BIM與VR技術在裝飾工程設計階段的應用分析

楊菲，張學輝，王麗洋，安軍海

摘要：為了解決裝飾工程設計階段存在的設計圖紙協(xié)同性較差、設計效率低，施工中存在專業(yè)碰撞及安全隱患等問題，運用BIM與VR技術并結合實際戶型案例，通過構建帶有參數(shù)屬性的可視化設計體系，從可視化、虛擬體驗、自主設計、裝飾預算、碰撞檢查、圖紙生成等方面進行設計流程分析，探討了BIM與VR技術在裝飾工程設計階段所帶來的創(chuàng)新及應用價值。結果表明，BIM與VR技術在提高設計師設計效率、增強業(yè)主參與度、保證后期施工質量、降低裝飾成本、提升業(yè)主滿意度等方面均發(fā)揮了積極作用。BIM與VR技術為設計師和業(yè)主帶來極大便利，將有可能逐步取代傳統(tǒng)裝飾工程設計流程。

關鍵詞：裝飾工程;BIM;VR;自主設計;裝飾預算

中圖分類號：TU2014 文獻標識碼：Adoi： 10.7535/hbgykj.2020yx01009

Application analysis of BIM and VR technology in

decoration engineering design stage

YANG Fei， ZHANG Xuehui， WANG Liyang， AN Junhai

Abstract：In order to solve the problems of poor coordination， low design efficiency， professional collision and potential safety hazard in the design stage of the decoration， a visual design system with a parameter attribute is constructed by using the method of BIM and VR and combining with the actual house type case. The design flow is analyzed from the aspects of visualization， virtual experience， autonomous design， decoration budget， impact inspection， drawing generation and so on，the innovation and application value brought about by the technology of BIM and VR in the design stage of decoration are discussed， the design efficiency of the designer is improved， and the participation of the owner is enhanced. The construction quality of the later stage is guaranteed， the decoration cost is reduced， and the satisfaction of the owner is improved. The results show that the BIM and VR technology bring great convenience to the designer and the owner， and it will be possible to gradually replace the traditional decoration engineering process.

Keywords：decoration engineering; BIM;VR;independent design; decorative budget

近年來，隨著中國經濟水平的提升，人們對于居住環(huán)境的裝飾效果要求日益提高。而裝飾工程作為建筑行業(yè)里一個不可或缺的環(huán)節(jié)，其發(fā)展水平的高低直接影響到建筑物的美觀性與居住的舒適性[12]，因此對裝飾工程設計階段提出了更高要求。

在傳統(tǒng)的裝飾工程設計中，設計師通過CAD技術進行平、立、剖面的二維圖紙繪制，但由于CAD的自身缺陷，圖紙互通性不足，無法進行關聯(lián)[3]，常常出現(xiàn)圖紙與設計意圖不符、詳圖表達不夠具體等現(xiàn)象;針對能讀懂施工圖紙的業(yè)主并不多[4]，設計人員通過3D MAX軟件對業(yè)主進行效果圖的呈現(xiàn)，但由于軟件的操作復雜性，存在效果圖制作時間過長、出圖效率低、效果圖交互性差等缺點;在施工階段工藝復雜，通過二維圖紙難以觀察管道與裝飾空間的位置關系，工人識圖難度大，容易造成因趕工而產生施工質量下降、資源不能合理利用等現(xiàn)象，甚至施工進度與質量無法得到保障，由于大部分業(yè)主不具備建筑專業(yè)知識，無法根據(jù)相關標準進行驗收，建筑材料以次充好的現(xiàn)象時有發(fā)生，買賣雙方交易不透明，很容易造成糾紛。同時施工過程的不合理性，也容易造成材料的大量浪費。

1BIM與VR技術在裝飾工程中的應用

1.1BIM與VR技術概述

BIM技術以三維模型為基礎，將設計過程中各個專業(yè)的相關信息存儲于同一個模型中，促進了建筑工程中的信息化管理[6]，因此在建筑領域中應用BIM技術能大大縮短設計周期、提高施工效率、保證工程質量。該技術的可視化特點能夠使施工過程中存在的安全隱患問題提前被人們預知并進行調整。

VR技術是以計算機仿真技術為基礎生成的一種交互式三維動態(tài)視景，可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界，其實體行為的仿真系統(tǒng)能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中，感受建筑物內部或外部空間，具有沉浸式、交互式和虛擬真實性的特點[7]。

在設計過程中，BIM技術可視化的特點只停留在三維模型的展示層面，用戶并不能真實感受到所處的居住環(huán)境、裝飾材質、構件參數(shù)等信息。而VR技術雖具備交互式模擬環(huán)境的特點，能真切感受空間，但無法將構件的顏色、材質、價格等信息進行存儲與體現(xiàn)?？梢?，BIM技術與VR技術極具互補性[8]，將BIM與VR技術相結合共同應用在裝飾工程中，既能用真實的視覺效果表達出設計師的設計意圖，又能在現(xiàn)有模型的基礎上增加查看構件信息、更改材質、放置家具等功能，增強用戶的感知體驗。

1.2BIM與VR技術在裝飾工程的應用優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的裝飾工程中，由于傳統(tǒng)觀念以及技術水平的限制，長期以來多采用抽象的平面效果圖來表現(xiàn)具有豐富信息的三維空間形態(tài)，這種傳遞信息的方式交流起來較為困難[9]。將BIM與VR技術相結合應用在裝飾工程設計階段中，可有效彌補這一不足，其具有如下優(yōu)點。

1）具有可視化與協(xié)調性在前期設計階段，BIM技術的三維可視化特點[10]使人們既能看到構件的幾何信息，又能對材質、顏色、價格等數(shù)據(jù)進行查看與修改。用戶通過觀看三維模型并與設計師進行有效溝通，可以提高業(yè)主在設計階段的參與度，減少因設計方案的反復修改而造成的時間與成本浪費[1112]。

2）可進行碰撞檢查裝飾工程作為建筑全生命周期的后期階段，在設計過程中必定會與其他專業(yè)進行交叉。通過BIM技術可在施工前對各專業(yè)間進行碰撞檢查，預先對存在的問題進行協(xié)調，避免在施工時再出現(xiàn)設計變更而造成施工圖的不斷修改，避免事故的發(fā)生[1314]。

3）可生成施工圖紙及施工模擬設計階段圖紙信息表達的正確與否與后期的施工質量息息相關。BIM技術可通過三維模型直接生成施工圖紙或詳圖用于指導施工，在對模型進行優(yōu)化后，圖紙也會進行相應變化，大大提高出圖效率及準確性。對于復雜節(jié)點，施工人員可通過BIM技術進行施工模擬，從三維角度了解構件的設計信息，對施工中可能存在的技術難題提前進行分析和優(yōu)化，保障后續(xù)工序的順利進行。

4）可生成工程量明細表傳統(tǒng)裝飾工程由專門的預算人員根據(jù)施工圖紙進行工程量計算[15]，容易導致因不了解施工工藝而使工程量統(tǒng)計不準確，造成材料浪費。采用BIM技術，在存有材料信息的三維模型基礎上，通過明細表可快速統(tǒng)計出墻飾面、吊頂、地板等工料用量，業(yè)主可以對不同設計方案的工程量進行對比，量價結合，選出符合自己裝飾預算的方案。這能節(jié)省人力，提高設計人員的工作效率，還有利于采購的準確性與交易透明性，減少不必要的糾紛。

5）可進行真實模擬在設計方案展示階段，真實性與交互性是VR技術的突出特點。通過VR設備進行場景模擬，在已儲存好材質與屬性信息的BIM模型基礎上，業(yè)主可對整體戶型進行全方位漫游體驗，也可對其居住環(huán)境進行三維結構的查看并對尺寸進行測量，挖掘更多深層次的信息;還可提前虛擬體驗“真實”的房屋裝飾效果，通過交互感知，對不滿意的裝飾風格進行自主調整與更換?？傊?，這種最直觀的展示方式能滿足業(yè)主需求，使業(yè)主充分地參與其中。

2BIM與VR技術在裝飾樣板間中的應用分析

2.1項目概況與模型初步建立

本文采用某小區(qū)經典戶型，三室一廳一廚兩衛(wèi)，建筑面積為93.575 m2。 利用BIM技術核心軟件Revit進行建模，將各專業(yè)信息模型進行鏈接整合，首先，構建了毛坯房BIM模型，如圖1所示。其后，裝飾設計師在符合專業(yè)標準的基礎上，結合業(yè)主的需求，基于BIM技術建立出精度不少于LOD400的家具、櫥柜、衛(wèi)生器具等模型構件集，如圖2所示沙發(fā)構件集。最后，將建立好的構件集載入到最初的BIM模型中，同時對墻體的顏色及裝飾品的材質進行設置，對物品的擺放位置進行調整，形成如圖3所示初步設計的裝飾BIM模型。

2.2虛擬現(xiàn)實體驗與業(yè)主自由選擇

將初步建立好的裝飾BIM模型導入Fuzor平臺中供業(yè)主進行VR體驗。由于裝飾工程具有特殊性，不同業(yè)主對居住環(huán)境的裝飾效果有不同的期望。借助于VR技術，業(yè)主在如圖4所示的虛擬“真實”環(huán)境中，通過操作手柄對構件進行選擇，并查看相關的屬性信息。在沉浸式體驗的同時，業(yè)主可根據(jù)自己的喜好對不滿意的構件、顏色或房間布局進行調整，在設計師給出的初步設計裝飾模型基礎上實現(xiàn)自主設計，并進行最佳裝飾效果優(yōu)化，對不同設計方案進行比選，如圖5所示。

2.3工程量明細表及裝飾預算

除了裝飾效果外，業(yè)主最關心的是裝飾成本預算，而預算離不開工程量的統(tǒng)計。利用BIM技術的明細表功能，可即時準確地統(tǒng)計出相關工程量，如某面墻的面積、體積，木地板的數(shù)量，再賦予單價，業(yè)主便可進一步對預選設計方案進行裝飾預算的控制與比選。

對于鋪磚等工序，通常需要進行切磚處理，如果處理不當，很容易造成材料的浪費，BIM技術可提前模擬出最經濟合理的鋪設樣式，預算地磚地板的各種規(guī)格及其數(shù)量。

本文以陶瓷地磚與木地板的鋪設為例，對明細表的功能進行分析。

由于Revit自帶的樓板功能主要是針對建筑樓板，對于地磚、地板的鋪設方式考慮并不完善，因此不利于工程量的統(tǒng)計。本文通過構建共享參數(shù)的方式，添加尺寸、材質等參數(shù)組，如圖6所示，繪制出可參變的地磚、地板BIM模型，并載入到業(yè)主自主設計后的BIM模型中進行排磚處理。由于是參變族，可根據(jù)需要進行地磚、地板尺寸與材質的調整。不同功能分區(qū)的鋪設效果如圖7所示。

通過設置明細表字段及計算公式，可快速統(tǒng)計出該設計方案所需的不同尺寸陶瓷地磚、木地板、數(shù)量及所需成本，如圖8所示（本文僅截取部分明細表進行示意）。當模型進行修改優(yōu)化時，其對應的工程量也會相應修改，為業(yè)主控制裝飾預算提供了準確的依據(jù)。

2.4碰撞檢查與圖紙生成

由于施工先后順序的原因，室內裝飾設計的BIM模型主要是建立在建筑、結構、管線綜合等整合模型的基礎之上。在裝飾工程設計過程中，為避免與已安裝的設備器具等發(fā)生碰撞，設計師可利用相關BIM軟件，基于業(yè)主所選定的設計方案，與已施工完成的各類管線及設備進行碰撞檢查。例如在該戶型中由于管道預留距離不足造成業(yè)主所選洗手盆與馬桶間存在碰撞，影響使用，故需要做出調整，確保生成的圖紙與施工現(xiàn)場具有統(tǒng)一性，如圖9所示。

專業(yè)間碰撞檢查及調整完成后，BIM技術可自動生成裝飾設計圖紙，如圖10所示，有效提高出圖環(huán)節(jié)的效率與精度，為后續(xù)施工的順利進行打下基礎。該環(huán)節(jié)既能科學合理地進行空間優(yōu)化、降低安全隱患，還可指導施工人員修正不合理的施工方案，方便施工人員在現(xiàn)場施工時參照三維BIM模型進行輔助施工。這種同時提供給施工人員二維CAD圖與三維模型的方式，提升了施工效率與質量，且模型具有可延續(xù)性。

3結語

BIM與VR技術的結合，有助于構建帶有參數(shù)屬性的可視化設計體系。業(yè)主親自體驗設計美感，大幅減少了因業(yè)主不滿而造成反復修改方案的時間浪費;通過進行工程量的準確統(tǒng)計及裝飾預算的控制，使業(yè)主能夠身臨其境地體驗真實的裝飾效果，參與到設計環(huán)節(jié)中進行自主設計，真正實現(xiàn)“業(yè)主自主設計”;裝飾模型還可指導后續(xù)施工。該方法具有效率高、操作性強、體驗性佳等優(yōu)點。

本文通過研究BIM與VR技術在裝飾工程設計階段中的應用，對其創(chuàng)新性及應用價值進行了分析，為裝飾工程的未來發(fā)展提供了一種新思路，但目前仍存在一些難點：首先，由于BIM與VR技術自身的復雜性，大部分企業(yè)只停留在使用BIM技術建立模型并進行三維可視化查看、使用VR技術進行效果圖查看的階段，未能將兩者進行有效結合;其次由于缺乏相關的規(guī)范標準作為支持，已習慣傳統(tǒng)設計方法的設計師難以接受新技術的轉變，相關設備成本投入過大，使得BIM與VR技術在國內裝飾工程中的普及度較低;最后，在技術方面，裝飾構件樣式繁多、造型各異，Revit中符合國內裝飾風格的構件集庫不夠完善，在發(fā)展初期建模工作量較大。

當前，BIM與VR技術雖都處于一個飛速發(fā)展的階段，但總體上還是不太成熟，存在一些不足，使其結合并廣泛應用于裝飾工程還需要很大的努力和一定的時間，但無論是為了提高設計效率還是為了提升裝飾效果的美觀性與實用性，BIM與VR技術相結合都會是裝飾工程今后的一種發(fā)展趨勢。未來裝飾設計師將可直接采用BIM技術進行三維協(xié)同設計，改變傳統(tǒng)的CAD二維設計的工作模式與設計理念，在精準三維模型基礎上導出完備的裝飾施工圖和各類裝飾材料用量;結合VR，AR、裸眼3D以及裝飾人工智能平臺，使裝飾工程設計過程在業(yè)主面前越來越透明，從而極大地提升用戶的參與度和滿意度。

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收稿日期：20191029;修回日期：20191201;責任編輯：馮民

基金項目：河北省自然科學基金（E2019208150）

第一作者簡介：楊菲（1994—），女，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事BIM技術與應用方面的研究。

通訊作者：張學輝副教授。Email：zhxuehui@126.com

楊菲，張學輝，王麗洋，等.BIM與VR技術在裝飾工程設計階段的應用分析[J].河北工業(yè)科技，2020，37（1）：4853.

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