全流程數字化技術在復雜裝飾造型建造中的應用

蘇海龍

上海市建筑裝飾工程集團有限公司 上海 200072

建筑裝飾裝修過程中的數字化技術體現在工程中的施工圖設計、深化設計、場外加工、材料的加工與管理、竣工交付等一系列工程應用，并且貫穿了方案設計—施工深化—竣工—運維與拆除的整個建筑裝飾施工流程。數字化技術包括建筑信息模型（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用多種技術手段相結合，以實現對建設工程全生命周期的信息共享與傳遞，對其物理周期和功能進行更科學高效的數字化表達[1-7]。

劇院項目的藝術效果展現常常通過多曲面、雙曲面、復雜空間造型等手法。這些裝飾構件從設計要求、測量要求、安裝方式要求都與傳統做法有很大的區別，因此劇院項目裝飾工程的施工難度好比裝飾施工中的“珠穆朗瑪峰”。本文以某劇場大堂裝飾的異形構件施工為例，簡單介紹了BIM數字化建造技術在建筑裝飾工程的具體應用和實現過程（圖1）。

圖1 劇場大堂曲面造型效果圖

1 土建尺寸復核

眾所周知，現澆鋼筋混凝土主體結構施工通常難以控制其構件的施工精度。

本項目由于土建施工時，土建構件尺寸與原設計尺寸存在一定的偏差，部分裝飾完成設計模型與土建構件存在一定的沖突，裝飾飾面為場外加工定制產品，需要與現場進行精確的尺寸復核，以便于及時糾偏。

由于本項目為異形構件，其結構造型相當復雜，常規的測量方法實施比較困難。因此，為確保裝飾構件加工尺寸與精度滿足現場尺寸需求，本項目通過使用三維激光掃描技術，對已完成結構表面進行全面的掃描測量，并通過后期逆向建模處理生成三維模型，將掃描模型與設計模型進行整合對比，根據現場掃描模型修正裝飾設計模型尺寸，使之滿足現場安裝需求，解決藝術飾面深化和加工中的測量難題。現場掃描數據經過軟件處理后的點云模型如圖2、圖3所示。

圖2 三維測量

圖3 點云模型

通過對掃描結果的定量及定性分析，可對裝飾構件的加工尺寸進行確認，確保滿足現場安裝條件。在整個前期測量掃描過程中，主要運用的是三維激光掃描技術，將現場復雜的環境進行科學的數字化處理，并將成果可視化，同時為之后的建模與深化設計打好基礎。

2 設計深化

在深化設計過程中，根據裝飾構造節點及深化圖對裝飾專業進行面層與基層模型搭建，然后將裝飾設計模型與掃描后的土建、機電等各專業模型進行整合，利用BIM技術的可視化及分析功能對模型進行碰撞檢查與虛擬仿真安裝，在不改變原設計造型的原則下，根據BIM模型整合后的問題，對設計藝術造型進行優化處理，使深化設計能與現場做到良好的匹配。圖4為大堂異形飄帶設計模型與優化后的模型對比，藍色為原設計模型，紅色為優化后模型。

圖4 優化設計模型

由圖4可以看出，優化之后的模型在不破壞原有基礎的前提下，對裝飾構件進行了一些改造與深化，借助數字化手段，將異形裝飾構件的復雜曲面結構貼合現場空間造型，同時賦予空間一定的藝術感與設計感。曲面裝飾結構對設計、空間、安裝技術的要求很高，通過BIM技術繪制模型以及數據分析，將概念與施工更好地進行融合，體現了數字化技術在建筑裝飾工程中的模擬性和優化性。

3 裝飾構件分件與下單

為滿足裝飾構件加工、成品保護、運輸、安裝等要求，將藝術構件以一定基本空間單元尺寸，進一步分割至“零件”級別。基于藝術構件的構造特點和連接方式結合三維模型直觀的優點，可以將一個大的構件分成為數個小組件（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、便于連接件預埋、易于修補、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“構件”級裝飾模型，再嵌回整體BIM模型。通過分件可以將構件“化整為零”，為生產、運輸、安裝提供了便利。

圖5 構件分件示意

在裝飾工程中，構件都是依附在主、次結構上的，因此，需要對每個依附構件的尺寸、質量、定位點等數據進行記錄。通過BIM模型的應用，可以在三維模型中數字化記錄構件尺寸、出場信息、安裝時間等相關信息，也可以導出相關的二維圖紙，并將放樣數據導出至全站儀中，不僅在深化設計階段提供了更便捷的信息查詢及反饋的途徑，也讓技術交底變得更簡單，同時可以配合加工及定位安裝。

4 工廠加工與安裝

在完成裝飾構件建模和深化設計之后，需要對構件進行加工與安裝，具體的流程如下：

1）根據已經確認的方案模型，出GRG產品生產下單圖，然后根據分模尺寸，出木模模具下單圖。

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

3）隨后進行模具復核，復核模具對角線長、弦長數據，并檢驗法蘭邊、填縫槽等工藝，然后進行GRG產品生產（圖6）。

圖6 數據信息輔助產品安裝

采用手持式三維掃描儀對制作好的模具進行復測，并與下單模型進行比對，控制加工過程中的精度。提供整體GRG構件的精準度。同時采用全站儀對產品構件進行精準定位，每安裝完成一個構件，便復合每個構件的4個點坐標，確保安裝精度。

5 材料物流管理

場外加工構件，尤其是藝術構件的編號系統和物聯網管理系統對于整體質量的提高和管控越來越重要，在項目實施過程中，通過基于云平臺的外加工材料的數字化物流管理平臺應用，能夠形成場外加工產品加工和施工的可視化監控和可控化管理，解決裝配式裝飾構件在外加工、運輸、存儲、安裝與現場管理等各工作階段、各參與方協同工作與管理的問題，實現場外加工材料的全過程監督，提升了項目管理能級。

運用二維碼或RFID等信息傳輸方式進行物聯控制（圖7），可以有效管理監控產品的進度和質量環節控制。這種加入了數字化理念的全流程管理，一方面線上運營與管理使各階段的操作都更加便利和高效，另一方面也讓產品與流程透明化與可視化，在一定程度上減少了資源浪費。

圖7 基于二維碼的數字化物流管理平臺

6 結語

裝飾裝修工程藝術造型數字化建造技術隨著現代科學技術的發展，在建筑裝飾行業進行了一系列的變革，具體應用體現在三維掃描、放樣機器人等新測量、放樣數字化設備和各類BIM軟件的應用上。在應用過程中包括土建復核、設計深化、分解裝飾構件、工廠安裝配制、材料物流管理等。

數字化建造技術在勘測、設計、建模、裝配構件、物流、運維等多個專業領域都有涉及，是一種工業化與信息化相結合的新技術手段。

這些技術的應用提升了裝飾工程各個階段的技術實施與管理實力，讓一些以前無法實現或難以實現的造型在這些數字化工具的幫助下得以呈現，用技術推動了設計的發展。在時間維度上，可以較好地完成從方案到施工再到后期維護的全流程把控，是一種低成本、可持續的集成式管理模式。同時數字化加工技術將大大提升加工和安裝精度，為設計師的創意實現提供了較好的解決方案，并且把握了整體的質量控制和后期長時間的運營維護等工作，實現了不同工種之間的專業協同，以及整體工程的專業化和一體化。