BIM模型在适老室内环境智能布局系统设计研究

童黎彬

（福州职业技术学院，福建 福州 350108）

在环境布局过程中，保障空间得到有效利用是备受关注的问题之一[1]。环境布局具有较强的动态属性，不能以固定的空间参数对不同阶段进行布局[2]。在长期的实践过程中，相关专家和学者不断总结规律，分析了室内环境进行布局时需要注意的相关问题[3]。室内有效空间与布局设施之间存在的关系是决定布局能否顺利推进的关键因素，当室内有效空间大于布局设施的尺寸参数时，才能够为布局的实施提供基础[4]。不同设施之间的综合关系在一定程度上影响着环境对于空间的需求。这种影响包含正向与负向[5]。当不同设施之间的综合关系为嵌入关系或组合关系时，对应的空间需求将减小；当不同设施之间的综合关系为并列关系或间接关联关系时，对应的空间需求将增大[6]。不难看出，对室内环境布局进行深化研究具有重要的现实意义[7]。文章充分考虑了BIM模型在资源储备方面的优势，将BIM模型应用于室内环境布局的研究中，提出了BIM模型在适老室内环境智能布局系统设计研究，在应用测试过程中分析验证了设计系统的应用效果。通过文章的内容，希望能够为室内环境布局工作的开展提供借鉴和参考，以实现提高室内布局合理性，降低布局阶段时间成本的目标。

1 硬件设计

MYC-C7Z020-V2 核心板结构设置如表1所示。

表1 MYC-C7Z020-V2 核心板结构设置

为了确保系统能够根据实际的室内空间作出合理的设计，需要对空间信息作出大量计算，根据老年人的居住习惯以及需求展开相关验算[8]，需要为系统设置强大的核心处理构件。文章选择用MYCC7Z020-V2核心板实现对相关数据的集中处理。在资源储备上，MYC-C7Z020-V2中搭载了配套的Xilinx Zynq-7020以及融合了ARTIX-7 FPGA双核Cortex-A9的可编程处理装置，DDR大小为1.0 GB，eMMc大小为4.0 GB，QSPI flash大小为64.0 MB。MYC-C7Z020-V2核心板在极致选料与工艺标准的支撑下，设计了千兆以太网PHY及USB PHY，能够实现信息的高速交互。在此基础上，对室内空间进行布局设计时，将涉及的参数信息实时校正，校正时系统对数据的处理效率直接关系到系统的应用感受[9]。MYC-C7Z020-V2核心板借助AXI高速片上总线的方式实现ARM与FPGA之间的通信，在吉比特级带宽的作用下，有效避免了ARM+FPGA架构下在通信方面表现出的局限性。当应用过程中需要与其他硬件建立连接关系时，FPGA可以实现对串口、以太网口、视频接口的灵活配置，最大限度满足应用阶段的拓展性需求。在结构设计上，MYCC7Z020-V2核心板也表现出了高品质特性。

从表1可以看出，MYC-C7Z020-V2 核心板的加工采用沉金工艺生产，包含独立的接地信号层，能够最大限度保障系统的稳定运行。

2 软件设计

2.1 有效室内空间计算

适老室内环境布局的过程中，需要对室内的有效空间进行准确识别计算，结合实际的空间布局执行方式，室内有效空间主要分为内部存储空间和外部存储空间[10]。一般情况下，对室内环境进行布局的整个周期中，外部环境以固定常量的形式存在，研究设定外部环境基本保持不变。随着室内空间布局的逐渐推进，内部存储空间不断变化。针对内部存储空间变化问题，为了保障内部存储空间布局的合理性，文章设计系统对不同布局阶段的有效室内空间进行计算。有效室内空间计算方式如图1所示。

图1 有效室内空间计算方式

对环境有效空间进行计算时，引入临时空间使用数据，实际布局过程中，室内设施在整个施工期间的安置具有一定灵活性，对应的布局可以分为静态布局与动态布局两种。静态布局是以固定位置为基础的施工，动态布局是结合室内空间实际情况以及布局施工不同阶段需求的灵活性施工。

2.2 基于BIM模型的空间布局

结合图1所示的流程可以看出，在有效室内空间的计算过程中引入了空间布局规划信息。以室内环境布局的需要为核心，采用动态规划的方式对具体的布局规划进行制定，能够提高有限室内空间的利用率。具体的空间布局方式包括获取室内环境布局实施阶段临时设施的种类、数量以及尺寸参数信息；获取室内环境布局设施的尺寸参数信息；结合实际布局施工的顺序，计算每个临时设施使用的时间；协调不同设施之间的组合应用关系。

在实际的室内环境布局阶段，为了体现智能化属性，降低时间成本，利用BIM模型实现对室内环境布局规划的构建。BIM模型中自带丰富的室内环境布局资源信息，能够有效保障实际空间数据与系统内的布局设计实现准确衔接；BIM模型中的参数设置均为可调节参数，极大限度满足了空间布局规划的适应性调整需求。在室内环境布局规划设计阶段，充分考虑老年群体的实际生活需求，在合理利用空间的前提下，以减少布局变更作为目标函数。

式中：S——有效室内空间大小；s——空间布局设置的尺寸参数信息；k——不同设施之间的组合应用关系带来的空间需求波动系数；a——固定布局空间的占比；i——布局变更的次数。

结合式（1）可以看出，每个设施位置与尺寸大小可调节的条件下，影响最终室内环境布局规划方案的主要因素是有效室内空间的大小和设施之间的综合关系。文章将有效室内空间的大小和设施之间的综合关系两个参数作为BIM模型的输入信息，进一步分析室内基本设施的空间占用情况。

式中：S(x)——x布局设施作用下，有效室内空间的占用情况；s0——单位数量x布局设施的作用下，室内空间的占用情况；λ——常数；k(x)——与x布局设施为中心的组合应用关系中，空间需求的波动系数。

3 应用测试

3.1 测试环境

为了进一步分析设计系统的实际应用效果，以某一居室的居住空间作为测试对象。

空间布局要求保证各功能空间能够得到充分体现，包括客厅（5.2 m×4.0 m）、卧室（3.0 m×4.8 m）、厨房（3.5 m×1.6 m）、卫生间（1.2 m×1.5 m）和阳台（4.0 m×1.2 m）。考虑到居住空间面向的群体为老年人，针对使用以及护理型老年人的设计生活需求，需要确保各个回旋空间的尺度在合理范围内。测试空间的客厅部分呈现出明显的“袋状”构造，在一定程度上影响相关设施的布局安置。对厨房操作台的布局要求，应适合老年人独自操作，避免风险因素。受实际空间面积的影响，可以在一定程度上对餐厅和客厅进行合理融合。结合要求，采用文章设计的系统对空间环境进行布局。为了提高测试结果的分析价值，文章在测试过程中引入对照组，对照组应用的布局方法分别为文献[5]提出的以AutoCAD为基础的室内空间布局方法、文献[6]提出的以PSPL调研法为基础的室内空间布局方法以及文献[7]提出的以人性化设计为基础的室内空间布局方法。分别统计在达到要求的前提下，各个功能空间布局的质量。

测试居住空间结构分布示意如图2所示。

图2 测试居住空间结构分布示意

3.2 测试结果

在整体室内空间并行布局的条件下，分别统计不同测试方法下的布局质量，考虑到设计空间面向的群体为老年人，结合空间适老性评价标准，分别从活动无障碍的角度、实用性角度以及安全性角度对具体的设计效果进行评分。

通过测试结果对比可以看出，不同布局方法下，室内不同空间的布局效果表现出一定的差异。文献[5]方法的测试结果中，卧室采光和厨卫通风的效果较低，在一定程度上影响了老人的居住感受，客厅噪声控制和无障碍设计指数分别为0.66和0.69，存在进一步提升空间。文献[6]方法的测试结果中，厨卫通风方面表现不足，评价结果仅为0.34，在通达性指数、综合容积率和客厅采光方面，对应的评价结果在0.7以上，有待进一步完善。文献[7]方法的测试结果中，整体布局效果高于文献[5]方法和文献[6]方法，但在卧室和客厅噪声控制、通达性指数以及防火综合指数上表现不足，对应的评价结果分别为0.55、0.69、0.52和0.59，其余指标仅对阳台的布局时间控制在20 min以内，其余指标的评价结果相对较高。相比之下，在文章设计系统的测试结果中，各评价指标对应的结果均在0.70以上，客厅采光为0.75，卧室采光为0.92，能够有效满足老年人居住需求。结果表明，融合了BIM模型的适老室内环境智能布局系统可以实现对室内空间的合理布局，且数据成果反馈良好。

室内环境布局质量评分统计如表2所示。

表2 室内环境布局质量评分统计

4 结语

老年群体的生活空间设计需要充分结合其自身特点，在保障空间安全性的基础上，最大限度提高对空间的有效利用率是极为重要的环节之一。文章提出BIM模型在适老室内环境智能布局系统设计研究，以具有较强处理能力的核心板作为系统运行的基础，在准确计算有效室内空间基础上，根据实际布局执行需求，在BIM模型环境下对布局规划进行设置，实现对环境的智能布局。有效提高了布局的质量，避免了施工冲突，在实际的室内环境布局中具有良好的应用价值。