全流程數(shù)字化技術(shù)在復(fù)雜裝飾造型建造中的應(yīng)用

蘇海龍

上海市建筑裝飾工程集團(tuán)有限公司 上海 200072

建筑裝飾裝修過程中的數(shù)字化技術(shù)體現(xiàn)在工程中的施工圖設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、場(chǎng)外加工、材料的加工與管理、竣工交付等一系列工程應(yīng)用，并且貫穿了方案設(shè)計(jì)—施工深化—竣工—運(yùn)維與拆除的整個(gè)建筑裝飾施工流程。數(shù)字化技術(shù)包括建筑信息模型（BIM）、三維掃描、三維打印、虛擬施工、信息化管理等。在工程施工過程中常運(yùn)用多種技術(shù)手段相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)工程全生命周期的信息共享與傳遞，對(duì)其物理周期和功能進(jìn)行更科學(xué)高效的數(shù)字化表達(dá)[1-7]。

劇院項(xiàng)目的藝術(shù)效果展現(xiàn)常常通過多曲面、雙曲面、復(fù)雜空間造型等手法。這些裝飾構(gòu)件從設(shè)計(jì)要求、測(cè)量要求、安裝方式要求都與傳統(tǒng)做法有很大的區(qū)別，因此劇院項(xiàng)目裝飾工程的施工難度好比裝飾施工中的“珠穆朗瑪峰”。本文以某劇場(chǎng)大堂裝飾的異形構(gòu)件施工為例，簡(jiǎn)單介紹了BIM數(shù)字化建造技術(shù)在建筑裝飾工程的具體應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)過程（圖1）。

圖1 劇場(chǎng)大堂曲面造型效果圖

1 土建尺寸復(fù)核

眾所周知，現(xiàn)澆鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)施工通常難以控制其構(gòu)件的施工精度。

本項(xiàng)目由于土建施工時(shí)，土建構(gòu)件尺寸與原設(shè)計(jì)尺寸存在一定的偏差，部分裝飾完成設(shè)計(jì)模型與土建構(gòu)件存在一定的沖突，裝飾飾面為場(chǎng)外加工定制產(chǎn)品，需要與現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精確的尺寸復(fù)核，以便于及時(shí)糾偏。

由于本項(xiàng)目為異形構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)造型相當(dāng)復(fù)雜，常規(guī)的測(cè)量方法實(shí)施比較困難。因此，為確保裝飾構(gòu)件加工尺寸與精度滿足現(xiàn)場(chǎng)尺寸需求，本項(xiàng)目通過使用三維激光掃描技術(shù)，對(duì)已完成結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行全面的掃描測(cè)量，并通過后期逆向建模處理生成三維模型，將掃描模型與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行整合對(duì)比，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)掃描模型修正裝飾設(shè)計(jì)模型尺寸，使之滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝需求，解決藝術(shù)飾面深化和加工中的測(cè)量難題?，F(xiàn)場(chǎng)掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理后的點(diǎn)云模型如圖2、圖3所示。

圖2 三維測(cè)量

圖3 點(diǎn)云模型

通過對(duì)掃描結(jié)果的定量及定性分析，可對(duì)裝飾構(gòu)件的加工尺寸進(jìn)行確認(rèn)，確保滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝條件。在整個(gè)前期測(cè)量掃描過程中，主要運(yùn)用的是三維激光掃描技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行科學(xué)的數(shù)字化處理，并將成果可視化，同時(shí)為之后的建模與深化設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

2 設(shè)計(jì)深化

在深化設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)裝飾構(gòu)造節(jié)點(diǎn)及深化圖對(duì)裝飾專業(yè)進(jìn)行面層與基層模型搭建，然后將裝飾設(shè)計(jì)模型與掃描后的土建、機(jī)電等各專業(yè)模型進(jìn)行整合，利用BIM技術(shù)的可視化及分析功能對(duì)模型進(jìn)行碰撞檢查與虛擬仿真安裝，在不改變?cè)O(shè)計(jì)造型的原則下，根據(jù)BIM模型整合后的問題，對(duì)設(shè)計(jì)藝術(shù)造型進(jìn)行優(yōu)化處理，使深化設(shè)計(jì)能與現(xiàn)場(chǎng)做到良好的匹配。圖4為大堂異形飄帶設(shè)計(jì)模型與優(yōu)化后的模型對(duì)比，藍(lán)色為原設(shè)計(jì)模型，紅色為優(yōu)化后模型。

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

由圖4可以看出，優(yōu)化之后的模型在不破壞原有基礎(chǔ)的前提下，對(duì)裝飾構(gòu)件進(jìn)行了一些改造與深化，借助數(shù)字化手段，將異形裝飾構(gòu)件的復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)貼合現(xiàn)場(chǎng)空間造型，同時(shí)賦予空間一定的藝術(shù)感與設(shè)計(jì)感。曲面裝飾結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)、空間、安裝技術(shù)的要求很高，通過BIM技術(shù)繪制模型以及數(shù)據(jù)分析，將概念與施工更好地進(jìn)行融合，體現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)在建筑裝飾工程中的模擬性和優(yōu)化性。

3 裝飾構(gòu)件分件與下單

為滿足裝飾構(gòu)件加工、成品保護(hù)、運(yùn)輸、安裝等要求，將藝術(shù)構(gòu)件以一定基本空間單元尺寸，進(jìn)一步分割至“零件”級(jí)別?；谒囆g(shù)構(gòu)件的構(gòu)造特點(diǎn)和連接方式結(jié)合三維模型直觀的優(yōu)點(diǎn)，可以將一個(gè)大的構(gòu)件分成為數(shù)個(gè)小組件（圖5）。分割零件的過程中首先考慮安裝的便利性和分縫的美觀性，一般情況下將分割位置選擇在造型變化、便于連接件預(yù)埋、易于修補(bǔ)、不易被游客視角察覺的部位。將分割后的“零件”模型重新整合為“構(gòu)件”級(jí)裝飾模型，再嵌回整體BIM模型。通過分件可以將構(gòu)件“化整為零”，為生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝提供了便利。

圖5 構(gòu)件分件示意

在裝飾工程中，構(gòu)件都是依附在主、次結(jié)構(gòu)上的，因此，需要對(duì)每個(gè)依附構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量、定位點(diǎn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。通過BIM模型的應(yīng)用，可以在三維模型中數(shù)字化記錄構(gòu)件尺寸、出場(chǎng)信息、安裝時(shí)間等相關(guān)信息，也可以導(dǎo)出相關(guān)的二維圖紙，并將放樣數(shù)據(jù)導(dǎo)出至全站儀中，不僅在深化設(shè)計(jì)階段提供了更便捷的信息查詢及反饋的途徑，也讓技術(shù)交底變得更簡(jiǎn)單，同時(shí)可以配合加工及定位安裝。

4 工廠加工與安裝

在完成裝飾構(gòu)件建模和深化設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加工與安裝，具體的流程如下：

1）根據(jù)已經(jīng)確認(rèn)的方案模型，出GRG產(chǎn)品生產(chǎn)下單圖，然后根據(jù)分模尺寸，出木模模具下單圖。

2）根據(jù)模型出木模的組裝圖，以指導(dǎo)模具組裝并復(fù)核模具尺寸，按照組裝圖，將CNC雕刻好的木板一次組裝成形，并按圖復(fù)核尺寸。

3）隨后進(jìn)行模具復(fù)核，復(fù)核模具對(duì)角線長(zhǎng)、弦長(zhǎng)數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)法蘭邊、填縫槽等工藝，然后進(jìn)行GRG產(chǎn)品生產(chǎn)（圖6）。

圖6 數(shù)據(jù)信息輔助產(chǎn)品安裝

采用手持式三維掃描儀對(duì)制作好的模具進(jìn)行復(fù)測(cè)，并與下單模型進(jìn)行比對(duì)，控制加工過程中的精度。提供整體GRG構(gòu)件的精準(zhǔn)度。同時(shí)采用全站儀對(duì)產(chǎn)品構(gòu)件進(jìn)行精準(zhǔn)定位，每安裝完成一個(gè)構(gòu)件，便復(fù)合每個(gè)構(gòu)件的4個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，確保安裝精度。

5 材料物流管理

場(chǎng)外加工構(gòu)件，尤其是藝術(shù)構(gòu)件的編號(hào)系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)對(duì)于整體質(zhì)量的提高和管控越來越重要，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過基于云平臺(tái)的外加工材料的數(shù)字化物流管理平臺(tái)應(yīng)用，能夠形成場(chǎng)外加工產(chǎn)品加工和施工的可視化監(jiān)控和可控化管理，解決裝配式裝飾構(gòu)件在外加工、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、安裝與現(xiàn)場(chǎng)管理等各工作階段、各參與方協(xié)同工作與管理的問題，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)外加工材料的全過程監(jiān)督，提升了項(xiàng)目管理能級(jí)。

運(yùn)用二維碼或RFID等信息傳輸方式進(jìn)行物聯(lián)控制（圖7），可以有效管理監(jiān)控產(chǎn)品的進(jìn)度和質(zhì)量環(huán)節(jié)控制。這種加入了數(shù)字化理念的全流程管理，一方面線上運(yùn)營(yíng)與管理使各階段的操作都更加便利和高效，另一方面也讓產(chǎn)品與流程透明化與可視化，在一定程度上減少了資源浪費(fèi)。

圖7 基于二維碼的數(shù)字化物流管理平臺(tái)

6 結(jié)語

裝飾裝修工程藝術(shù)造型數(shù)字化建造技術(shù)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在建筑裝飾行業(yè)進(jìn)行了一系列的變革，具體應(yīng)用體現(xiàn)在三維掃描、放樣機(jī)器人等新測(cè)量、放樣數(shù)字化設(shè)備和各類BIM軟件的應(yīng)用上。在應(yīng)用過程中包括土建復(fù)核、設(shè)計(jì)深化、分解裝飾構(gòu)件、工廠安裝配制、材料物流管理等。

數(shù)字化建造技術(shù)在勘測(cè)、設(shè)計(jì)、建模、裝配構(gòu)件、物流、運(yùn)維等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域都有涉及，是一種工業(yè)化與信息化相結(jié)合的新技術(shù)手段。

這些技術(shù)的應(yīng)用提升了裝飾工程各個(gè)階段的技術(shù)實(shí)施與管理實(shí)力，讓一些以前無法實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)的造型在這些數(shù)字化工具的幫助下得以呈現(xiàn)，用技術(shù)推動(dòng)了設(shè)計(jì)的發(fā)展。在時(shí)間維度上，可以較好地完成從方案到施工再到后期維護(hù)的全流程把控，是一種低成本、可持續(xù)的集成式管理模式。同時(shí)數(shù)字化加工技術(shù)將大大提升加工和安裝精度，為設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)提供了較好的解決方案，并且把握了整體的質(zhì)量控制和后期長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)營(yíng)維護(hù)等工作，實(shí)現(xiàn)了不同工種之間的專業(yè)協(xié)同，以及整體工程的專業(yè)化和一體化。