基于BIM技術(shù)的家裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施教學(xué)研究

孫真珍

（山東協(xié)和學(xué)院，山東濟(jì)南 250109）

房產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，使得家裝行業(yè)也步入了空前發(fā)展的盛狀。現(xiàn)今，人們基于家裝的需求不再僅限于家居環(huán)境的改變，而是更加的追求個(gè)性的體現(xiàn)，顯然，傳統(tǒng)的家裝模式已難以適應(yīng)這種變化。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，家裝模式與其未來(lái)的發(fā)展息息相關(guān)，應(yīng)能要求其作出相對(duì)應(yīng)的改變，以求順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求，做到一體化、系統(tǒng)化、規(guī)模化、信息化[1]。基于此，文章依托于BIM 技術(shù)，綜合當(dāng)下家裝設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展實(shí)況，構(gòu)建了一套家裝設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)運(yùn)用建筑信息模型的功能及優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式，以求為客戶帶來(lái)更好的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，進(jìn)而推動(dòng)家裝行業(yè)的快速發(fā)展。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要功能設(shè)計(jì)

該文以BIM 技術(shù)作為硬件支持，將其融入到家裝設(shè)計(jì)的總體服務(wù)之中，以其作為數(shù)據(jù)載體，以構(gòu)建起以BIM 技術(shù)為中心的三維裝飾設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。在該次設(shè)計(jì)之中，分別由兩個(gè)層次展開(kāi)：（1）軟裝設(shè)計(jì)。（2）硬裝設(shè)計(jì)。后者需要實(shí)現(xiàn)的功能需求包括有：墻體及房間戶型繪制、水電設(shè)計(jì)等；前者則主要指的是一系列產(chǎn)品的安置規(guī)劃，如沙發(fā)、窗簾等。

在明確主要功能需求的基礎(chǔ)上，軟件工具可完成建模畫(huà)圖、產(chǎn)品組合、二—三維視圖切換等幾項(xiàng)功能，之中，建模畫(huà)圖是以可視化作為主要手段以達(dá)到就各個(gè)圖形圖案進(jìn)行拼接裁剪的目的，包括戶型、水電、踢腳線等內(nèi)容的設(shè)計(jì)；產(chǎn)品組合指的是把儲(chǔ)存于產(chǎn)品庫(kù)的模型歸納法到設(shè)計(jì)平臺(tái)，并借助坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于的模型的拖、放等過(guò)程，完成相對(duì)應(yīng)的組合[2]。除此之外，該系統(tǒng)也需要具備設(shè)計(jì)方案的精準(zhǔn)測(cè)量功能，而這一功能的實(shí)現(xiàn)，需要以兩點(diǎn)架構(gòu)作為支持：其一，構(gòu)建完善的企業(yè)清單定額、材料庫(kù)等各類數(shù)據(jù)庫(kù)，將其中的信息數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)軟件完成有關(guān)集成，以便于使產(chǎn)品基礎(chǔ)量信息、 基礎(chǔ)庫(kù)二者構(gòu)建有效的關(guān)聯(lián)；其二，針對(duì)設(shè)計(jì)方案中所涉及的一系列產(chǎn)品清單，包括相對(duì)應(yīng)的定制用量均加以準(zhǔn)確的歸納整合[3]。

2 系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)

上文中提及了該系統(tǒng)所涉及的三大功能需求，即建模畫(huà)圖、產(chǎn)品組合、二維—三維視圖切換，如下我們便分別進(jìn)行論述，就其中的算法設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1 建模畫(huà)圖

建模畫(huà)圖是以可視化作為主要手段以達(dá)到就各個(gè)圖形圖案進(jìn)行拼接裁剪的目的，包括戶型、水電、踢腳線等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，可完成剖切，進(jìn)而為接下來(lái)的施工圖及樣圖提供可靠的信息支持。建模畫(huà)圖為該系統(tǒng)的重要組分，其所應(yīng)用到的算法較多，下面，進(jìn)行論述。

2.1.1 墻體繪制組合

由本質(zhì)上來(lái)看，基于墻體所進(jìn)行的一系列編程操作，如創(chuàng)建、繪制等均為一種Plan Controller (面板邏輯控制)。而要想實(shí)現(xiàn)這一系列操作，需要依托于Wall.java 中的get Points，借助get Shape Points 方法通過(guò)計(jì)算分析以得到4 個(gè)頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)； 在得到4 個(gè)矩形坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)其的具體厚度進(jìn)行計(jì)算。

我們?cè)O(shè)定墻體間存在相交情況，那么便需要計(jì)算其他墻相對(duì)應(yīng)的方形頂點(diǎn)，不同的是，其實(shí)我們需要借助于compute Intersection 算法, 來(lái)就當(dāng)前墻體的頂點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。在出現(xiàn)points Cache 時(shí)，倘若計(jì)算出的某點(diǎn)、 相交墻體points Cache 某點(diǎn)二者的差值并不大的話，那它們便可共用該點(diǎn)以防止出現(xiàn)計(jì)算失誤的情況。在完成上述操作的基礎(chǔ)上，利用Plan Controller 方法勾勒出墻輪廓, 便能夠得到斜面[4]。

2.1.2 自動(dòng)管道編排

由設(shè)計(jì)可行性的角度分析，自動(dòng)管道編排設(shè)計(jì)需要由兩大點(diǎn)入手：（1）依托于參數(shù)化建模的管道自動(dòng)生成；（2）利用路由規(guī)則而實(shí)現(xiàn)的路由尋徑。其中，前者指代的是給定管道的起點(diǎn)及終點(diǎn)，將所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)畫(huà)在二維平面圖之中，把起、終點(diǎn)用線段進(jìn)行連接用來(lái)代表管道路徑，并以圓柱的形狀體現(xiàn)在三維空間中。此過(guò)程中，我們可采用Polyline 畫(huà)出二維線段，然后再基于Polyline 便可以完成折線、弧線的勾畫(huà)過(guò)程相對(duì)應(yīng)的三維圓柱形則需要依托于Polyline3D.java 來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)代碼來(lái)更改圓柱方位，vector 用以指代圓柱起點(diǎn)，vector2 便是其的具體方向；后者的實(shí)現(xiàn)同樣需要依賴于兩個(gè)算法，即主路由生成、自動(dòng)生成指定點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的地面自動(dòng)布線。由設(shè)計(jì)算法進(jìn)行分析，主路由生成算法可劃分為幾大步序，分別為：（1）確定主路由與房間邊緣二者的交點(diǎn)位置，并確定電位到主路由的所有路徑，計(jì)算得出最短的，然后生成內(nèi)部輪廓線；（2）找到最后的一個(gè)點(diǎn)位，并將其刪除，在此基礎(chǔ)上增添一點(diǎn)，對(duì)于增添點(diǎn)的位置需要以這一點(diǎn)由主路由的方向進(jìn)行確定；（3）分析輪廓線的涉及面，是否存在超出房間的情況，倘若沒(méi)有，則記錄下來(lái)。反復(fù)該步序，直至最后一至；（4）確定全部的輪廓線，并計(jì)算它們的長(zhǎng)度，找到最小值作為路徑。

2.1.3 踢腳線生成

該步序的設(shè)計(jì)步序?yàn)椋涸诖_定房間的基礎(chǔ)上，以截面頂點(diǎn)坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，然后沿房間邊緣生成，需要繞過(guò)門(mén)的位置。

倘若房間無(wú)門(mén)，那么可選擇房間的任意頂點(diǎn)作為起點(diǎn)，以邊緣頂點(diǎn)角度作為依據(jù)，針對(duì)踢腳線的點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并使之連接到交點(diǎn)的角度，然后進(jìn)行移動(dòng)，直到相鄰房間頂點(diǎn)即可。反復(fù)這一步序，待每一個(gè)頂點(diǎn)都完成了該過(guò)程。然后將這些點(diǎn)進(jìn)行連接，所構(gòu)成的回路便是踢腳線的相應(yīng)形狀，將其寫(xiě)入三維面板即可；反正，倘若房間有門(mén)，便應(yīng)當(dāng)以前一個(gè)門(mén)和房間的后交點(diǎn)作為起點(diǎn)，然后形成相對(duì)應(yīng)的非閉合回路，其他步序類似便不再贅述[5]。

2.2 產(chǎn)品組合

產(chǎn)品組合，指的是把各個(gè)基礎(chǔ)模型導(dǎo)入到系統(tǒng)之中，該過(guò)程的算法易于實(shí)現(xiàn)。完成模型的導(dǎo)入之后，便需要考慮怎樣以清單計(jì)價(jià)的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的算量統(tǒng)計(jì)，針對(duì)該行業(yè)的特點(diǎn)，我們可知主要的產(chǎn)品分類包括：門(mén)、窗、各種家具。以房間為單位做好產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)，然后再整合列出各類產(chǎn)品的數(shù)量及總價(jià)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中，我們可以發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：家具產(chǎn)品僅會(huì)與之所在房間出現(xiàn)交集，而門(mén)、窗戶則有可能會(huì)與兩個(gè)房間產(chǎn)生交集，那么，我們?cè)趯?shí)際的統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，將門(mén)進(jìn)入的房間作為其的所屬房間，其他交集房間就不再進(jìn)行考慮，由此，可以得到相應(yīng)的門(mén)—房間列表。在該列表的基礎(chǔ)上，第一步原有的外部的門(mén)寫(xiě)進(jìn)Product Home List，并將其所對(duì)應(yīng)的房間刪除，然后通過(guò)遍歷算法確定外部的門(mén)寫(xiě)進(jìn)Product Home List，重復(fù)該程序，在當(dāng)表格中的各個(gè)門(mén)各自對(duì)應(yīng)一個(gè)房間時(shí)，該循環(huán)完成[6]。

2.3 二維-三維視圖切換

這一切換指的是采取所見(jiàn)即所得的形式, 就二維、三維兩種視窗進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)的切換以及互動(dòng)。站在算法設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，可參考下述思路。

通過(guò)Homg Component3D.java 中的create Home Tree 針對(duì)樓層(level) 、墻(wall) 、家具(furniture) 、房間(room)等因素進(jìn)行依次添加，倘若二維平面之中的相關(guān)元素出現(xiàn)改變時(shí)，在監(jiān)聽(tīng)的作用下3D 之中的相應(yīng)因素也會(huì)發(fā)生改變[7-8]。

3 實(shí)踐效果分析

基于上述的算法設(shè)計(jì)，我們構(gòu)建了以BIM 技術(shù)為核心的家裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)踐證實(shí)：該系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能完備，如下，就其的功能效果進(jìn)行分析。

該系統(tǒng)能夠以二維、 三維的視角顯示房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)。首先，可以看到平面圖展示界面，可參照?qǐng)D1，基于該界面我們可選擇就平面圖進(jìn)行查看、 繪制操作。單擊“三維界面”，可轉(zhuǎn)化成3D 模型的形式，可參照?qǐng)D2，在當(dāng)前界面下，系統(tǒng)提供了多種模式供我們查看，如“鳥(niǎo)瞰”“漫游”等，由多元化的視角就三維模型進(jìn)行了完善。

圖1 平面圖展示界面

圖2 三維展示界面

圖3 顯示的是繪制墻體，在當(dāng)前操作界面下，單擊“繪制戶型”，然后選擇“墻體”，便可進(jìn)行基于墻體的繪制，整個(gè)繪制過(guò)程可通過(guò)調(diào)整鍵盤(pán)的“上下左右”，抑或是移動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3 墻體界面圖

如圖4 所示，我們選擇“顯示”“隱藏”時(shí)，便可針對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)面板進(jìn)行是否顯示操作。在明確特定點(diǎn)位的基礎(chǔ)上，選擇“初始化”按鈕，便可通過(guò)界面的3D 視圖觀察到所對(duì)應(yīng)的初始線路。值得一提的是，這一過(guò)程中所涉及的各個(gè)線路都滿足由地面通過(guò)的需求；依據(jù)具體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可考慮到把線路設(shè)定成走房屋頂部，這時(shí)，我們僅需要確定好某個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后選擇頂部便可完成改設(shè)。

圖4 水電設(shè)計(jì)點(diǎn)位界面

接下來(lái)，需要進(jìn)行家具的添加操作，當(dāng)完成了這一程序之后，選擇“裝修清單”，即可得到相對(duì)應(yīng)的裝修清單，可參照?qǐng)D5。然后選擇“提交”，系統(tǒng)便可自動(dòng)的保存，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器之中。

圖5 裝修清單

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，房產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展下，人們基于家裝的需求不再僅限于家居環(huán)境的改變，而是更加的追求個(gè)性的體現(xiàn)，顯然，傳統(tǒng)的家裝模式已難以適應(yīng)這種變化。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，家裝模式與其未來(lái)的發(fā)展息息相關(guān)，應(yīng)能要求其作出相對(duì)應(yīng)的改變，以求順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求，做到一體化、系統(tǒng)化、規(guī)模化、信息化。文章論述了基于BIM 技術(shù)的家裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在分析其功能實(shí)現(xiàn)及算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，介紹了主要的功能效果。

現(xiàn)階段，該系統(tǒng)已被應(yīng)用到實(shí)際的家裝工程之中，由設(shè)計(jì)可行性、作用效果等方面進(jìn)行分析，該系統(tǒng)的應(yīng)用，是順應(yīng)信息時(shí)代的體現(xiàn)，是一條依托于BIM 技術(shù)的家裝設(shè)計(jì)信息化新道路。不僅開(kāi)拓了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)模式，也為客戶提供了更好的體驗(yàn)，為企業(yè)效益的提高帶來(lái)了積極影響，具有一定的應(yīng)用意義。