張學(xué)輝 王麗洋 楊 菲

(河北科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院,石家莊 050080)

引言

BIM即建筑信息模型，是建設(shè)工程的核心技術(shù)之一，是建筑設(shè)計(jì)、施工、交付、運(yùn)維、管理的統(tǒng)一工作平臺(tái)，也可以稱之為一種項(xiàng)目管理過(guò)程。它通過(guò)其三維可視化、信息化管理和各階段協(xié)同工作等優(yōu)勢(shì)，使其在建筑供應(yīng)鏈中的應(yīng)用越來(lái)越重要，在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛應(yīng)用和發(fā)展[1-3]。BIM技術(shù)可將各專業(yè)信息整合于同一個(gè)三維模型中，由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工單位、設(shè)施運(yùn)營(yíng)部門、運(yùn)維團(tuán)隊(duì)以及業(yè)主等各方人員在平臺(tái)中進(jìn)行協(xié)同工作，直觀地提升效率、節(jié)省資源、指導(dǎo)施工、優(yōu)化結(jié)果、促進(jìn)各專業(yè)人員整合。[4-5]

應(yīng)用BIM技術(shù)有利于提高設(shè)計(jì)建造效率、施工管理水平、機(jī)電設(shè)計(jì)水準(zhǔn)、設(shè)備安裝精度、裝配式建筑水平、工程量統(tǒng)計(jì)精準(zhǔn)度、運(yùn)維管理水平等，以及有利于建筑全生命周期維護(hù)和管理，減少項(xiàng)目誤差和遺漏，提高生產(chǎn)力，降低返工率，節(jié)約建筑工程成本與工期。

VR虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)重要的仿真技術(shù)方向，可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造與虛擬體驗(yàn)于一體，是仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。VR技術(shù)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感交互等方面，除圖形技術(shù)的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等感知。人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，眼睛、手勢(shì)等發(fā)出的行為動(dòng)作，計(jì)算機(jī)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，再分別反饋回用戶的五官，從而構(gòu)成仿真系統(tǒng)[6]。

隨著科技的快速成熟與發(fā)展，VR不僅受到學(xué)術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注，在建筑領(lǐng)域也逐漸被青睞，展示出其驚人的發(fā)展趨勢(shì)與優(yōu)勢(shì)，在城市仿真中具有不可撼動(dòng)的地位，尤其在地產(chǎn)裝飾的效果展示方面得到飛速發(fā)展[7]。它能夠?qū)Ⅲw驗(yàn)者的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，從而展示出更加真實(shí)的裝飾效果[8]。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的發(fā)展，BIM 與VR技術(shù)的交集也越來(lái)越多。BIM與VR技術(shù)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)真實(shí)體驗(yàn)漫游、渲染、測(cè)量尺寸、查看材料屬性等功能。對(duì)于裝飾信息集成有很重要的意義，利用VR可視化技術(shù)還能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)交互[9]。此外，BIM在裝飾工程量統(tǒng)計(jì)方面也具有高效的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的施工模擬體驗(yàn)[10]。

本文將BIM 與VR技術(shù)應(yīng)用到裝飾工程進(jìn)行研究，通過(guò)提出的新型裝飾方法，解決現(xiàn)階段裝飾工程存在的問(wèn)題，有效提升裝飾效率，并通過(guò)實(shí)際工程案例進(jìn)行探索研究。

1 工程概況

本文將BIM與VR技術(shù)應(yīng)用于某酒店裝飾工程項(xiàng)目，該項(xiàng)目坐落于河北省石家莊市，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑紅線面積為2 583.0893m2，建筑物長(zhǎng)81.640m，寬31.640m。地上六層(含塔樓)，建筑高度25m。建筑物1至3層為一般客房， 4至5層為高檔客房， 6層為觀光塔樓。首先以BIM核心建模軟件Revit為基礎(chǔ)創(chuàng)建該酒店的BIM建筑模型，如圖1所示。隨后將該BIM模型導(dǎo)入到Fuzor展示平臺(tái)，并關(guān)聯(lián)VR設(shè)備對(duì)裝飾BIM模型進(jìn)行深入研究，如圖2所示。

圖1 酒店BIM建筑模型Fig. 1 Hotel BIM building model

圖2 裝飾BIM模型關(guān)聯(lián)VR設(shè)備Fig. 2 Decorative BIM model associated VR appliance

2 BIM與VR技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

2.1 新型裝飾方法的提出

裝飾工程是用建筑材料、建筑制品、雕塑、繪畫等可進(jìn)行裝飾的藝術(shù)品對(duì)建筑物室內(nèi)外進(jìn)行裝潢和修飾的工作總稱。隨著時(shí)代的快速發(fā)展與進(jìn)步，在人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需要的背景下，裝飾工程的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，建筑材料與裝飾物品的選取在很大程度上決定著最終的裝飾效果以及所需成本，在建筑物的風(fēng)格與功能上起著至關(guān)重要的作用。隨著生活水平的不斷提升，人們對(duì)裝飾工程不再局限于滿足基本的使用功能，而是越來(lái)越注重精神方面的需求[11]。

傳統(tǒng)裝飾方法中所選物體都是由設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇的，展示給業(yè)主的是成果圖[12]，業(yè)主自由選擇放置物品的機(jī)會(huì)并不多。傳統(tǒng)方法中業(yè)主只能被動(dòng)選擇設(shè)計(jì)方案，通過(guò)頻繁變更設(shè)計(jì)方案的方式達(dá)到業(yè)主滿意，造成時(shí)間、精力、金錢的大量浪費(fèi)，因此本文基于BIM與VR技術(shù)提出一種新型裝飾方法，即“裝飾自主設(shè)計(jì)法”。通過(guò)BIM與VR技術(shù)結(jié)合，業(yè)主可以根據(jù)自身喜好實(shí)現(xiàn)自主選擇裝飾物，從而進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，在組合出符合自己需求方案的同時(shí)，隨時(shí)對(duì)不滿意的地方進(jìn)行修改與調(diào)整，業(yè)主具有更強(qiáng)的主動(dòng)性，更加符合“上帝”的角色。該方法有效解決了設(shè)計(jì)師與業(yè)主由于意見(jiàn)不統(tǒng)一而頻繁變更設(shè)計(jì)方案造成時(shí)間浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。新型裝飾方法的提出有利于改變傳統(tǒng)裝飾設(shè)計(jì)中業(yè)主被動(dòng)接受的局面，為裝飾行業(yè)帶來(lái)一種新的突破。

2.2 BIM與VR技術(shù)在裝飾工程中的應(yīng)用

2.2.1 裝飾時(shí)效性

傳統(tǒng)裝飾方法無(wú)法使業(yè)主了解到全部設(shè)計(jì)信息[13]，對(duì)業(yè)主提出的變更無(wú)法進(jìn)行及時(shí)修改。在裝飾工程中應(yīng)用BIM與VR技術(shù)是一種新的裝修理念，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)主身臨其境感受裝飾效果。通過(guò)Revit三維設(shè)計(jì)平臺(tái)將BIM與VR技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于裝飾工程，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師與業(yè)主間的無(wú)障礙信息溝通，同時(shí)對(duì)業(yè)主提出的變更可進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，拓寬業(yè)主與設(shè)計(jì)師的溝通渠道和方法。

BIM與VR技術(shù)結(jié)合業(yè)主可根據(jù)需求實(shí)時(shí)、直觀地調(diào)取各類裝飾構(gòu)配件、廚衛(wèi)潔具、家具家電等相關(guān)信息，如圖3所示為酒店某內(nèi)墻墻體模型，該墻體裝飾為白色粉刷、墻頂部偏移-100mm、底部偏移0mm(以樓層標(biāo)高為基準(zhǔn))、厚度為280mm以及砌塊規(guī)格等信息，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要在BIM模型中添加任何所需信息，在VR中進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，這是傳統(tǒng)裝飾中所不具備的。與傳統(tǒng)的裝飾方法相比，“裝飾自主設(shè)計(jì)”法展示了裝飾工程信息時(shí)效性的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 墻體屬性信息Fig. 3 Wall properties information

2.2.2 裝飾交互性

VR技術(shù)在建筑物仿真中占有不可或缺的重要地位。裝飾裝修設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合VR技術(shù)，可以更好地展示建筑物的裝飾效果，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)圖板繪制、沙盤演示、平面效果圖等展示方式的不足，以更直觀、生動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)化以及可交互的方式，使業(yè)主全方位動(dòng)態(tài)的展示建筑物所處的地理環(huán)境、建筑物外觀、內(nèi)部構(gòu)造及各種附屬設(shè)施[14-15]。

傳統(tǒng)裝飾方法無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)交互體驗(yàn)，缺少信息實(shí)時(shí)溝通的載體，只能滯留在單一效果圖中，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效果不佳。BIM與VR技術(shù)結(jié)合應(yīng)用到裝飾工程中可有效彌補(bǔ)交互性差的缺點(diǎn)，該方法遵循“一切從業(yè)主出發(fā)”的理念，實(shí)現(xiàn)讓業(yè)主自主進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，根據(jù)所提需求進(jìn)行交互，讓交互性體現(xiàn)在裝飾設(shè)計(jì)過(guò)程中，將是一種全新服務(wù)于裝飾業(yè)主的理念。

BIM與VR技術(shù)相結(jié)合具備的交互性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主由被動(dòng)方向主動(dòng)方的轉(zhuǎn)變，滿足了業(yè)主的感知需求，實(shí)現(xiàn)了身臨其境感受裝飾功能的效果。BIM與VR技術(shù)結(jié)合使業(yè)主不再過(guò)分受約于設(shè)計(jì)師，業(yè)主可自由漫游到任何房間，并對(duì)感興趣的裝飾構(gòu)配件進(jìn)行交互體驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)如圖4所示開門走入或開窗瞭望等行為交互。

圖4 門位置交互應(yīng)用Fig. 4 Door position interactive application

2.2.3 裝飾全天候性

現(xiàn)如今裝飾裝修效果不再局限于某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的展示，因此在設(shè)計(jì)裝飾裝修方案時(shí)需要從傳統(tǒng)文化特征和應(yīng)對(duì)氣候變化入手，結(jié)合本土固有的建筑形態(tài)，提出全天候的設(shè)計(jì)理念。實(shí)現(xiàn)建筑與全天候環(huán)境一體化設(shè)計(jì)，讓裝飾效果更佳完美[16]。

BIM與VR技術(shù)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)一天之內(nèi)陽(yáng)光明媚與燈火通明、白天與夜晚不同時(shí)刻不同時(shí)間段的光照變化以及一年四季不同天氣影響下的裝飾效果，業(yè)主可以自行選擇模擬在不同環(huán)境影響下的裝飾效果，在“自主設(shè)計(jì)”的同時(shí)，可通過(guò)全天候性的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行裝飾裝修方案的比選。

2.2.4 裝飾自主選擇性

“裝飾自主設(shè)計(jì)法”的設(shè)計(jì)思路是以業(yè)主為中心，設(shè)計(jì)師只需要根據(jù)業(yè)主的需求制定出一個(gè)設(shè)計(jì)方案，業(yè)主根據(jù)BIM模型中提供的多種可更替素材，按照自己的喜好進(jìn)行材質(zhì)的調(diào)整、顏色的變更、物品的選擇、物體的擺放、物體位置的調(diào)整等，使業(yè)主參與到設(shè)計(jì)過(guò)程中。

圖6所示為設(shè)計(jì)師根據(jù)業(yè)主需求搭建的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，該方案滿足了業(yè)主的基本要求，通過(guò)業(yè)主的進(jìn)一步自主設(shè)計(jì)選出最適合的裝飾方案。

圖6 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案Fig. 6 Basic design scheme

如圖7所示為設(shè)計(jì)師初始壁紙?jiān)O(shè)計(jì)，業(yè)主根據(jù)自身喜好，通過(guò)“裝飾自主設(shè)計(jì)法”將墻壁紙進(jìn)行了重新定義，如圖8所示，實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)壁紙的生動(dòng)效果，滿足業(yè)主需求。

圖7 初始壁紙?jiān)O(shè)計(jì)Fig. 7 Initial wallpaper design

圖8 自定義壁紙?jiān)O(shè)計(jì)Fig. 8 Custom wallpaper design

業(yè)主通過(guò)BIM與VR結(jié)合的平臺(tái)，使用“裝飾自主設(shè)計(jì)法”在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案中自主設(shè)計(jì)了墻飾條裝飾品，效果如圖9所示。

圖9 墻飾條設(shè)計(jì)Fig. 9 Wall decoration strip design

業(yè)主通過(guò)BIM與VR技術(shù)結(jié)合的平臺(tái)，使用“裝飾自主設(shè)計(jì)法”在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案中，自主設(shè)計(jì)了電視柜周圍擺放裝飾物，設(shè)計(jì)后效果如圖10所示。

圖10 電視柜裝飾物設(shè)計(jì)Fig. 10 Design of TV cabinet decoration

業(yè)主通過(guò)BIM與VR結(jié)合的平臺(tái)，使用“裝飾自主設(shè)計(jì)法”自主設(shè)計(jì)了衣柜、桌子、雙人床、電視機(jī)柜、臺(tái)燈等裝飾品，得到最符合業(yè)主滿意的裝飾方案，如圖11所示。“裝飾自主設(shè)計(jì)法”避免了業(yè)主與設(shè)計(jì)師多次的變更方案，減少了設(shè)計(jì)階段的時(shí)間，提升了裝飾效率，是一種裝飾新思路。

圖11 自主設(shè)計(jì)成果方案Fig. 11 Autonomous design result scheme

裝飾自主設(shè)計(jì)法在符合規(guī)范的前提下，業(yè)主可快速更換選擇出符合自己喜好的裝飾物品，更換物體的速度是即時(shí)的，有效減少設(shè)計(jì)方與業(yè)主間溝通不當(dāng)造成的損失，提升了裝飾裝修效率。

通過(guò)“裝飾自主設(shè)計(jì)法”業(yè)主可自主參與裝飾設(shè)計(jì)，自主選擇裝飾物品，自主查看裝飾效果，改變了以往傳統(tǒng)裝飾工程中業(yè)主被動(dòng)的局面，減少了繁雜的設(shè)計(jì)變更，極大地提升了裝飾裝修效率。

3 “裝飾自主設(shè)計(jì)法”創(chuàng)新與優(yōu)勢(shì)

本文基于BIM與VR技術(shù)提出的“裝飾自主設(shè)計(jì)法”，其創(chuàng)新源于Revit不同族組合形成不同的設(shè)計(jì)方案。由于族的結(jié)合無(wú)固定形式，組合方式多種多樣，每種組合方式帶來(lái)的裝飾效果也不同，因此本文只對(duì)族庫(kù)進(jìn)行展示，如圖12所示。Revit族庫(kù)數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，族庫(kù)數(shù)據(jù)不完備的方案效果較差，因此對(duì)族庫(kù)數(shù)據(jù)的完備性提出更高要求，現(xiàn)今族庫(kù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)很龐大并可對(duì)族庫(kù)進(jìn)行不斷積累，將涉及到的族加入族庫(kù)，應(yīng)用到以后的項(xiàng)目中。

圖12 家具族庫(kù)展示Fig. 12 Furniture family library display

“裝飾自主設(shè)計(jì)法”與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢(shì)如下：業(yè)主可通過(guò)VR平臺(tái)進(jìn)行自主更換方案中不喜歡的材質(zhì)，如壁紙顏色、花紋，業(yè)主可自主選擇變更，直至滿意； 業(yè)主可按照自己的喜好進(jìn)行房間布局，如沙發(fā)位置、燈具位置、移動(dòng)桌椅、旋轉(zhuǎn)家具角度等，配制出完美的家居效果； 根據(jù)虛擬的真實(shí)性選擇出最優(yōu)的家具樣式和規(guī)格，業(yè)主根據(jù)平臺(tái)中的家具庫(kù)進(jìn)行自主裝飾設(shè)計(jì)，提前感受到新家的裝飾效果。通過(guò)項(xiàng)目應(yīng)用分析表明，“裝飾自主設(shè)計(jì)法”可以提升設(shè)計(jì)師與業(yè)主間的滿意度與契合度。

4 結(jié)論

BIM與VR技術(shù)應(yīng)用在裝飾工程中，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝飾工程的內(nèi)涵提升與設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高了設(shè)計(jì)效率與業(yè)主滿意度； 實(shí)現(xiàn)了裝飾工程中的信息時(shí)效性、全天候性、交互性等功能； “裝飾自主設(shè)計(jì)法”的提出實(shí)現(xiàn)了業(yè)主由被動(dòng)選擇變?yōu)橹鲃?dòng)設(shè)計(jì)的理念，使業(yè)主更具主動(dòng)性，更加符合業(yè)主需求，業(yè)主不再局限于傳統(tǒng)的平面效果圖，通過(guò)VR技術(shù)的應(yīng)用使業(yè)主身臨其境地感受到裝飾效果，使裝飾工程更契合智能時(shí)代的需求。

盡管BIM與VR技術(shù)應(yīng)用在裝飾工程中的潛力巨大，但由于兩種技術(shù)在裝飾工程實(shí)際應(yīng)用中仍停留在初級(jí)階段，相應(yīng)二次開發(fā)軟件、智能化產(chǎn)品尚不完善，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合還沒(méi)有進(jìn)入到市場(chǎng)應(yīng)用階段，業(yè)主接受信息技術(shù)下的裝修思想仍需引導(dǎo)改變?？梢?jiàn)建筑信息技術(shù)在裝飾工程的全面應(yīng)用仍有很多方面需要研究探索。