

2.2 BIM深化思路

在機電施工前，針對出風(fēng)口、遮擋板等外觀形式和位置設(shè)置，建立節(jié)點BIM模型，運用MR技術(shù)，通過佩戴MR眼鏡，疊合節(jié)點模型和現(xiàn)場結(jié)構(gòu)，運用實景漫游、視線分析等功能，提前查看隱蔽效果，完成方案比選、反饋設(shè)計、調(diào)整深化的流程，并指導(dǎo)機電隱蔽方案的交底和施工，避免后期因效果不佳而導(dǎo)致的返工。

機電施工完成后，佩戴MR眼鏡，通過手勢交互切換視角、調(diào)節(jié)圖層顯隱，并結(jié)合測距、錄屏等功能，沉浸式復(fù)核驗收，更直觀、準確、高效地發(fā)現(xiàn)問題，提出整改措施并落實到位。

2.3 技術(shù)路線

本項目機電隱蔽施工中BIM＋MR技術(shù)應(yīng)用實踐的技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

（1）整合鋼結(jié)構(gòu)、土建、機電等多專業(yè)模型，在整合完成并輕量化處理后的新模型中，針對不同節(jié)點，選取合適的思路進行隱蔽深化設(shè)計。

（2）將深化完成的BIM模型上傳至平臺，本地下載后導(dǎo)入到MR眼鏡中，通過掃碼匹配實現(xiàn)模型和實景的精準疊合[4]。

（3）通過佩戴眼鏡，可以在真實環(huán)境中實時查看虛擬模型，基于虛實對比，在施工前視線分析，提前模擬查看效果，比選方案、確定最優(yōu)項并部署施工，若存在問題，可提前反饋給相關(guān)專業(yè)設(shè)計，修改優(yōu)化；在施工完成后，采用沉浸式復(fù)核驗收的方法對現(xiàn)場的機電安裝進行全面審查，若發(fā)現(xiàn)問題則快速響應(yīng)、及時整改，從而實現(xiàn)建筑物、施工圖紙、深化模型的一致。

3 應(yīng)用實踐

3.1 給排水外管隱蔽深化

給排水外管具有管徑較大、不易隱藏的特點，對古建筑外觀影響大。其大部分位于地下，連接市政排水管道，對于地面以上的外立管，需要對建筑體內(nèi)部空間進行精心規(guī)劃和布局，確保有足夠的空間容納外管，實現(xiàn)完全隱蔽。因此，給排水外管的隱蔽遵循“內(nèi)藏”思路。

本項目仿古建筑外墻采用的是加氣塊外掛古建磚的形式，通過U型箍、鋼筋網(wǎng)片和不銹鋼掛件的組合，實現(xiàn)兩者之間的牢固拉結(jié)。以該工藝為基礎(chǔ)，給排水外管埋藏在古建磚墻與加氣混凝土砌塊墻體的空隙中，充分利用古建磚干掛的空間，灌漿后同時解決管道的固定問題，保證排水系統(tǒng)的可靠性（如圖2所示）。

圖2 給排水外管節(jié)點的“內(nèi)藏”隱蔽

3.2 強弱電管線隱蔽深化

強弱電管線管徑較小，可選的隱蔽方式較多，應(yīng)提前規(guī)劃，預(yù)埋隱藏；對于一些無法預(yù)埋的后做節(jié)點，也應(yīng)盡可能做到視覺隱蔽。在處理強弱電管線的隱蔽時，采用“內(nèi)藏＋遮擋”思路，以確保隱蔽效果。

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)包鑲工藝，利用工字鋼空隙、包鑲空隙、樓板預(yù)埋管道等構(gòu)造預(yù)留空隙，實現(xiàn)強弱電管線的內(nèi)藏；對于包鑲完成后新鋪設(shè)的管線，加設(shè)裝飾性遮擋板，裝飾風(fēng)格與周圍元素相協(xié)調(diào)，實現(xiàn)統(tǒng)一、美觀的視覺隱蔽效果（如圖3所示）。

圖3 強弱電管線節(jié)點的“遮擋”隱蔽

3.3 暖通風(fēng)管隱蔽深化

風(fēng)管體積較大，水平向和豎向均需要實現(xiàn)隱蔽，難度較大；出風(fēng)口作為空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)等的末端設(shè)施，其位置、形狀、尺寸等的設(shè)置需在確保功能性之余，盡可能滿足和建筑環(huán)境的外觀協(xié)調(diào)性。為了解決這些難題，暖通風(fēng)管的隱蔽采取“改變構(gòu)造”思路。

通過適當調(diào)整墻體與屋面構(gòu)造，實現(xiàn)風(fēng)管的水平向和豎向隱蔽。對于水平向風(fēng)管，增設(shè)枝條天花或海墁天花進行藏匿；對于豎向風(fēng)管，將其嵌入到加厚墻體中，實現(xiàn)完全藏匿，并適當調(diào)整主房和耳房的墻厚比例。出風(fēng)口利用斗拱、梁枋彩繪等定制設(shè)計，打造成獨特的藝術(shù)品，使其脫離單純的功能設(shè)施而成為建筑的一部分。在滿足功能的前提下，增加藝術(shù)特色，達到視覺隱蔽效果[5]。

3.4 消防和安防設(shè)備隱蔽深化

針對消防、安防設(shè)備中的功能部件，如噴淋頭、火災(zāi)報警器、監(jiān)控攝像頭等，考慮各自的功能需求和覆蓋范圍，只能進行視覺隱蔽設(shè)計，與周圍環(huán)境應(yīng)盡可能融合，以避免突兀感；對于設(shè)備中一些次要的非功能部件，則通過巧妙的安裝、在適當位置設(shè)置遮擋板或隱藏盒，最大程度地進行隱藏。因此，消防和安防設(shè)備的隱蔽遵循“與環(huán)境融合＋遮擋”思路。

針對必須外露的功能設(shè)備，前期材料采購時優(yōu)先選擇與建筑外觀相匹配的款式，并結(jié)合建筑的色彩和風(fēng)格進行整體設(shè)計，以減少其對整體外觀的干擾。例如消防噴淋管，采用沿坡屋面斜向上覆蓋的方式，設(shè)置在屋面木椽間，通過將其刷成與梁枋同色，削弱視覺上的突兀感。

對于功能配件以外的其他配件，可以通過合理布局、嵌入式設(shè)計或設(shè)置遮擋等方式，能隱藏的盡量隱藏，保持整體的美觀性和一致性。

3.5 BIM＋MR綜合應(yīng)用實踐

針對上述利用“與環(huán)境融合”“遮擋”思路進行隱蔽深化的節(jié)點，運用BIM＋MR技術(shù)，在施工前視線分析、優(yōu)化方案，在完成后疊合復(fù)核、漫游驗收。BIM＋MR技術(shù)具有交互性強、驗收直觀、反饋高效等優(yōu)勢，技術(shù)流程主要包括模型處理、平臺處理、設(shè)備處理和現(xiàn)場實施4個步驟。

（1）模型處理。為便于對比分析，需將機電模型和結(jié)構(gòu)模型分別上傳至Trimble Connect平臺。

（2）平臺處理。在上傳至平臺后，為方便后續(xù)漫游分析，模型與實景需貼合配準。通過自定義擴展，加載定位二維碼，在模型中選取3個以上位置設(shè)置定位標記，并在實際結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置布置相同二維碼[6]。

（3）設(shè)備處理。MR的人、機、模、景協(xié)同交互，主要通過佩戴HoloLens眼鏡實現(xiàn)。本地下載模型，通過二維碼配準，實現(xiàn)模型與實景的快速疊合。與常規(guī)通過手柄調(diào)整擬合的做法相比，利用二維碼配準，既節(jié)約單位調(diào)整時間，又降低人工操作誤差，更加精準高效。

（4）現(xiàn)場實施。完成匹配后，利用手勢交互，通過選擇定位、切換視角等進行漫游，主要功能包括：①通過調(diào)整不同模型的圖層可見性，配合視角切換，方便分專業(yè)、多角度與實景進行對比分析，促進協(xié)同工作和決策；②利用手勢交互，直接測量實際空間中的距離、直徑、長度等信息并標記，通過與模型數(shù)據(jù)、規(guī)范標準進行對比，方便質(zhì)量驗收[7]。

4 結(jié) 語

本項目與傳統(tǒng)仿古建筑項目相比，在機電管線隱蔽施工中創(chuàng)新應(yīng)用了BIM＋MR技術(shù)，針對各類節(jié)點隱蔽進行策劃、深化、驗收，相關(guān)經(jīng)驗可復(fù)制推廣至其他同類仿古建筑項目中。總結(jié)該技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)點及價值，如下。

（1）在結(jié)構(gòu)施工后機電施工前，可通過MR眼鏡視線分析、提前模擬，查看機電隱蔽效果，如發(fā)現(xiàn)隱蔽不全或亟待優(yōu)化的位置，可通過MR眼鏡及時記錄，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況動態(tài)調(diào)整，輔助隱蔽節(jié)點的深化設(shè)計、方案比選和反饋修改，既能有效降低糾偏成本，又能展現(xiàn)更好的仿古效果。

（2）與傳統(tǒng)二維圖紙或單純模型相比，利用BIM＋MR輔助深化、配合交底，更加直觀高效，可減少返工。與未采用新方法的相同體量工程進行對比，深化效率、交底效率均提高50%以上，現(xiàn)場出錯率和返工率降低67%，至少能節(jié)約20%的成本。

（3）在機電完成后，可通過MR眼鏡沉浸漫游、復(fù)核驗收，如發(fā)現(xiàn)問題，可直接錄屏截圖，生成整改單，與通過查看圖紙、手動測量、人工對比的傳統(tǒng)做法相比，利用MR驗收具有操作便捷、覆蓋全面、節(jié)點細致和反饋及時等優(yōu)點。