基于BIM理念的家居設計研究

辛林旗，王召福

（1.中山大學，廣東 廣州 510006；2.廣州智慧家庭技術標準促進中心，廣東 廣州 510006）

隨著人們生活質量的改善，單純的功能性空間已經逐漸滿足不了人們更高的精神追求，人們熱衷于更個性化、更舒適便捷的家居設計體驗。在現實生活中，一個稱心如意的家居設計少之又少，除了國內室內設計人員水平參差不齊、裝飾材料不盡如人意等客觀因素外，業主和設計施工人員之間的溝通交流存在障礙也是一個很重要的原因。

家居設計中一套常規的流程是這樣的：1）業主向施工單位提供任務書，闡述設計想要的風格樣式；2）施工方收集相關資料，設計概念草圖；3）業主同意施工方的設計草圖，施工方開始施工。施工方會向業主提供設計施工圖、全局布局圖、部分特寫圖等。這樣的設計流程存在3個嚴重問題：1）設計圖需要用專業的CAD軟件設計，如Max3D、瑪雅等，費用高昂，不經濟；2）設計圖紙是二維的，對于業主來說，對未來的設計效果也只可能有一個很模糊的概念，可展示性差；3）設計本身需要很高的專業水準，對于設計師本身來說也是個很大的挑戰。本文將闡述一種基于BIM理念的三維家居設計的方法。

1 BIM建筑信息模型

建筑信息模型[1-2]（Building Information Modeling，BIM）是一個包涵了對一個建筑設施的物理和功能性特點的數字化表示的生產和管理的過程，使用了一種標準化的采集該建筑設施整個生命周期內所有信息的模型，擁有一整套從計劃設計到實施維護的詳細流程（NIBS 2008）。

從本質上說，BIM是（建筑設計、建造、運營維護）的作業工具，是一種工作方法，是一種比傳統二維CAD更先進的設計理念。目的是讓參與工程的各方盡可能快地了解工程中與之有關的情況，并且對工程實施過程中的足夠長的時間跨度內的各種事情能夠清晰地追溯，以便分清責任和各自所需承擔的責任。目前，BIM技術主要是靜態三維，并局限于建筑物的設計及建造階段，而未來，基于物聯網的BIM技術必將動態模擬建筑物投資決策、規劃、設計、施工、竣工驗收、運營維護、拆除及廢料處理等各階段的全壽命周期。基于物聯網的BIM技術將讓投資決策者擺脫決策無數據支撐的煩惱、讓工程造價者擺脫堆積如山的圖紙及熬夜作戰的痛苦、讓施工管理者擺脫繁瑣的施工方案編制及錯綜復雜的施工協調、讓運營維護者迅速查找到問題和解決之道，讓建筑參與各方實現信息化、精細化管理。

因此，建筑信息模型（BIM）作為一種新型的設計手段，將和物聯網技術結合，使建筑提升到智慧建筑的新高度，開創智慧建筑新時代，是建筑業下一個重要發展方向；同時將使物聯網在樓宇智能管理、物業管理和建筑物的運行維護方面發揮更大的作用。BIM還是一種比傳統二維CAD更先進的設計理念，它把建筑業業務流程和表達建筑物本身的信息更好地集成起來，從而提高整個行業的效率。

2 智能家居控制

在傳統的智能家居設備中，界面元素大部分都是二維的，如一個按鈕組來控制燈的開和關。通過將智能控制信息與BIM模型中的組件進行綁定，理論上可以實現在三維場景中用更加接近現實的組件實現智能家居控制，并且能夠將效果及時展現在BIM場景模型中。

本文接下來介紹一套新型的智能控制解決方案，該方案通過一個可自定義的控制器，將具有強大計算能力的云平臺和便捷的移動終端巧妙地組合在了一起，如圖1所示。

圖1 智能家居控制系統框架示意圖

該方案的流程是這樣的：用戶可以進入家居設計子系統，在云平臺強大的組件庫支持下，結合現實場景設計出逼真的三維家居環境；設計完成后，工程師可以通過智能控制系統對該家居環境中的可控組件（如燈、窗簾等）進行命令綁定，完成綁定的家居配置文件將下發到用戶家庭的控制器中；最后，用戶就可以下載給定的App對家里的設備進行智能控制。

基于Web的家居設計應用，是本控制系統框架中實現良好用戶體驗的重要組成部分。該應用的主要功能是將一個便于設計的二維視圖的家具設計圖渲染成便于展示的三維家具設計視圖，如圖2、圖3所示。因此，需要建立一張二維視圖和三維視圖的對應關系表以及一個BIM信息庫來保存家居組件的BIM信息，如該組件的紋理信息、位置信息、尺寸大小信息等。

在家居設計領域，已經有很多很優秀的應用軟件如SweetHome[3]的存在，但是其中不少的應用都有很大的局限性，譬如SweetHome需要有Java的運行環境，并且沒有與智能家居控制系統有很好的對接。而采用基于HTML5的Web技術將很好地克服這一困難。相對于傳統的PC軟件，基于瀏覽器的Web應用的優勢有：用戶可以在不安裝任何輔助軟件包的情況下使用這個應用；軟件開發迭代更加敏捷，可以實現持續的更新；同一個Web應用可以在Linux、Windows、iOS等操作系統下跨平臺運行，因此開發成本比傳統的PC軟件要低。當然，基于瀏覽器的Web應用也存在一些不足，其中一個很致命的缺陷，就是系統的訪問需要有正常的網絡連接。但是隨著網絡基礎設施日趨完善的當代社會，這個缺陷基本可以不用考慮，而且賦予了基于Web的家居設計一個很好的特性：使當前設計的實時共享成為可能，并成為一個設計師和最終客戶之間進行良好溝通的平臺。

圖2 二維視圖的家居設計圖示意圖

圖3 基于BIM理念的三維家居設計示意圖

3 BIM與家居設計

在上述智能控制系統的設計過程中，采用了基于BIM理念的設計思路。人們認識、感知這個世界，是三維的甚至更高維度的。二維的視角和三維的視角所能攜帶的信息量是有一個巨大的鴻溝的。基于這一點，將BIM應用到日常的家居設計，將會帶來一些革命性的變化，這些變化具體可以體現在以下幾個方面。

1）信息元的改變

二維CAD的數據只能是一些幾何圖形元素，如線條、曲線和圓等。而BIM模型能夠具有智能的上下文語義，其對象是根據建筑本身的元素和系統諸如空間、墻、房梁和柱子等定義的（CRC Construction Innovation 2007）它們所構建室內產品更加貼近現實。一個BIM模型擁有相關建筑的所有信息，包括它的物理和功能特征，項目的生命周期信息等。

2）可視化展示

二維CAD僅僅提供了對一棟建筑的二維視圖描述，如建筑的平面圖、截面圖以及立面圖等。而BIM設計建立起來的模型就是設計師設計的成果，各種視角的平面圖、截面圖、立面圖，以及三維效果圖、三維動畫都可以根據需要隨意生成[4]。如果業主對家居設計中的某一塊不滿意，設計師可以及時修正三維模型的材料材質、紋理顏色、燈光布置等，并把最新的成果展示給業主。這為設計的可視化提供了極大的便利，保障了最終設計的質量，并將大大提高業主的滿意度。

3）實現在線信息的共享

正如本文開始提到的，在家居設計過程中，一般都只是簡單的業主提出設計需求，然后設計師推敲需求，進行設計，然后把最終的設計圖反饋給業主。這個流程最大的缺陷就是業主和設計師之間缺乏溝通交流，導致業主可能對最后的設計成果不滿意。基于BIM的家居設計可以很好地解決這個問題：在BIM中，一些常用的基本構件的模型數據都會存放在統一的數據庫中，可以以BIM為核心搭建一個基于Web的信息共享平臺，使業主和設計師可以通過網絡進行及時的溝通交流，保證整個設計過程順利、流暢的進行。

4）信息熵的改變

在傳統的二維CAD設計中，一張設計圖紙能傳達的信息很少，如簡單的顏色搭配情況、各個組件的大概擺放位置信息等。BIM模型攜帶了建筑本身詳盡的信息，這就為建筑的施工帶來很多的便利。例如可以根據BIM模型生成家居設計中要用到的材料表、門窗表、墻體的面積、家具的數量、價格等信息，從而可以對此次家居設計進行粗略的預算估計，控制實際生產過程中的開支，并且能夠大大提高所購材料尺寸和數量的準確性；也可以通過IBM模型了解室內光、熱環境的設計。

5）更直觀地進行智能控制效果展示

智能家居[5]是一個居住環境，是以住宅為平臺，安裝有智能家居系統的居住環境，實施智能家居系統的過程就稱為智能家居集成。以住宅為平臺，利用有線和無線網絡平臺通信技術，包括綜合布線系統、安全防范系統、背景樂/廣播系統、燈光窗簾控制系統、空調VRV控制系統，以及家庭影院控制系統。

4 小結與展望

針對現有家居設計過程中存在的一些問題，本文提出了基于IBM理念的三維家居設計方法，通過該方法，能夠將設計師、業主、施工單位等多個實體緊密地聯系在一起，保障了整個家居設計及施工的質量，具有很好的積極意義。在家居設計階段，使用BIM的3D技術可以實現設計整體的可視化，在業主和設計師之間建立了一條良好的溝通渠道，不至于出現“雞同鴨講”的尷尬局面；在施工階段應用BIM技術，可以有效降低信息傳送過程中可能出現的理解錯誤。

在智能家居大行其道的當代社會，如何將BIM和智能控制聯系在一起，實現現實控制和虛擬場景的真正融合，進而搭建一個智能家居設計和控制一體化的綜合性平臺，是一個很有意思的話題。

[1]EASTMAN C，TEICHOLZ P，SACKS R，et al.BIM handbook:a guide to building information modeling for owners，managers，designers，engineers and contractors[M].[S.l.]：Wiley，2011.

[2]AZHAR S，MICHAEL H，BLAKE S.Building information modeling （BIM）:benefits，risks and challenges[EB/OL].http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-090711-090955/unrestricted/mwang.pdf.

[3] SweetHome3D，a free and open-source interior design application[EB/OL].http://www.sweethome3d.com.

[4] 王廷魁，杜長亮，張巍，等.基于BIM的全裝修房個性化設計研究[J].工程設計學報，2013（1）：44-48.

[5]智能家居[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/37089.htm.2013-5-28.