三維數字化技術在室內裝修中的應用研究

摘要：本文通過對室內裝修工程中出現的問題進行分析，結合三維數字化技術的特點，初步提出了決室內裝修問題的思路，在此基礎之上，重點論述了大場景掃描、點云處理與建模技術、3D檢測等數字化技術在室內裝修過程中的測量與數據處理、裝修設計、部品制造、施工、檢測等裝修環節中的應用。

關鍵詞：三維數字化技術;室內裝修;工業化裝修

一、室內裝修工程中出現的問題

絕大部分裝修企業的裝修技術還是采用手工作坊形式，現場制作為主， 其特點是：測量手段簡單，以卷尺，激光測量尺為主，測量的數據是孤立的、碎片化的;裝飾設計非標準化，以“量體裁衣”作坊模式，且與施工和安裝不分;裝修作業粗放，雖然使用了一些小型電動工具，但就整個裝修的本質而言，仍然是手工作業性質;部品制造與安裝過程混亂，構配件加工和安裝不分開，由一班人完成從原材料下料到裝修部件制作，直至最終的安裝工作;裝修完工后，驗收檢測沒有很好的工具，裝修精度質量與原先裝修方案的差異無法體現;整個裝修工程時間長，工藝水準低，造成材料的大量浪費，產生大量的噪聲、污染、垃圾等環保問題。

二、三維數字化技術的特點及解決室內裝修問題的思路

三維數字化是通過人工獲取物品的外形數據，將獲得的數據信息進行加工拼接，通過建模的方式加以整理，將各個孤立的單視角三維數字模型無縫集成，經過材質貼圖、渲染處理以后，形成三維數據文件，這種三維數據文件有助于空間及部品設計、部品制造、施工、檢測等裝修環節實現質量和效率的提升。

（一）通過3D數字化信息技術，使得測量、設計與產品的制造，更加容易實施，可以實現精確測量、異地工業化制造，逐步減少現場制作，大幅度減少建筑裝飾施工現場的環境污染，提高對噪聲、廢氣、廢液的控制和回收，努力實現無垃圾、無污染、無噪聲，實現環境友好型裝修。

（二）利用3D數字化技術可以大幅提升測量、設計、部品制造、施工、檢測等環節的精度，如數據采集的精度可達到0.5毫米，設計與制造的精度可達到0.2毫米，使得裝修的精度大幅提高。

（三）通過3D數字化技術，可以將裝修過程的主要環節進行數據化處理，并以數據化為基礎，可以實現裝修的個性化定制、機械化生產、現場裝配，這將提高材料的利用率，減少資源浪費。

（四）通過3D數字化技術，可以實現裝修的信息化，多環節同步異地進行，工期縮短，工人勞動強度降低，綜合成本降低。

三、數字化技術在室內裝修中的應用研究

運用大場景掃描技術、點云處理與建模技術、3D檢測技術等數字化技術在室內裝修過程中的應用，主要針對測量與數據處理、設計、部品制造、施工、檢測等裝修環節的應用。

（一）測量與數據處理

房屋室內造型豐富、結構復雜，尤其是毛坯房，這給信息采集工作帶來很大的困難。運用大場景掃描技術對室內空間進行數據采集。大場景掃描技術基于激光的單色性、方向性、相干性和高亮度等特性，以其非接觸、掃描速度快、獲取信息量大、精度高、實時性強、全自動化、復雜環境測量等優點，克服傳統測量儀器的局限性，成為直接獲取目標高精度三維數據，并實現三維可視化的重要手段。尤其是在異型室內空間的測量上，有明顯的優勢。

大場景掃描技術通過三維激光掃描對室內空間，從而獲取房屋表面的三維坐標數據，激光掃描的每一個數據（點）帶有X、Y、Z坐標數值或色彩數據（R、G、B），將這些數據（點）集合起來形成點云（Point Cloud），點云構成房屋室內表面的全局特征，由此可以獲得房屋的幾何尺寸與表面紋理的高等級精度模型，整個過程簡單，數據信息準確。

點云數據還不是實體，不能作為設計與制造階段所用，需要對點云數據進行處理，點云數據處理過程可以分為預處理、建模兩個環節。在點云數據的預處理環節，需要利用PolyWorks、Geomagic Studio 等軟件對點云數據進行前期去噪，在點云階段的分塊點云拼接、點云預處理、封裝形成三角面，在多邊形階段進行模型修補和模型優化，減低模型重建的復雜性，提高精確度和速度;在建模環節，預處理后的點云數據以參考文件的方式導入PROE/UG等三維建模軟件，通過捕捉點構成線、面和實體，完成三維建模。在為后續的室內設計環節提供準確的、高精度的數據。

（二）裝修設計

包括空間及部品設計。工業化裝修是室內裝修的發展方向，但是室內裝修又是個性化的，這造成了各種裝修部件尺寸的非標準化，需要對多大部分裝修部件進行個性化的定制或個性化的加工，這種個性化的加工的前提是個性化的設計，且設計數據要適應現代化的生產方式。通過Powermill/PROE 等參數化CAD/CAM軟件進行數字化建模，通過兼容格式的轉換，使得這種數字化的三維模型適應家具、門窗、廚衛用品、墻頂地飾品等建筑部件的工業化生產，打破了行業的界限，以消費者為導向，整合了建筑、建材、家具、照明等產品，成為構建裝飾產業鏈的紐帶。

在裝修部品數字化的基礎上，可以將裝修產業鏈上各相關企業的裝修產品的三維數字化模型信息都編碼上傳到產品設計平臺上，以供系統隨時調用，可以讓消費者自主選擇，利用虛擬場景技術可以將設計的效果實時呈現出來，這樣就使顧客可以參與到室內裝修設計的過程中來。消費者確定裝修方案后，可以從產品數據庫輸出整個家裝方案的產品清單，以及工程預算表，所有家裝產品的產品型號、顏色、尺寸數據、價位、品牌等信息一目了然。這將有助于企業在進行裝修設計管理過程中能夠真正并行化、虛擬化、敏捷化。

室內裝修企業與其他裝修部品生產企業之間在統一的設計協同平臺及同一室內三維模型上進行設計、制造、施工工作，平臺上的各專業模型及數據信息將可以隨時共享，任何裝修對象的數據有調整，其他環節的實施者都可獲得更改后的數據，避免出現信息不對等所造成的失誤。

根據住宅裝修產業化的基本思路，裝修部品數字化是家裝工業化設計的基礎，模塊化的設計和菜單式的設計是實現大規模工業化生產和產品多樣化、個性化的關鍵，是現代裝修設計體系的核心部分。

（三）裝修產品的制造

運用PROE、UG等參數化軟件，根據設計外觀進行構圖，拆分，定位，生成更加直觀的三維模型文件，這種三維模型數據可以直接對接現代工業化的制造系統。 以木制品的制造為例，將設計好的三維模型，導入UG軟件的加工模型中進行加工編程，并將生成的數控加工代碼送至加工中心中，加工中心就會按照設計的圖紙完成產品的制造，進行批量加工。數字化技術縮短了產品的生產制造周期，提高了生產效率。

（四）施工與裝配

現代化的裝修現場的施工工藝發生很大的變化，原來由不同工種工人采用手工操作方式所完成的工序，現在被分解、重構成為簡單的、易理解、易掌握的標準的步驟，針對這一變化，施工工藝上，應按照合理的施工組織進行工藝制程設計，將各分部分項工程分解為可控的施工步驟;為了保證每個施工步驟得到有效執行，可以利用每個步驟應該的操作內容盡可能表述得簡單易學，可以用視頻軟件將施工步驟編制成直觀的施工工藝示意圖或者短視頻，利于工人快速掌握要點。

施工管理方面，可以用三維激光掃描技術進行遠程管控，包括安裝過程控制，如利用三維掃描結果與設計圖紙對比，對關鍵步驟的裝修質量進行管控，也可以進行裝修施工進度進行管控。通過對預埋件的掃描紀錄，可以對水電管道等預埋部件進行實景紀錄，此外對施工變更情況也可以進行時紀錄，作為施工檔案存底，便于以后維修。

（五）裝修檢測

裝修完成后，再次利用大場景掃描技術對室內空間進行數據采集，并通過Geomagic Qualify技術建立裝修設計和裝修施工結果之間所缺乏的重要聯系紐帶，通過利用采集裝修后的數據與實際裝修的各構造部件之間進行快速、明了的圖形比較，發現其差異值， 還可以在需要管控的2D 尺寸和3D模型之間自動生成檢測報告，以說明裝修的結果與原設計方案之間的對比值，由此實現了全數字化的裝修檢測。

四、小結

工業化裝修是室內裝修的發展趨勢，它是以數字化為基礎的。通過引入3D數字化技術，將房屋的數據信息導入室內裝修設計系統，進行空間及裝修部件的設計，同時厘清室內裝修的流程及需求，使得數字化技術能夠有效導入裝修產業，從而實現裝修的工業化，提高室內設計與施工的質量，提高裝修施工的速度，減少裝修材料的浪費， 并且將整個裝修過程最終的施工資料進行整合管理，為將來的維修提供完整的資料。

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