BIM与VR技术在装饰工程设计阶段的应用分析

杨菲，张学辉，王丽洋，安军海

摘要：为了解决装饰工程设计阶段存在的设计图纸协同性较差、设计效率低，施工中存在专业碰撞及安全隐患等问题，运用BIM与VR技术并结合实际户型案例，通过构建带有参数属性的可视化设计体系，从可视化、虚拟体验、自主设计、装饰预算、碰撞检查、图纸生成等方面进行设计流程分析，探讨了BIM与VR技术在装饰工程设计阶段所带来的创新及应用价值。结果表明，BIM与VR技术在提高设计师设计效率、增强业主参与度、保证后期施工质量、降低装饰成本、提升业主满意度等方面均发挥了积极作用。BIM与VR技术为设计师和业主带来极大便利，将有可能逐步取代传统装饰工程设计流程。

关键词：装饰工程;BIM;VR;自主设计;装饰预算

中图分类号：TU2014 文献标识码：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

近年来，随着中国经济水平的提升，人们对于居住环境的装饰效果要求日益提高。而装饰工程作为建筑行业里一个不可或缺的环节，其发展水平的高低直接影响到建筑物的美观性与居住的舒适性[12]，因此对装饰工程设计阶段提出了更高要求。

在传统的装饰工程设计中，设计师通过CAD技术进行平、立、剖面的二维图纸绘制，但由于CAD的自身缺陷，图纸互通性不足，无法进行关联[3]，常常出现图纸与设计意图不符、详图表达不够具体等现象;针对能读懂施工图纸的业主并不多[4]，设计人员通过3D MAX软件对业主进行效果图的呈现，但由于软件的操作复杂性，存在效果图制作时间过长、出图效率低、效果图交互性差等缺点;在施工阶段工艺复杂，通过二维图纸难以观察管道与装饰空间的位置关系，工人识图难度大，容易造成因赶工而产生施工质量下降、资源不能合理利用等现象，甚至施工进度与质量无法得到保障，由于大部分业主不具备建筑专业知识，无法根据相关标准进行验收，建筑材料以次充好的现象时有发生，买卖双方交易不透明，很容易造成纠纷。同时施工过程的不合理性，也容易造成材料的大量浪费。

1BIM与VR技术在装饰工程中的应用

1.1BIM与VR技术概述

BIM技术以三维模型为基础，将设计过程中各个专业的相关信息存储于同一个模型中，促进了建筑工程中的信息化管理[6]，因此在建筑领域中应用BIM技术能大大缩短设计周期、提高施工效率、保证工程质量。该技术的可视化特点能够使施工过程中存在的安全隐患问题提前被人们预知并进行调整。

VR技术是以计算机仿真技术为基础生成的一种交互式三维动态视景，可以创建和体验虚拟世界，其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该环境中，感受建筑物内部或外部空间，具有沉浸式、交互式和虛拟真实性的特点[7]。

在设计过程中，BIM技术可视化的特点只停留在三维模型的展示层面，用户并不能真实感受到所处的居住环境、装饰材质、构件参数等信息。而VR技术虽具备交互式模拟环境的特点，能真切感受空间，但无法将构件的颜色、材质、价格等信息进行存储与体现。可见，BIM技术与VR技术极具互补性[8]，将BIM与VR技术相结合共同应用在装饰工程中，既能用真实的视觉效果表达出设计师的设计意图，又能在现有模型的基础上增加查看构件信息、更改材质、放置家具等功能，增强用户的感知体验。

1.2BIM与VR技术在装饰工程的应用优势

在传统的装饰工程中，由于传统观念以及技术水平的限制，长期以来多采用抽象的平面效果图来表现具有丰富信息的三维空间形态，这种传递信息的方式交流起来较为困难[9]。将BIM与VR技术相结合应用在装饰工程设计阶段中，可有效弥补这一不足，其具有如下优点。

1）具有可视化与协调性在前期设计阶段，BIM技术的三维可视化特点[10]使人们既能看到构件的几何信息，又能对材质、颜色、价格等数据进行查看与修改。用户通过观看三维模型并与设计师进行有效沟通，可以提高业主在设计阶段的参与度，减少因设计方案的反复修改而造成的时间与成本浪费[1112]。

2）可进行碰撞检查装饰工程作为建筑全生命周期的后期阶段，在设计过程中必定会与其他专业进行交叉。通过BIM技术可在施工前对各专业间进行碰撞检查，预先对存在的问题进行协调，避免在施工时再出现设计变更而造成施工图的不断修改，避免事故的发生[1314]。

3）可生成施工图纸及施工模拟设计阶段图纸信息表达的正确与否与后期的施工质量息息相关。BIM技术可通过三维模型直接生成施工图纸或详图用于指导施工，在对模型进行优化后，图纸也会进行相应变化，大大提高出图效率及准确性。对于复杂节点，施工人员可通过BIM技术进行施工模拟，从三维角度了解构件的设计信息，对施工中可能存在的技术难题提前进行分析和优化，保障后续工序的顺利进行。

4）可生成工程量明细表传统装饰工程由专门的预算人员根据施工图纸进行工程量计算[15]，容易导致因不了解施工工艺而使工程量统计不准确，造成材料浪费。采用BIM技术，在存有材料信息的三维模型基础上，通过明细表可快速统计出墙饰面、吊顶、地板等工料用量，业主可以对不同设计方案的工程量进行对比，量价结合，选出符合自己装饰预算的方案。这能节省人力，提高设计人员的工作效率，还有利于采购的准确性与交易透明性，减少不必要的纠纷。

5）可进行真实模拟在设计方案展示阶段，真实性与交互性是VR技术的突出特点。通过VR设备进行场景模拟，在已储存好材质与属性信息的BIM模型基础上，业主可对整体户型进行全方位漫游体验，也可对其居住环境进行三维结构的查看并对尺寸进行测量，挖掘更多深层次的信息;还可提前虚拟体验“真实”的房屋装饰效果，通过交互感知，对不满意的装饰风格进行自主调整与更换。总之，这种最直观的展示方式能满足业主需求，使业主充分地参与其中。

2BIM与VR技术在装饰样板间中的应用分析

2.1项目概况与模型初步建立

本文采用某小区经典户型，三室一厅一厨两卫，建筑面积为93.575 m2。 利用BIM技术核心软件Revit进行建模，将各专业信息模型进行链接整合，首先，构建了毛坯房BIM模型，如图1所示。其后，装饰设计师在符合专业标准的基础上，结合业主的需求，基于BIM技术建立出精度不少于LOD400的家具、橱柜、卫生器具等模型构件集，如图2所示沙发构件集。最后，将建立好的构件集载入到最初的BIM模型中，同时对墙体的颜色及装饰品的材质进行设置，对物品的摆放位置进行调整，形成如图3所示初步设计的装饰BIM模型。

2.2虚拟现实体验与业主自由选择

将初步建立好的装饰BIM模型导入Fuzor平台中供业主進行VR体验。由于装饰工程具有特殊性，不同业主对居住环境的装饰效果有不同的期望。借助于VR技术，业主在如图4所示的虚拟“真实”环境中，通过操作手柄对构件进行选择，并查看相关的属性信息。在沉浸式体验的同时，业主可根据自己的喜好对不满意的构件、颜色或房间布局进行调整，在设计师给出的初步设计装饰模型基础上实现自主设计，并进行最佳装饰效果优化，对不同设计方案进行比选，如图5所示。

2.3工程量明细表及装饰预算

除了装饰效果外，业主最关心的是装饰成本预算，而预算离不开工程量的统计。利用BIM技术的明细表功能，可即时准确地统计出相关工程量，如某面墙的面积、体积，木地板的数量，再赋予单价，业主便可进一步对预选设计方案进行装饰预算的控制与比选。

对于铺砖等工序，通常需要进行切砖处理，如果处理不当，很容易造成材料的浪费，BIM技术可提前模拟出最经济合理的铺设样式，预算地砖地板的各种规格及其数量。

本文以陶瓷地砖与木地板的铺设为例，对明细表的功能进行分析。

由于Revit自带的楼板功能主要是针对建筑楼板，对于地砖、地板的铺设方式考虑并不完善，因此不利于工程量的统计。本文通过构建共享参数的方式，添加尺寸、材质等参数组，如图6所示，绘制出可参变的地砖、地板BIM模型，并载入到业主自主设计后的BIM模型中进行排砖处理。由于是参变族，可根据需要进行地砖、地板尺寸与材质的调整。不同功能分区的铺设效果如图7所示。

通过设置明细表字段及计算公式，可快速统计出该设计方案所需的不同尺寸陶瓷地砖、木地板、数量及所需成本，如图8所示（本文仅截取部分明细表进行示意）。当模型进行修改优化时，其对应的工程量也会相应修改，为业主控制装饰预算提供了准确的依据。

2.4碰撞检查与图纸生成

由于施工先后顺序的原因，室内装饰设计的BIM模型主要是建立在建筑、结构、管线综合等整合模型的基础之上。在装饰工程设计过程中，为避免与已安装的设备器具等发生碰撞，设计师可利用相关BIM软件，基于业主所选定的设计方案，与已施工完成的各类管线及设备进行碰撞检查。例如在该户型中由于管道预留距离不足造成业主所选洗手盆与马桶间存在碰撞，影响使用，故需要做出调整，确保生成的图纸与施工现场具有统一性，如图9所示。

专业间碰撞检查及调整完成后，BIM技术可自动生成装饰设计图纸，如图10所示，有效提高出图环节的效率与精度，为后续施工的顺利进行打下基础。该环节既能科学合理地进行空间优化、降低安全隐患，还可指导施工人员修正不合理的施工方案，方便施工人员在现场施工时参照三维BIM模型进行辅助施工。这种同时提供给施工人员二维CAD图与三维模型的方式，提升了施工效率与质量，且模型具有可延续性。

3结语

BIM与VR技术的结合，有助于构建带有参数属性的可视化设计体系。业主亲自体验设计美感，大幅减少了因业主不满而造成反复修改方案的时间浪费;通过进行工程量的准确统计及装饰预算的控制，使业主能够身临其境地体验真实的装饰效果，参与到设计环节中进行自主设计，真正实现“业主自主设计”;装饰模型还可指导后续施工。该方法具有效率高、操作性强、体验性佳等优点。

本文通过研究BIM与VR技术在装饰工程设计阶段中的应用，对其创新性及应用价值进行了分析，为装饰工程的未来发展提供了一种新思路，但目前仍存在一些难点：首先，由于BIM与VR技术自身的复杂性，大部分企业只停留在使用BIM技术建立模型并进行三维可视化查看、使用VR技术进行效果图查看的阶段，未能将两者进行有效结合;其次由于缺乏相关的规范标准作为支持，已习惯传统设计方法的设计师难以接受新技术的转变，相关设备成本投入过大，使得BIM与VR技术在国内装饰工程中的普及度较低;最后，在技术方面，装饰构件样式繁多、造型各异，Revit中符合国内装饰风格的构件集库不够完善，在发展初期建模工作量较大。

当前，BIM与VR技术虽都处于一个飞速发展的阶段，但总体上还是不太成熟，存在一些不足，使其结合并广泛应用于装饰工程还需要很大的努力和一定的时间，但无论是为了提高设计效率还是为了提升装饰效果的美观性与实用性，BIM与VR技术相结合都会是装饰工程今后的一種发展趋势。未来装饰设计师将可直接采用BIM技术进行三维协同设计，改变传统的CAD二维设计的工作模式与设计理念，在精准三维模型基础上导出完备的装饰施工图和各类装饰材料用量;结合VR，AR、裸眼3D以及装饰人工智能平台，使装饰工程设计过程在业主面前越来越透明，从而极大地提升用户的参与度和满意度。

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收稿日期：20191029;修回日期：20191201;责任编辑：冯民

基金项目：河北省自然科学基金（E2019208150）

第一作者简介：杨菲（1994—），女，河北石家庄人，硕士研究生，主要从事BIM技术与应用方面的研究。

通讯作者：张学辉副教授。Email：zhxuehui@126.com

杨菲，张学辉，王丽洋，等.BIM与VR技术在装饰工程设计阶段的应用分析[J].河北工业科技，2020，37（1）：4853.

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