李 剛

(安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，合肥 230051)

0 引言

現(xiàn)代建筑技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的融合催生了建筑智能化系統(tǒng)，可根據(jù)用戶不同需求為其創(chuàng)建一個(gè)更高效、便利、舒適、可靠和靈活的建筑環(huán)境[1]。建筑智能化系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了智能建筑的資源共享，其強(qiáng)大的信息處理能力也完美契合了可持續(xù)發(fā)展的理念，彰顯了智能建筑可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)。 建筑智能化系統(tǒng)必定是未來(lái)建筑發(fā)展的趨勢(shì)和熱點(diǎn)。

1 建筑智能化發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

所謂建筑智能化，是指將現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及人工智能技術(shù)等與傳統(tǒng)建筑技術(shù)相融合，為用戶的工作生活創(chuàng)建舒適便利、設(shè)備平臺(tái)先進(jìn)前衛(wèi)、管理運(yùn)維科學(xué)高效的人性化建筑環(huán)境[2]。

1.1 現(xiàn)狀分析

上世紀(jì)80 年代，在美國(guó)康涅狄格州的哈特福德市出現(xiàn)了第一座智能化建筑。 哈特福德市當(dāng)時(shí)對(duì)總建筑面積達(dá)十萬(wàn)多平方米的舊金融大廈進(jìn)行改造，負(fù)責(zé)改造的聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司不僅承包了這棟大樓的空調(diào)、電梯及防火防災(zāi)等設(shè)備工程，還將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信設(shè)備互聯(lián)，向大樓里的其他用戶提供計(jì)算機(jī)和通信服務(wù)，這應(yīng)該是世界上最早的智能建筑[3]。

國(guó)內(nèi)最早的智能化建筑雛形是上世紀(jì)九十年代的北京發(fā)展大廈，隨著以后科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)才逐漸出現(xiàn)了多樣化的智能化建筑，不單只有辦公建筑，還包括智慧街區(qū)、智慧住宅、智慧社區(qū)、智慧公園等[4]。

1.2 存在問(wèn)題

國(guó)內(nèi)的建筑智能化行業(yè)已發(fā)展多年，行業(yè)體系不斷完成，從設(shè)計(jì)到施工，都形成了一系列的規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)范圍也幾乎涵蓋了建筑的所有類型。 即便如此，建筑智能化行業(yè)依然存在一些不可忽視的問(wèn)題。

(1)弱電系統(tǒng)涉及的知識(shí)面廣，包括網(wǎng)絡(luò)、自控、通信、人工智能、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，而現(xiàn)有的理論體系還不能為一些焦點(diǎn)問(wèn)題形成定論。

(2)智能化設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中很容易受到其他專業(yè)人員的制約，通常在工程后期設(shè)計(jì)才能全面展開(kāi)，造成設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，設(shè)計(jì)深度不夠等問(wèn)題。

(3)智能化項(xiàng)目招投標(biāo)行為不規(guī)范，系統(tǒng)產(chǎn)品依照設(shè)計(jì)執(zhí)行、隨意變更，造成許多設(shè)計(jì)工作的浪費(fèi)；用戶功能隨時(shí)變更，更給設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的不便。

(4)用戶對(duì)智能化系統(tǒng)不夠了解，往往僅憑感覺(jué)提出需求，設(shè)計(jì)人員在方案階段無(wú)法提供對(duì)用戶有效的展示手段，導(dǎo)致用戶與設(shè)計(jì)人員之間溝通不暢。

無(wú)論是設(shè)計(jì)人員、用戶還是施工人員，都有責(zé)任為上訴問(wèn)題的解決提出有效方案，尤其是設(shè)計(jì)人員，更應(yīng)該從設(shè)計(jì)角度，為用戶提出科學(xué)合理的建設(shè)方案，為施工人員提供優(yōu)質(zhì)詳實(shí)的設(shè)計(jì)成果。

1.3 發(fā)展趨勢(shì)

智能化建筑作為一個(gè)現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合體，“可持續(xù)發(fā)展”是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 現(xiàn)在的建筑在新建的過(guò)程之中，都要給以后的科技發(fā)展留下足夠的空間，要打造成一個(gè)“可生長(zhǎng)”的智能化建筑。 當(dāng)然，建筑智能化是一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合學(xué)科，在加快智能化建筑發(fā)展進(jìn)度的同時(shí)，更要注重培養(yǎng)更多的智能化建筑人才，讓智能化建筑健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。

中國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，給國(guó)內(nèi)智能化建筑發(fā)展提供契機(jī)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年新建建筑超過(guò)20 億m2，這種發(fā)展?fàn)顟B(tài)估計(jì)還要持續(xù)25～30 年。 近三年智能化建筑的規(guī)模增速維持在25%左右，智能化建筑在新建建筑中的比例也將越來(lái)越大。 同時(shí)，不能僅僅關(guān)注新建建筑的智能化，老舊建筑的智能化改造也是必然趨勢(shì)[5]。

2 Unity3D 技術(shù)

Unity3D 是由一款可使用戶輕松創(chuàng)建三維場(chǎng)景，制作三維動(dòng)畫(huà)、三維游戲、建筑可視化等內(nèi)容的綜合游戲開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎。

2.1 Unity3D 技術(shù)特點(diǎn)

Unity3D 技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面。

(1)支持多種格式文件。 Unity3D 支持3dsMax、Maya、Lightwave、Collade 等多種格式文件的導(dǎo)入[6]。

(2) 3A 級(jí)圖像渲染引擎。 用戶可以使用ShaderLab 創(chuàng)建自己的Shader，具備先進(jìn)的遮擋剔除技術(shù)以及細(xì)節(jié)層級(jí)顯示的技術(shù)[6]。

(3)強(qiáng)大的地形編輯器。 用戶可以快速創(chuàng)建不同類型的地形以及地表植被，并利用引擎自身強(qiáng)大的優(yōu)化填充功能，能夠使用戶所創(chuàng)建的地形場(chǎng)景更加生動(dòng)完整。

(4)非常高的集成度。 Unity3D 開(kāi)發(fā)環(huán)境中集合了系統(tǒng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、效果預(yù)覽、系統(tǒng)測(cè)試到系統(tǒng)發(fā)布全生命周期的功能，開(kāi)發(fā)者可以在Unity3D 中便捷、快速、高效地完成開(kāi)發(fā)[6]。

(5)較強(qiáng)的通用性。 用戶利用Unity3D 開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品能夠在手機(jī)端、PC 端、網(wǎng)頁(yè)的瀏覽器以及專門(mén)的游戲機(jī)端進(jìn)行使用。

(6)豐富的素材資源。 Unity3D 中自帶的Assert Store 中包括3D 資源、紋理圖像、運(yùn)動(dòng)捕捉動(dòng)畫(huà)、音效、粒子效果以及各種操作工具等。 Unity 公司官網(wǎng)中的開(kāi)發(fā)社區(qū)為用戶提供了大量的示例源文件、視頻教程和幫助文檔等。

2.2 Unity3D 技術(shù)在智能化方案設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

目前，智能化方案設(shè)計(jì)階段主要采用“文字說(shuō)明+圖片展示”的方式。 對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，文字性的東西太過(guò)陌生，而且專業(yè)知識(shí)眾多，理論性較強(qiáng)；而圖片一般包括系統(tǒng)拓?fù)鋱D、系統(tǒng)框圖、案例圖片以及產(chǎn)品圖片等，展示效果極其有限。

Unity3D 技術(shù)可以很好地解決上述問(wèn)題，不僅能夠讓用戶直觀感受到智能化系統(tǒng)的安裝效果，還可以通過(guò)在虛擬場(chǎng)景中的實(shí)際操作，體驗(yàn)各個(gè)子系統(tǒng)的功能展示。

2.3 Unity3D 技術(shù)在智能化方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用體現(xiàn)

Unity3D 技術(shù)能夠在智能化方案設(shè)計(jì)中得到如下應(yīng)用。

(1)創(chuàng)建三維的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，在項(xiàng)目還未建成前就可以直觀感受到建成后真實(shí)景象。

(2)為用戶提供智能化系統(tǒng)功能體驗(yàn)途徑，通過(guò)在虛擬現(xiàn)實(shí)中操作智能化各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行，熟悉各個(gè)子系統(tǒng)在真實(shí)世界的運(yùn)行情況。

(3)保留模型以及三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)，為后續(xù)的施工圖設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，幫助施工圖設(shè)計(jì)人員理解項(xiàng)目需求，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 智能化方案設(shè)計(jì)

由于建筑智能化系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)集成，論文僅通過(guò)對(duì)辦公建筑中會(huì)議室、公共走道以及監(jiān)控中心利用Unity3D 技術(shù)實(shí)現(xiàn)建模、展示的過(guò)程作詳細(xì)介紹。

3.1 項(xiàng)目分析

辦公建筑是智能化系統(tǒng)的重要載體，能夠?qū)⒅悄芑Ｓ玫淖酉到y(tǒng)得到充分應(yīng)用，如綜合布線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、多媒體會(huì)議系統(tǒng)、樓宇控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)控系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心工程等[7]。 其中，辦公建筑的安全性是重中之重，如何通過(guò)智能化技術(shù)手段在非法闖入、入室偷盜以及消防安全等問(wèn)題發(fā)生前提前預(yù)警，是智能化方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

論文著重對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，通過(guò)Unity3D 技術(shù)設(shè)計(jì)了三個(gè)主要場(chǎng)景，分別是會(huì)議室、公共區(qū)域(走廊、樓梯間)以及監(jiān)控室。

3.2 設(shè)計(jì)路線圖

智能化方案設(shè)計(jì)主要有三個(gè)階段，分別是準(zhǔn)備階段、設(shè)計(jì)階段和展示階段[8]。

準(zhǔn)備階段主要是與用戶對(duì)接，溝通建設(shè)內(nèi)容，提出建設(shè)性建議；然后待需求基本提出以后，便進(jìn)入到項(xiàng)目條件準(zhǔn)備階段，包括設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)組建、相關(guān)設(shè)備籌備、制定項(xiàng)目進(jìn)度表及人員分工表等。

設(shè)計(jì)階段主要是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成初步方案設(shè)計(jì)，然后根據(jù)方案開(kāi)始通過(guò)Unity3D 軟件進(jìn)行相關(guān)場(chǎng)景的模型創(chuàng)建。

展示階段是將創(chuàng)建好的場(chǎng)景模型與交互狀態(tài)反饋給用戶，向用戶展示智能化各系統(tǒng)的應(yīng)用效果，給用戶一個(gè)直觀的體驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際需求做部分修改，最終形成智能化系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)施工圖設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 此階段要注重各種成果資料及相關(guān)信息的整備、備份、變更登記等管理工作。

設(shè)計(jì)路線如圖1 所示。

圖1 設(shè)計(jì)路線圖

3.3 模型創(chuàng)建

(1)建筑模型

整個(gè)場(chǎng)景的創(chuàng)建首先要基于建筑模型。 現(xiàn)代建筑模型的基本單元主要有墻體、門(mén)窗、地板、屋頂、梁柱等，通過(guò)這些基本元素可以搭建成不同類型的功能區(qū)域和房間。 墻體、門(mén)洞以及樓梯的三維模型，如圖2 所示。

圖2 墻體、門(mén)洞和樓梯三維模型的創(chuàng)建

(2)家具模型

像會(huì)議室、監(jiān)控室這樣類型的房間，家具是不可或缺的，因此在創(chuàng)建完建筑模型后需要?jiǎng)?chuàng)建必備的家具三維模型，家具主要包括桌椅、柜子、書(shū)架等，還需要根據(jù)項(xiàng)目需求，創(chuàng)建相應(yīng)家具模型，以達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的目的。 圖3 是桌椅三維模型的創(chuàng)建。

(3)設(shè)備模型

建筑智能化系統(tǒng)的核心就是設(shè)備，因此設(shè)備模型的創(chuàng)建是必不可少的，還是向用戶展示的重要部分[9]。 論文以監(jiān)控系統(tǒng)為例，將計(jì)算機(jī)、監(jiān)控顯示屏作為主要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象，使用戶可以通過(guò)這些模型清晰地了解系統(tǒng)功能。 計(jì)算機(jī)及監(jiān)控顯示屏的三維模型如圖3 所示。

圖3 計(jì)算機(jī)與監(jiān)控顯示屏三維模型的創(chuàng)建

要得到近似真實(shí)的三維虛擬場(chǎng)景，模型創(chuàng)建是一項(xiàng)非常耗時(shí)而重要的過(guò)程，不僅要能夠保證真實(shí)世界存在的東西應(yīng)有盡有，而且還需要每個(gè)模型效果盡可能地貼近真實(shí)物品，只有這樣，最終形成的場(chǎng)景才能被渲染地更加真實(shí)。

3.4 場(chǎng)景展示

完成模型創(chuàng)建工作之后就可以通過(guò)各個(gè)模型部件搭建完整的建筑模型，這個(gè)過(guò)程需要合理確定模型色調(diào)及尺寸，根據(jù)需求調(diào)整環(huán)境燈光、陰影等效果，以求達(dá)到三維場(chǎng)景環(huán)境的和諧美觀，盡可能地貼近真實(shí)環(huán)境。

同樣，由于篇幅的限制，這里只對(duì)會(huì)議室、部分公共區(qū)域以及監(jiān)控室的場(chǎng)景進(jìn)行展示，通過(guò)場(chǎng)景展示可以非常直觀的了解整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用場(chǎng)景。 會(huì)議室、部分公共區(qū)域以及監(jiān)控室的三維場(chǎng)景如圖4 所示。

圖4 會(huì)議室、部分公共區(qū)域以及監(jiān)控室的三維場(chǎng)景展示

3.5 分析總結(jié)

通過(guò)完成整個(gè)智能化方案設(shè)計(jì)流程，可以得到如下幾點(diǎn)啟示。

(1)通過(guò)將Unity3D 技術(shù)應(yīng)用到建筑智能化方案設(shè)計(jì)中，雖然在前期加大了設(shè)計(jì)的工作量，但是使用戶能夠真真切切地感受到自己將要得到的智能化系統(tǒng)具體是什么樣子，能完成哪些功能，得到用戶極大的肯定。

(2)雖然在方案或者初步設(shè)計(jì)階段投入更大的精力，但是以這種直觀的方式與用戶溝通后，將會(huì)事半功倍，而且為后面的施工圖設(shè)計(jì)與施工階段的后期服務(wù)提供了便利。

(3)在模型創(chuàng)建中，要充分利用以往創(chuàng)建的模型，做到模型創(chuàng)建后可以重復(fù)利用，盡可能縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

4 結(jié)論與展望

建筑智能化行業(yè)只能算是剛剛起步，行業(yè)發(fā)展空間非常大，未來(lái)也必將有更多新技術(shù)、新理念融入進(jìn)來(lái)。 任何行業(yè)的發(fā)展都需要?jiǎng)?chuàng)新，論文通過(guò)將Unity3D 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)的建筑智能化設(shè)計(jì)行業(yè)相結(jié)合，提供了一個(gè)嶄新的方案展現(xiàn)形式，充分詮釋了設(shè)計(jì)創(chuàng)新理念，為建筑智能化行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了微薄之力。

傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)行業(yè)要不斷創(chuàng)新發(fā)展，才能自我更新，健康發(fā)展。 在這個(gè)科技發(fā)展日新月異的時(shí)代，要敢于將其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)拿來(lái)為本行業(yè)所用，充分發(fā)掘勘察設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的新思路。 同時(shí)，勘察設(shè)計(jì)行業(yè)作為一個(gè)服務(wù)性行業(yè)，要始終為用戶著想，為社會(huì)需要著想，才能真正設(shè)計(jì)出經(jīng)得起考驗(yàn)的精品工程。