BIM技術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，數字貨幣、數字經濟概念層出不窮，數字建造也隨之進入急速發展階段，通過將數字技術融入建筑行業，建筑的“數字化、智慧化”成為了引領產業轉型升級的核心引擎，驅動著建筑產業的變革和創新發展。BIM技術作為建筑產業數字化轉變的引領技 術[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技術在建筑裝飾工程中的發展較為緩慢，從裝飾設計到裝飾施工的全過程、系統性，BIM技術應用仍處于初步探索階段，無法將BIM技術深入應用到裝飾工程的設計、招投標、施工及審計的各環節中去。但隨著BIM技術的成熟和BIM人才的培養，BIM技術在建筑裝飾工程中的全覆蓋應用勢必成為未來的發展趨勢。

1 應用背景

1.1 行業現狀

建筑裝飾行業是中國經濟體制改革和對外開放的產物，也是中國最早引入市場機制、進行市場化運作的行業，行業中以民營經濟為主體，民營企業占建筑裝飾企業總數的大多數。因此，由大量微、小型民營企業所組成的建筑裝飾行業面對信息化時代的到來，對裝飾工程的設計、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，其企業規模普遍偏小，人力、資金、技術、能力普遍不達標；專業化水平低、行業政策法規不健全；裝飾材料、設備、五金件龐雜，質量參差不齊；工序多，交叉輪流作業，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技術被應用于建筑產業中越來越多的領域，而存在諸多痛點的裝飾工程也認識到BIM技術的重要價值，創新性地將BIM技術引入裝飾 工程。

通過BIM技術可視化、參數化、可協調性、信息完備性、模擬性等特點為裝飾工程的構件預制化加工、標準化生產，提供了突破性的技術支持。采用BIM技術與裝配式技術相結合，實現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、綠色環保、節約勞動力等效果，推動集綠色建材、綠色施工和綠色檢測于一體，集輕質化、機械化和模具化于一體的一體化集成裝飾技術發展。

2 BIM在裝飾工程中應用

2.1 BIM技術在裝飾設計中的應用優勢

在建筑產業發展中，裝飾工程是最早將三維可視化技術輔助應用于裝飾設計。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技術通過Revit軟件作為數據交互中心，與多款BIM軟件進行數據協同，能有效提升裝飾設計質量，降低裝飾設計效果與施工成果之間的差異（圖1）。

圖1 BIM軟件數據交互方式

1）室內功能分析。BIM技術不僅能將建筑對象以三維形態在計算機上展現，還能采用數值分析方法快速計算出人工無法計算的數據，以其龐大的信息庫，通過BIM軟件對設計參數進行計算機數值分析計算。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、日照和聲環境等室內功能分析，形成集造型美觀、性能舒適和綠色環保于一體的可持續建筑設計（圖2）。

2）設計可行性校驗。在裝飾工程中，結構限制和機電碰撞是導致裝飾意圖無法實現的核心問題。通過BIM技術，能夠在裝飾設計時獲取由機電管線綜合后生成的凈高分析報告（圖3）。對于無法實現的裝飾凈高要求可以在設計初期得到及時反饋，并經由多專業設計之間相互協調，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生的大面積拆改或裝飾效果與設計意圖嚴重偏差的情況出現。

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

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技術可以依據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）設計責任可溯。在大型項目中，裝飾設計需由多家企業、多名設計師、多階段配合完成設計任務。設計調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生。采用BIM設計協同平臺，建造全過程信息集成，可檢索快速定位責任人，增強參建方設計人員的責任心，為項目中設計質量進行保駕護航。

2.2 BIM技術引領裝飾施工技術革新

隨著BIM技術實踐的不斷深入和數字化技術的集成應用，應用重點由設計階段轉向建造階段。以施工階段為核心，模型為基礎，數據信息為輔，技術與管理全面融合為重的BIM技術拓展應用正推動施工管理模式進行蛻變。

1）項目協同管理。BIM技術通過“統一數據接口、集成項目信息”，利用云和移動終端技術開發出能夠在項目建造中對項目進度、質量、安全、成本和資料進行統一管理的BIM項目協同管理平臺（圖5）。

圖5 BIM項目管理平臺架構與功能

平臺在施工過程中運用“手機端”對項目進行實時數據采集，經過數據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當前工程健康狀況。參建各方通過平臺數據顯示，明確各方職責及后續任務措施，提升會議溝通效率，加強項目質量、安全問題監管，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）。模擬視頻最大優勢在于其通過重復播放，可以完全避免參會人員轉述工序時因個人問題造成的錯誤和遺漏，在發生安裝質量糾紛時能夠作為最有力的技術依據。

圖6 裝飾BIM安裝模擬與實物安裝

另外，監理人員在驗收隱蔽工程時，通過“手機端”將含有設計非幾何信息的三維模型與現場實物進行對比，可以快速判斷驗收區域內隱蔽工程是否符合設計要求。而且基于BIM模型實時更新原則，能夠及時提供最新設計變動信息，降低傳統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，以三維模型為依據，測量控制網為基礎，BIM軟件為載體，用BIM放樣機器人將數據進行表達（圖7）。將項目施工中所有專業的放線需求進行統一放樣，極大地提高了各專業的施工精度，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全站儀放樣設備

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

3 實例研究

3.1 項目概況

項目位于北蘇州路470號，對原上海總商會主樓、門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，結構形式為磚木；門樓為2層105.31 m2，結構形式為砌體。

實施范圍：對古建筑進行外立面及歷史圍墻進行技術性修復，建筑內部主體結構進行加固，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 技術措施

3.2.1 三維激光掃描與逆向模型創建

項目為古建筑修繕，建筑結構、建筑圖紙早已無跡可尋，為消除人工測量造成的數據誤差，采用了三維激光掃描技術，對現場主體結構進行掃描數據采集。配合使用全景攝像技術對原建筑內、外部狀況進行數字記錄，為設計團隊提供可追溯的數據資料。同時，依據掃描點云數據進行逆向建模，還原出建筑的主體結構框架模型，提交結構設計進行結構加固。

3.2.2 協調機電、凈高分析

古建筑中現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。在裝飾設計和機電設計圖初稿完成時，雙方設計團隊均發現受制于層高無法調整，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，甚至許多區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，并結合結構加固模型進行多專業碰撞檢查，生成凈高分析。經過多輪的設計調整，最終形成了既滿足機電功能，又最大化匹配裝飾設計意圖的裝飾設計方案（圖8）。

圖8 裝飾建筑與機電協調模型

3.3 問題分析和解決思路

項目中BIM與裝飾相結合的應用并不密切，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建模過程中經常碰到的，尋找或創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品建立相應的產品族庫，將提供產品族寫入招投標要求，能夠極大地充實市場需求。

2）材質庫缺乏且不統一。在建模工作開展前，建模人員對項目中所用材質進行整理，發現古建筑中有著許多破損拼花圖案，修復設計師也無法提供修復后圖片的材質設置參數。限于建模人員的專業能力，對于建筑中風化、掉漆、破損的既存構造物材質無法進行區分，并尋找對應的材質圖片錄入材質庫。

材質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庫，而且各家單位材質庫中對于同一材質的命名方式、材質圖片、圖片尺寸及格式均不統一，造成數據混亂。對于此類情況，應由行業協會推出基準材質庫并規范命名規則和錄入標準。

3）建模周期長、軟件不好用。Revit作為BIM的主流軟件，對于主體結構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件，從族庫的收集、材質庫的錄入、異形體量建模到構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，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技術在裝飾工程中應用的關鍵問題。開發操作簡便、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技術應用積極性。

4）數據交換困難。項目中，機電BIM模型的搭建是采用TFAS軟件，建筑、結構模型采用的是Revit軟件，兩款軟件之間只能使用IFC格式進行數據交互，存在著數據丟失且各自軟件的運行不暢的情況。設計協調過程中，為提升效率由機電深化單位運用TFAS軟件建立結構、墻體和吊頂進行多專業協調，摒棄了Revit建立的裝飾BIM模型。

各類BIM軟件之間數據不通、數據丟失是BIM技術發展過程中的痼疾。其根本問題是現有BIM軟件的開發商均非我國自主研發，各國軟件之間存在技術壁壘。為此，由國內大型軟件研發企業開發適用于中國市場的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協同管理平臺在項目中難以推廣，利用傳統管理手段已經能夠達到管理目標。在數字化建造發展過程中，不僅需要技術阻礙的不斷突破，同時還需項目參建各方的觀念發生轉變，微小的項目更應采用協同管理進行低成本BIM應用實踐。

2）網絡問題，限制設計協作平臺。建模初期，項目部考慮多家設計單位協同作業問題，采用Autodesk BIM 360進行設計協同、數據共享和在線建模。然而，因駐場辦公區域網絡不穩定，模型數據傳輸過程中時常發生數據崩潰、模型丟失的情況。此外，因施工現場區域無網絡覆蓋，設計人員無法通過“手機端”登錄賬號進行模型查閱，使得云端協同形同虛設。

4 結語

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

隨著數字建造的發展，BIM技術將不斷成熟，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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