基于“BIM+VR”技术的室内公共区域装修设计

王英宣

（中铁十九局集团矿业投资有限公司，北京 100071）

0 引言

在建筑行业数字化不断深入的背景下，BIM 作为关键信息技术，已经渗透到了建筑设计的各个领域，逐渐覆盖了建筑建造的全生命周期，为复杂的建筑工程提供数据资源和协同管理等价值，其中也包括了装饰装修设计工程。随着BIM 技术应用的进一步发展，逐渐呈现出了与其他新兴技术结合应用的趋势，“BIM+VR”技术就是其中之一。这一技术组合可以让设计者在三维模型的环境中进行可视化设计，做到与场景的实时性交互，以更加真实的场景展现装修装饰设计成果。在一些装修设计的项目中，该技术组合得到了初步的尝试，取得了一定的效果。

同时，诸多学者开展了对于BIM+VR 技术在建筑项目中应用的研究，大多以项目案例为出发点，探讨该技术组合的实际应用效果。高硕以建筑改造设计为例，运用BIM+VR 技术解决了该项目在初步设计、技术设计、施工图设计和设计变更四个阶段中存在的难点，认为BIM+VR 相结合可以提升建筑信息可视化表达能力，BIM 模型为VR 技术信息表达的载体，VR 技术可以增强设计的视觉体验[1]。吕佰昌探讨了BIM+VR 技术在绿色建筑设计中的应用，认为VR 技术的应用能够更加真实地验证设计方案对用户带来的心理感受，让设计师和用户身临其境地感受设计效果，共同优化方案[2]。李良琨指出，BIM+VR 技术的出现，可打破各阶段配合的局限性，建立一个高效的整合体系，并对建筑的各阶段进行模拟[3]。周敏分析了该技术组合在装配式建筑设计中的应用情况，认为BIM+VR 技术使建筑集成信息与建筑空间体验精准结合，提高了设计效率和精度，激发全局设计思维，优化设计工作流程[4]。本文聚焦于室内公共区域装修设计，探讨BIM+VR 技术在项目设计全流程中的应用，打破了当前诸多实践和研究中仅仅将VR 技术作为一个新兴的展示媒介工具，而没有与BIM 技术深度结合应用的局限。

1 “BIM+VR”技术的应用现状

建筑项目通常面临专业种类繁杂、协同效率低、整体管理难度大等问题，BIM 技术通过结构化的数据，实现项目集成化管理，为相关人员提供高效、科学的项目管理方法，为建筑行业实现精细化管理、降低管理难度、增强安全性等做出了巨大贡献[5]。与新兴信息技术的融合使用，推动BIM 技术进一步发展，逐渐呈现出了可视化、动态化、三维化、仿真化的应用趋势，VR 虚拟现实技术便是其中之一，可以让使用者对真实空间进行模拟体验，并可以实现交互式的仿真，通过建筑信息的提取和融合，以三维动态的可视化展现，感知实体行为下的虚拟世界[6]。在建筑设计行业中，已经出现了一些应用场景，如VR 装修样板展示、VR 渲染家装等[7]。然而，这些应用主要集中在设计成果展示层面，而没有深度融入到装修装饰设计的全流程中，技术使用效果不明显。

新技术应用的最终目的是降本、增效、提质。VR 对于装修装饰设计的可视性提升，不应仅停留于设计成果的展示，而是要覆盖到设计全流程中，才能发挥该技术的深度价值。技术层面，BIM 技术与VR 优势互补，VR 可以提升整个装修装饰设计的可视性和真实性，BIM 技术则可以为VR 提供建筑数据和模型。同时，相较于传统建模方式，VR 增强了具象性及交互功能，反映真实工作场景及其包含的各类环境因素，使设计师以虚拟现实的形式开展工作，实现沉浸式的设计体验，降低设计潜在错误发生率，提升工作效率和效果[8]。

2 工程概况

本文以某大型综合性商场的中庭等公共区域的装修装饰设计项目为例，探讨BIM+VR 技术在其中的应用特点和效果。该商场位于华中某内陆城市的中心商务区，总建筑面积约37 万m2，分为地下二层和地上五层，集零售、餐饮、娱乐和服务为一体，是该市地标性商场，占地面积广，客流量大，项目毗邻景观广场、滨河公园、市大剧院，周边5km 范围入住近60 万人。由于使用年久，2022 年，该商场决定对中庭等公共区域进行装修改造。

3 基于“BIM+VR”技术的装修设计项目思路

管理方面，通过BIM 模型制定了设计项目全流程管理规划，但由于该项目覆盖了机电、导向、装修、监控等多专业工作，且没有统一的工作流程，难以形成高效协同，BIM 技术无法发挥良好作用。

设计方面，传统的设计方法缺乏基于真实场景的交互性，需要设计师将三维空间模型转变为二维设计图纸，在该商场的中庭方案中，需要较为复杂的造型来提升商场的观赏性和吸引力，BIM 模型的展示效果差，缺乏对于真实空间的模拟和效果展示，导致设计模型不理想，且装修装饰材料难以提前预制，拖慢了施工进度。同时，由于该商场由3 个场馆构成，场馆之间由3 条长廊连接，当客流量大时，需要用各类标识导航引导顾客流动。使用传统的二维设计方法，难以对整个导航标识设计、空间摆放位置等的方便性、合理性进行判断。

该项目决定尝试使用BIM+VR 技术，构建更加真实的虚拟场景模型，实现装修设计项目中各流程、各专业及相关数据的高效协同，通过虚拟施工和材料预加工，提升施工质量，保障施工进度。整体思路为，将该商场的中庭及其他公共区域的装修装饰项目中所涉及的各项流程和模型整合，归并到BIM 模型中，通过BIM 技术完成空间管理，运用VR 技术实现场景模拟，以开展全流程的三维立体式仿真设计。施工方依据构建的BIM模型开展虚拟施工，并辅助实现设计材料的提前预制和装配式施工。设计前，运用三维激光扫描现场环境信息，保障数据的准确性，为VR 建模提供数据基础。设计中，运用VR 技术提升设计的可视化程度，实现沉浸式设计，提高设计的准确性和有效性，以视频等方式展现设计成果，提升各方沟通效率，实现对模型的快速反馈和调整。设计后，利用VR 复合BIM 模型与现场的配成度，开展虚拟施工，减少后续施工变更情况，并有效减少安全事故的发生率。

4 “BIM+VR”技术在装修设计项目中的实践

4.1 虚拟建模与扫描复核

在设计前，项目团队通过三维激光技术对该商场的现场信息进行了扫描和提取，保证基础数据和现场情况的一致性，准确掌握现场情况。例如，对长廊的地面进行扫描，运用点云地面模型分析计算地面斜率，设计师可实时了解地面平整度。基于主要参数值进行数字建模，搭建虚拟场景，对该商场中庭和其他公共区域的空间和形体数据，以及空间关系的比例、大小等数据信息汇总和设计建模。通过VR 技术实现更加真实的场景模拟，反映场地、空间、建材等方面的实际尺寸和质感，实现仿真化配景。

同时，该项目将三维激光扫描技术运用于实体结构的复核工作中，在一定程度上避免了模型与实际需求存在较大误差的情况，保障了模型与实体结构的一致性，主要方法是将三维激光扫描的数据作为装修、机电设计的输入条件，构建相应的三维扫描模型，将数据模型与其他BIM 模型进行对比，软件可自动计算对比结果，保障模型的准确性。例如对商城中庭的净高扫描复核，综合三维扫描模型与中庭BIM 模型，进行管线综合机电模型和内装设计吊顶的标高复核。

4.2 可视化交互协同设计

该项目基于VR 技术的可视性和交互性等优势，实现对BIM 模型和整体方案的快速反馈优化。例如，通过设计流线的虚拟漫游，不同专业的相关人员可以对有意见、需改进的地方进行标注，从而使设计者在设计过程中就可以不断沟通、及时交流和反馈，以减少沟通错位情况和返工情况。同时，该项目在设计过程中基于VR 技术的仿真性，对中庭设计图进行多视角体验和调整，可以实现鸟瞰模式、人视点模式等多种空间视角查看，确保不同顾客视角下中庭设计的美观度，以及导航标识等在复杂、狭小空间内的合理性，帮助设计者转换设计视角和思维，进一步实现沉浸式设计，并进行提升顾客体验的有效优化。

为了使装修设计方案更加贴近于现实，该项目将BIM 模型通过虚拟引擎系统进行处理，使设计方案以三维虚拟模式在场景中展现，构建了一个集听觉、视觉、互动等感官交互体验为一体的装修设计方案，满足交互设计需求，在更贴近实际的场景下发现设计细节问题。例如，设计者可以体验真实环境中的顾客感受，验证中庭布局、长廊标识导向等设计的合理性，使整体设计更加贴切。

在设计初步完成后，设计人员通过Modelo 将设计模型发送至相关管理者和客户，在更加真实的虚拟场景下审核设计模型，广泛征集建议，进行调整优化。修改完毕后，将模型导入Mars软件平台整合处理，进行碰撞检测。BIM 技术已经广泛运用于碰撞测试中，在VR 的加持下，碰撞测试可以更加可视化和立体化。

4.3 设计成果输出表达

该项目在设计完成后，将设计和虚拟环境渲染结果通过云端实现虚拟浏览，在PC 端、移动端的各种渠道进行查看和交互体验。根据需求利用VR 技术创建了不同的交互场景和流程，例如创建了安全施工模拟场景，使施工人员可以在VR 技术构建的虚拟体验场景下，对电击等事故进行模拟体验和应急救援，让相关人员更加直观地感受安全施工的重要性，减少安全事故的发生率。项目设计完成后，将完整的模型导入到Revit中进行深层次加工检查，导出施工最终所需要的各种图纸。设计施工阶段，相关人员从BIM 模型中提取了大量关于该商场中庭等公共区域的数据，以实现虚拟施工，发现可能存在的问题，进行及时的优化，保障施工进度和质量。在施工复核中，确保BIM 模型与现场的一致性，并实现预留预埋作业，提升了效率。

5 “BIM+VR”技术在该项目中的应用效果与优势

通过对BIM+VR 技术组合的应用，该商场的中庭及其他公共区域的装修装饰设计项目获得了良好的效果，相较于过往的装修装饰设计项目，具备以下几项优势：

5.1 技术融合度高，优势互补

在建筑相关的各类工程项目中，具有两个普遍存在的问题，一是建筑效果难以预知，二是项目质量难以控制，项目中缺乏统筹协调规划的情况频发，设计方、施工方、客户之间，甚至是项目组各专业之间的沟通效率低，进度、质量和成本管控难。BIM+VR 技术组合的应用，有效缓解了这些难题。BIM 技术能够高效整合项目中的零散信息，构建统一的信息数据以支撑项目直观、全方位的管控，有效提升项目管理质量和规避各类风险。而VR 技术则可以把BIM 模型中建筑空间、内部构造和材料材质等信息进行充分的、多元化的表达，使装修装饰设计项目更具可视性、仿真性和交互性，使设计、施工和相关管理人员在更为真实的场景中进行模拟作业和测试。例如该商场装修装饰设计项目基于数据和场景扫描，制作中庭及其他公共区域的装饰模拟动画，可以对细节进行精确的把控，在提升效率和效果的同时，减少潜在错误问题。

5.2 整合多专业，解决传统弊端

在传统的装修装饰设计中，主要采取效果图来展现成果，导致无法整合全部专业，尤其是在商场的走廊等狭小、密集的区域，大量视频监控设施、导向牌体、广告牌等对整体的装修装饰效果有着巨大的影响。BIM+VR 的技术组合应用，可以整合装修装饰项目中的各类专业，解决了公共区域场景中的细节设计问题，使那些对装修装饰效果有影响的设备、设施可以进行合理的调整改善，为顾客创造更好的购物体验，在一定程度上解决了传统装修装饰设计的弊端。

5.3 模型统一管理，提升整体效果

该项目通过BIM+VR 的技术组合，实现了各个专业模型的统一、链接、协同管理。基于Revit 软件，在设计工作开始前，对项目的流程、基点、节点、建模规则、标高轴网等进行设置和把控，各专业模型在命名、着色、标注等方面有统一的规则，将各专业设计人员所制作的BIM 模型文本，使用模型链接的形式实现专业协调，根据工作全流程，在上一个流程节点的专业模型完成后，自动传递给下一个流程节点，最后完成施工封模模型，并用VR 技术在虚拟现实中完成细节调整和整体优化，最终完成该商场装修装饰设计的整体模型。可以看出，这一技术的应用，使该项目更具一体性，在模型层面突破了各专业无法协同管理的难题。

5.4 多元化效果展示，提高沟通效率

传统的装修设计施工图是以二维线条的方式展现，客户、施工方等参与人员需要通过自身的想象和判断进行理解，面对复杂场景，由于细节多、涉及专业面广等问题，传统图纸缺乏直观性，相关人员很难通过图纸判断细节问题，容易导致判断错误、沟通错位。在该商场的装修装饰项目中，首先运用BIM技术构建了三维模型，真实、细致地展示建筑物内各个构件之间的连接关系，并将模型导入UE4，进行VR 效果制作，对室内环境、装修细节、人员流动等进行三维、动态模拟展示，施工方可切换场景对项目整体进行全方位的判断，客户方可沉浸式体验。以此，提升展现效果和沟通效率。

5.5 提升设计效率，实现成本控制

在传统的装修装饰工程中，由于设计工作的疏漏、实际情况的变化、各专业的不协调和各参与方的沟通协同效率差、不可预见的突发状况等问题，导致了常常发生设计变更情况，返工情况严重，在拖慢项目进度的同时，对成本控制产生较大的影响。该商场的装修装饰设计项目，通过BIM+VR 技术，提升了各个环节的工作效率、沟通效率等，在一定程度上辅助了成本的良好控制。例如，设计人员通过可视化仿真技术对所建立的模型进行调整，通过模型参数在设计时开展协同工作，实时把控项目的进度和成本情况，从而缓解了在设计时可能出现的专业不协调、沟通效率低等问题。同时，由于VR 技术提升了在公共区域布局设计的精确性，使施工方在作业时，精准定位各物料位置、标高等，可以减少误差、返工情况，对公共区域内不同专业间设备的碰撞、冲突进行合理的排布和快速的调整。通过BIM 技术的设计概算对成本进行模拟和核算，快速生成财务报表，降低财务工作量，提升财务数据的准确性。

6 结论

本文以某大型综合性商场的中庭等公共区域的装修装饰设计项目为案例，对BIM+VR 技术的应用进行了探讨，认为BIM技术与VR 技术相辅相成，BIM 技术可以实现建筑的信息化和数字化，其模型中完善的建筑细节可以为VR 技术提供所需的建模数据；VR 技术能够弥补BIM 技术在可视化设计方面的不足，提升设计的仿真性、交互性。该项目对于BIM+VR 技术的应用覆盖整个项目设计的各个环节，包括虚拟建模与扫描复核、可视化交互协同设计、设计成果输出表达，解决了项目中各专业整合难、复杂空间设计细节差、各流程沟通协调效率低、设计与真实情况不符等问题，在一定程度上辅助实现了工程化预制、现场装配式施工等工作，最终提高设计质量，保障项目进度，把控整体成本。