BIM技術(shù)在裝飾工程中的應用探索與研究

卜真良

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

隨著信息化時代的到來，數(shù)字貨幣、數(shù)字經(jīng)濟概念層出不窮，數(shù)字建造也隨之進入急速發(fā)展階段，通過將數(shù)字技術(shù)融入建筑行業(yè)，建筑的“數(shù)字化、智慧化”成為了引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心引擎，驅(qū)動著建筑產(chǎn)業(yè)的變革和創(chuàng)新發(fā)展。BIM技術(shù)作為建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)變的引領(lǐng)技 術(shù)[1-7]，已得到了廣泛認可，并取得了一定的成果。

然而，受一些因素制約，BIM技術(shù)在建筑裝飾工程中的發(fā)展較為緩慢，從裝飾設(shè)計到裝飾施工的全過程、系統(tǒng)性，BIM技術(shù)應用仍處于初步探索階段，無法將BIM技術(shù)深入應用到裝飾工程的設(shè)計、招投標、施工及審計的各環(huán)節(jié)中去。但隨著BIM技術(shù)的成熟和BIM人才的培養(yǎng)，BIM技術(shù)在建筑裝飾工程中的全覆蓋應用勢必成為未來的發(fā)展趨勢。

1 應用背景

1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

建筑裝飾行業(yè)是中國經(jīng)濟體制改革和對外開放的產(chǎn)物，也是中國最早引入市場機制、進行市場化運作的行業(yè)，行業(yè)中以民營經(jīng)濟為主體，民營企業(yè)占建筑裝飾企業(yè)總數(shù)的大多數(shù)。因此，由大量微、小型民營企業(yè)所組成的建筑裝飾行業(yè)面對信息化時代的到來，對裝飾工程的設(shè)計、造價、施工、維護等流程工序及各類信息的可視化要求越來越高，其企業(yè)規(guī)模普遍偏小，人力、資金、技術(shù)、能力普遍不達標；專業(yè)化水平低、行業(yè)政策法規(guī)不健全；裝飾材料、設(shè)備、五金件龐雜，質(zhì)量參差不齊；工序多，交叉輪流作業(yè)，隱蔽工程較多無法檢驗等痛點彰顯 無遺。

1.2 裝飾BIM前景

自2011年我國將BIM納入第十二個五年計劃，得到了中央及地方政府的大力推進，BIM技術(shù)被應用于建筑產(chǎn)業(yè)中越來越多的領(lǐng)域，而存在諸多痛點的裝飾工程也認識到BIM技術(shù)的重要價值，創(chuàng)新性地將BIM技術(shù)引入裝飾 工程。

通過BIM技術(shù)可視化、參數(shù)化、可協(xié)調(diào)性、信息完備性、模擬性等特點為裝飾工程的構(gòu)件預制化加工、標準化生產(chǎn)，提供了突破性的技術(shù)支持。采用BIM技術(shù)與裝配式技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)工人可以像搭積木般進行裝配化施工，達到建造速度快、受氣候條件制約小、綠色環(huán)保、節(jié)約勞動力等效果，推動集綠色建材、綠色施工和綠色檢測于一體，集輕質(zhì)化、機械化和模具化于一體的一體化集成裝飾技術(shù)發(fā)展。

2 BIM在裝飾工程中應用

2.1 BIM技術(shù)在裝飾設(shè)計中的應用優(yōu)勢

在建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，裝飾工程是最早將三維可視化技術(shù)輔助應用于裝飾設(shè)計。運用Auto CAD作平面線圖，然后導入3DS Max建模，通過Lightscape或Vray等軟件渲染，再用PS等修圖軟件進行處理，最后采用720云進行合成制成全景VR效果圖。但是，效果圖對于裝飾施工只能起到引導作用，以幫助施工工人了解業(yè)主的裝修需求，保證裝修方向不會跑偏，并不會展示出所有裝飾施工的最終效果，因此，裝飾成果與效果圖存在差別是在所難免的。

BIM技術(shù)通過Revit軟件作為數(shù)據(jù)交互中心，與多款BIM軟件進行數(shù)據(jù)協(xié)同，能有效提升裝飾設(shè)計質(zhì)量，降低裝飾設(shè)計效果與施工成果之間的差異（圖1）。

圖1 BIM軟件數(shù)據(jù)交互方式

1）室內(nèi)功能分析。BIM技術(shù)不僅能將建筑對象以三維形態(tài)在計算機上展現(xiàn)，還能采用數(shù)值分析方法快速計算出人工無法計算的數(shù)據(jù)，以其龐大的信息庫，通過BIM軟件對設(shè)計參數(shù)進行計算機數(shù)值分析計算。例如，Revit裝飾模型通過gbXML或DXF格式導入軟件Ecotect中進行建筑能耗、水耗、日照和聲環(huán)境等室內(nèi)功能分析，形成集造型美觀、性能舒適和綠色環(huán)保于一體的可持續(xù)建筑設(shè)計（圖2）。

2）設(shè)計可行性校驗。在裝飾工程中，結(jié)構(gòu)限制和機電碰撞是導致裝飾意圖無法實現(xiàn)的核心問題。通過BIM技術(shù)，能夠在裝飾設(shè)計時獲取由機電管線綜合后生成的凈高分析報告（圖3）。對于無法實現(xiàn)的裝飾凈高要求可以在設(shè)計初期得到及時反饋，并經(jīng)由多專業(yè)設(shè)計之間相互協(xié)調(diào)，尋求合理的解決方案。有效降低在施工階段為滿足裝飾效果而產(chǎn)生的大面積拆改或裝飾效果與設(shè)計意圖嚴重偏差的情況出現(xiàn)。

此外，BIM技術(shù)還能運用可視化漫游的功能，輔助設(shè)計師對其設(shè)計成果進行全局性校驗，深度挖掘設(shè)計過程中的想象盲區(qū)，充分展現(xiàn)設(shè)計師的設(shè)計精髓。

圖2 Ecotect日照分析

圖3 凈高分析報告

3）工程量估算，輔助招投標。BIM技術(shù)可以依據(jù)模型的搭建深度對項目工程量進行不同程度的估算（圖4）。對有著高標準化空間的建筑，可以通過對樣板間或樣板層進行精細化建模。以此導出準確的工程量清單，達到快速算量、精確算量，有效地避免傳統(tǒng)手工算量的漏項、錯項等情況，減少了施工階段因工程量問題而引起的糾紛。

圖4 基于BIM工程量統(tǒng)計

在工程的招投標中，亦可利用此工程量清單形成的報價作為指導價，避免“低價中標，高價索賠”的建造 陷阱。

4）設(shè)計責任可溯。在大型項目中，裝飾設(shè)計需由多家企業(yè)、多名設(shè)計師、多階段配合完成設(shè)計任務(wù)。設(shè)計調(diào)整過程中理念傳達不清、修改不及時、變更無人知曉等情況時有發(fā)生。采用BIM設(shè)計協(xié)同平臺，建造全過程信息集成，可檢索快速定位責任人，增強參建方設(shè)計人員的責任心，為項目中設(shè)計質(zhì)量進行保駕護航。

2.2 BIM技術(shù)引領(lǐng)裝飾施工技術(shù)革新

隨著BIM技術(shù)實踐的不斷深入和數(shù)字化技術(shù)的集成應用，應用重點由設(shè)計階段轉(zhuǎn)向建造階段。以施工階段為核心，模型為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)信息為輔，技術(shù)與管理全面融合為重的BIM技術(shù)拓展應用正推動施工管理模式進行蛻變。

1）項目協(xié)同管理。BIM技術(shù)通過“統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、集成項目信息”，利用云和移動終端技術(shù)開發(fā)出能夠在項目建造中對項目進度、質(zhì)量、安全、成本和資料進行統(tǒng)一管理的BIM項目協(xié)同管理平臺（圖5）。

圖5 BIM項目管理平臺架構(gòu)與功能

平臺在施工過程中運用“手機端”對項目進行實時數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后在項目例會中使用“PC端或Web端”向參建各方直觀展現(xiàn)當前工程健康狀況。參建各方通過平臺數(shù)據(jù)顯示，明確各方職責及后續(xù)任務(wù)措施，提升會議溝通效率，加強項目質(zhì)量、安全問題監(jiān)管，確保施工進度和控制建造成本。

2）可視化施工。在裝飾工程中，長期存在“工序繁多，交底困難”和“隱蔽工程多，難以檢驗”兩項頑疾。BIM技術(shù)在施工交底時，采用三維模型展示裝飾效果，配以安裝模擬視頻，從而能夠清晰、簡潔地向施工班組描述安裝工序（圖6）。模擬視頻最大優(yōu)勢在于其通過重復播放，可以完全避免參會人員轉(zhuǎn)述工序時因個人問題造成的錯誤和遺漏，在發(fā)生安裝質(zhì)量糾紛時能夠作為最有力的技術(shù)依據(jù)。

圖6 裝飾BIM安裝模擬與實物安裝

另外，監(jiān)理人員在驗收隱蔽工程時，通過“手機端”將含有設(shè)計非幾何信息的三維模型與現(xiàn)場實物進行對比，可以快速判斷驗收區(qū)域內(nèi)隱蔽工程是否符合設(shè)計要求。而且基于BIM模型實時更新原則，能夠及時提供最新設(shè)計變動信息，降低傳統(tǒng)檢驗過程中因圖紙版次錯誤或資料缺失而造成的驗收問題。

3）精準放線，促進定制加工。通常裝飾家具遵循“做到哪里定制到哪里”的原則，在現(xiàn)場進行反復測量后再逐套進行定制，造成不必要的窩工，是裝飾工程延誤工期的主要原因。為此，BIM采用自動放線技術(shù)，以三維模型為依據(jù)，測量控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，BIM軟件為載體，用BIM放樣機器人將數(shù)據(jù)進行表達（圖7）。將項目施工中所有專業(yè)的放線需求進行統(tǒng)一放樣，極大地提高了各專業(yè)的施工精度，促使需場外定制加工的家具、鋁板、石材、玻璃護欄、幕墻等裝飾構(gòu)件能夠盡早批量化定制，縮減采購 周期。

圖7 BIM全站儀放樣設(shè)備

4）施工復核。為彰顯設(shè)計師獨有的裝飾風格，在裝飾工程中不免出現(xiàn)大量異形異構(gòu)裝飾物，而且對于此類裝飾物的施工質(zhì)量和建造成本往往難以界限。BIM技術(shù)與三維掃描技術(shù)相結(jié)合，將掃描點云數(shù)據(jù)與裝飾模型進行重疊匹配，驗證構(gòu)配件屬性及安裝精度是否滿足設(shè)計要求。同時，利用BIM軟件從點云數(shù)據(jù)中提取異形異構(gòu)裝飾物幾何體量并進行工程量統(tǒng)計，為此類裝飾物的成本核算提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 實例研究

3.1 項目概況

項目位于北蘇州路470號，對原上?？偵虝鳂恰㈤T樓及歷史圍墻進行全面的修繕及改造。其中主樓建筑面積為地上3層3 650.45 m2，地下1層46.12 m2，結(jié)構(gòu)形式為磚木；門樓為2層105.31 m2，結(jié)構(gòu)形式為砌體。

實施范圍：對古建筑進行外立面及歷史圍墻進行技術(shù)性修復，建筑內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)進行加固，并進行裝飾及機電改造，使其在修繕改造后成為寶格麗酒店下屬宴會廳。

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 三維激光掃描與逆向模型創(chuàng)建

項目為古建筑修繕，建筑結(jié)構(gòu)、建筑圖紙早已無跡可尋，為消除人工測量造成的數(shù)據(jù)誤差，采用了三維激光掃描技術(shù)，對現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)進行掃描數(shù)據(jù)采集。配合使用全景攝像技術(shù)對原建筑內(nèi)、外部狀況進行數(shù)字記錄，為設(shè)計團隊提供可追溯的數(shù)據(jù)資料。同時，依據(jù)掃描點云數(shù)據(jù)進行逆向建模，還原出建筑的主體結(jié)構(gòu)框架模型，提交結(jié)構(gòu)設(shè)計進行結(jié)構(gòu)加固。

3.2.2 協(xié)調(diào)機電、凈高分析

古建筑中現(xiàn)代化機電功能增加是影響裝飾凈高、降低整體建筑美感的主要“殺手”。該古建筑改造成五星級酒店的高檔宴會廳，需增加大量的機電系統(tǒng)。在裝飾設(shè)計和機電設(shè)計圖初稿完成時，雙方設(shè)計團隊均發(fā)現(xiàn)受制于層高無法調(diào)整，部分建筑格局需保留，造成大面積的裝飾凈高要求無法實現(xiàn)，甚至許多區(qū)域連基本的人員通行高度都無法滿足。

為此，由機電深化單位對機電管線和裝飾吊頂進行建模，并結(jié)合結(jié)構(gòu)加固模型進行多專業(yè)碰撞檢查，生成凈高分析。經(jīng)過多輪的設(shè)計調(diào)整，最終形成了既滿足機電功能，又最大化匹配裝飾設(shè)計意圖的裝飾設(shè)計方案（圖8）。

圖8 裝飾建筑與機電協(xié)調(diào)模型

3.3 問題分析和解決思路

項目中BIM與裝飾相結(jié)合的應用并不密切，這并非項目團隊不努力實踐，而是在項目過程中存在諸多問題無法突破。

3.3.1 建模問題

1）族庫無法滿足使用需求。古建筑有著大量的雕花、石刻、浮雕等，在各類族庫中無法找到相似乃至類似的族。另外，建筑中的家具、燈具多為定制式，供應商也僅有效果圖和工藝圖。此類情況是裝飾BIM建模過程中經(jīng)常碰到的，尋找或創(chuàng)建一個裝飾族往往需要花費大量的人力、時間。

族庫的建立是一個積累的過程，推動供應商為各自的產(chǎn)品建立相應的產(chǎn)品族庫，將提供產(chǎn)品族寫入招投標要求，能夠極大地充實市場需求。

2）材質(zhì)庫缺乏且不統(tǒng)一。在建模工作開展前，建模人員對項目中所用材質(zhì)進行整理，發(fā)現(xiàn)古建筑中有著許多破損拼花圖案，修復設(shè)計師也無法提供修復后圖片的材質(zhì)設(shè)置參數(shù)。限于建模人員的專業(yè)能力，對于建筑中風化、掉漆、破損的既存構(gòu)造物材質(zhì)無法進行區(qū)分，并尋找對應的材質(zhì)圖片錄入材質(zhì)庫。

材質(zhì)庫的缺乏不僅是古建筑中的獨有問題，市場中大部分的BIM建模單位沒有自身的材質(zhì)庫，而且各家單位材質(zhì)庫中對于同一材質(zhì)的命名方式、材質(zhì)圖片、圖片尺寸及格式均不統(tǒng)一，造成數(shù)據(jù)混亂。對于此類情況，應由行業(yè)協(xié)會推出基準材質(zhì)庫并規(guī)范命名規(guī)則和錄入標準。

3）建模周期長、軟件不好用。Revit作為BIM的主流軟件，對于主體結(jié)構(gòu)和簡單建筑隔斷的建模是十分便利的，但是裝飾模型中有許多的細部構(gòu)件，從族庫的收集、材質(zhì)庫的錄入、異形體量建模到構(gòu)件拼接的一系列操作十分煩瑣。此外，裝飾建模過程中模型視圖效果開啟度較高且包含大量“自建族”，計算機卡頓情況頻發(fā)，嚴重降低建模效率。

軟件的使用不便、建模周期冗長，是制約BIM技術(shù)在裝飾工程中應用的關(guān)鍵問題。開發(fā)操作簡便、運行流暢的建模軟件，細致化劃分不同應用程度對應建模深度的要求，能夠有效降低建模成本，提升BIM技術(shù)應用積極性。

4）數(shù)據(jù)交換困難。項目中，機電BIM模型的搭建是采用TFAS軟件，建筑、結(jié)構(gòu)模型采用的是Revit軟件，兩款軟件之間只能使用IFC格式進行數(shù)據(jù)交互，存在著數(shù)據(jù)丟失且各自軟件的運行不暢的情況。設(shè)計協(xié)調(diào)過程中，為提升效率由機電深化單位運用TFAS軟件建立結(jié)構(gòu)、墻體和吊頂進行多專業(yè)協(xié)調(diào)，摒棄了Revit建立的裝飾BIM模型。

各類BIM軟件之間數(shù)據(jù)不通、數(shù)據(jù)丟失是BIM技術(shù)發(fā)展過程中的痼疾。其根本問題是現(xiàn)有BIM軟件的開發(fā)商均非我國自主研發(fā)，各國軟件之間存在技術(shù)壁壘。為此，由國內(nèi)大型軟件研發(fā)企業(yè)開發(fā)適用于中國市場的BIM軟件是迫在眉睫的。

3.3.2 平臺問題

1）項目體量小，協(xié)同管理平臺應用難以推動。約4 000 m2總建筑面積的微型項目，BIM協(xié)同管理平臺在項目中難以推廣，利用傳統(tǒng)管理手段已經(jīng)能夠達到管理目標。在數(shù)字化建造發(fā)展過程中，不僅需要技術(shù)阻礙的不斷突破，同時還需項目參建各方的觀念發(fā)生轉(zhuǎn)變，微小的項目更應采用協(xié)同管理進行低成本BIM應用實踐。

2）網(wǎng)絡(luò)問題，限制設(shè)計協(xié)作平臺。建模初期，項目部考慮多家設(shè)計單位協(xié)同作業(yè)問題，采用Autodesk BIM 360進行設(shè)計協(xié)同、數(shù)據(jù)共享和在線建模。然而，因駐場辦公區(qū)域網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，模型數(shù)據(jù)傳輸過程中時常發(fā)生數(shù)據(jù)崩潰、模型丟失的情況。此外，因施工現(xiàn)場區(qū)域無網(wǎng)絡(luò)覆蓋，設(shè)計人員無法通過“手機端”登錄賬號進行模型查閱，使得云端協(xié)同形同虛設(shè)。

4 結(jié)語

盡管BIM技術(shù)在裝飾工程應用中存在著種種問題，但是運用BIM技術(shù)的可視化設(shè)計能直觀地從三維模型中去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，通過三維掃描、三維自動放線技術(shù)，改變傳統(tǒng)手工作業(yè)方式，將原本不確定、不可控、費時費工的工作模式向可定量、有規(guī)律、能預測的模式轉(zhuǎn)變，采用BIM項目協(xié)同管理平臺對施工過程進行精細化管理，高效、高質(zhì)地達到各項管理目標的數(shù)字化建造發(fā)展趨勢已經(jīng)勢不可擋。

隨著數(shù)字建造的發(fā)展，BIM技術(shù)將不斷成熟，與裝飾工程的融合也將愈加密切，在裝飾工程中所起的作用也將更加廣泛。

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