基于BIM＋MR的仿古建筑機電隱蔽應用實踐

黃亦楠（上海建工四建集團有限公司，上海 201103）

0 引 言

中國傳統古建筑多為木質結構，受限于保護性質無法更改構造，增設的現代機電設備難免外露，影響整體文化氛圍。新建的仿古建筑，考慮到建筑安全性和功能性，結構形式多采用鋼混結構或鋼結構，通過木包鑲、干掛磚等現代工藝還原古建外觀，因此管道隱蔽有多種選擇。如何充分利用仿古建筑特點，在保證安全性、滿足功能性的基礎上兼顧美觀性，是仿古建筑機電隱蔽施工中的一大難題。

混合現實（Mixed Reality，簡稱“MR”）是一種整合現實和虛擬世界的技術，能夠創建全新的可視化環境，并實現物理和數字對象的共存及實時互動。相比于虛擬現實（Virtual Reality，簡稱“VR”）和增強現實（Augmented Reality，簡稱“AR”），MR更加注重融合虛擬場景、現實場景和用戶之間的交互反饋。隨著技術的不斷進步和行業的普及推廣，MR在工程施工中的應用日益成熟，形成了一套包括場景漫游、虛擬放線、三維交底、質量驗收等功能的施工管理系統。

本文主要闡述在實際項目實踐中，引入BIM＋MR技術優化仿古建筑中的機電隱蔽方案，并指導施工。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本項目為上海市某新建仿古園林酒店，單體形式多樣，包括京式、蘇式、宋式、晉式等多種建筑風格，地上結構主要為鋼結構，通過包鑲木套、干掛古建磚等工藝實現古建筑形式的還原[1]。作為高端定位的超星級酒店，本項目有較高的服務功能配置需求，同時，在外觀上要求最大程度地還原中國古代建筑的意境，隱蔽現代元素，實現山水園林的沉浸體驗。

1.2 機電隱蔽應用背景

本項目在機電隱蔽應用中主要面臨以下難點。

（1）常規工業與民用建筑，在設計和施工過程中更加注重機電系統的布局和安裝，而仿古建筑除此之外還追求傳統復古的外觀，既要保證功能性，又要講究美觀性，安裝和隱蔽更具挑戰性。

（2）本項目仿古建筑在結構功能上趨向現代建筑，單體結構形式主要為鋼結構，而在外觀裝飾上又趨向古建筑，存在斗拱、藻井、枝條天花等特色構件，機電隱蔽需要充分考慮古建筑特點，減少對外部形象的影響[2]。

（3）機電隱蔽涉及多個管線系統，若所有專業各自為政，缺乏統一管理，必然導致現場凌亂無章，嚴重影響施工質量。

（4）機電隱蔽工程需要在實現隱蔽性的同時，確保設備后期維修的可操作性，并在兩者之間找到一個合適的平衡點。

（5）不同節點隱蔽做法不同，傳統施工多采用二維圖紙和人工校核的方式，效率低，出錯率高，返工成本高。

為解決以上難點，項目利用BIM＋MR技術，施工前深化節點、視線分析，比選方案并優化，施工后實景疊合、漫游復核，實現沉浸式驗收。

2 技術概述

2.1 隱蔽深化思路

本項目為地上仿古建筑與地下現代建筑相結合，在管線排布中應充分利用地下空間，大型管道及機電設備優先安裝在地下室[3]，降低安裝成本與節約時間，同時為地上仿古建筑打造傳統文化氛圍和觀感留出空間。地上部分，應對管線密集部位重點深化，與管線綜合圖相結合，統籌布置，將管線、設備等事先隱藏在墻壁、地板、天花板和相關古建筑構件內部；針對無法隱藏的功能部件，可利用裝飾融合、材質協調、遮擋分散等方式，盡可能削弱突兀感，在確保工程安全與質量的基礎上、達到視覺隱蔽效果，實現建筑群整體的融合協調。

針對地上部分的機電管線隱蔽，隱蔽思路大致分為以下4點。

（1）內藏：將機電設備安裝在建筑內部的隱藏空間中，使其完全不可見或僅在特定角度可見。內藏的優點在于可以將設備融入建筑結構中，不對建筑外觀產生明顯影響，并提供更好的空間利用率和設計靈活性。

（2）遮擋：使用一些匹配環境風格的裝飾性元素，對機電設備進行物理遮擋，以減少其可見性。遮擋的目的是改變視線路徑和分散注意力，使人們從視覺上減少對機電設備的關注。

（3）與環境融合：選擇與建筑外觀和環境相匹配的材質、顏色和紋理，使機電設備與周圍環境融為一體。進行精心設計和飾面處理，使設備外觀與建筑元素相協調，達到外觀形式上的協調統一。

（4）改變構造：重新規劃、設計建筑的布局和構造，將機電設備集成融入建筑結構中，使其成為建筑的一部分。這樣不僅能夠保持建筑的整體美觀性，還可以提升空間的舒適度和功能性。

2.2 BIM深化思路

在機電施工前，針對出風口、遮擋板等外觀形式和位置設置，建立節點BIM模型，運用MR技術，通過佩戴MR眼鏡，疊合節點模型和現場結構，運用實景漫游、視線分析等功能，提前查看隱蔽效果，完成方案比選、反饋設計、調整深化的流程，并指導機電隱蔽方案的交底和施工，避免后期因效果不佳而導致的返工。

機電施工完成后，佩戴MR眼鏡，通過手勢交互切換視角、調節圖層顯隱，并結合測距、錄屏等功能，沉浸式復核驗收，更直觀、準確、高效地發現問題，提出整改措施并落實到位。

2.3 技術路線

本項目機電隱蔽施工中BIM＋MR技術應用實踐的技術路線，如圖1所示。

圖1 技術路線

（1）整合鋼結構、土建、機電等多專業模型，在整合完成并輕量化處理后的新模型中，針對不同節點，選取合適的思路進行隱蔽深化設計。

（2）將深化完成的BIM模型上傳至平臺，本地下載后導入到MR眼鏡中，通過掃碼匹配實現模型和實景的精準疊合[4]。

（3）通過佩戴眼鏡，可以在真實環境中實時查看虛擬模型，基于虛實對比，在施工前視線分析，提前模擬查看效果，比選方案、確定最優項并部署施工，若存在問題，可提前反饋給相關專業設計，修改優化；在施工完成后，采用沉浸式復核驗收的方法對現場的機電安裝進行全面審查，若發現問題則快速響應、及時整改，從而實現建筑物、施工圖紙、深化模型的一致。

3 應用實踐

3.1 給排水外管隱蔽深化

給排水外管具有管徑較大、不易隱藏的特點，對古建筑外觀影響大。其大部分位于地下，連接市政排水管道，對于地面以上的外立管，需要對建筑體內部空間進行精心規劃和布局，確保有足夠的空間容納外管，實現完全隱蔽。因此，給排水外管的隱蔽遵循“內藏”思路。

本項目仿古建筑外墻采用的是加氣塊外掛古建磚的形式，通過U型箍、鋼筋網片和不銹鋼掛件的組合，實現兩者之間的牢固拉結。以該工藝為基礎，給排水外管埋藏在古建磚墻與加氣混凝土砌塊墻體的空隙中，充分利用古建磚干掛的空間，灌漿后同時解決管道的固定問題，保證排水系統的可靠性（如圖2所示）。

圖2 給排水外管節點的“內藏”隱蔽

3.2 強弱電管線隱蔽深化

強弱電管線管徑較小，可選的隱蔽方式較多，應提前規劃，預埋隱藏；對于一些無法預埋的后做節點，也應盡可能做到視覺隱蔽。在處理強弱電管線的隱蔽時，采用“內藏＋遮擋”思路，以確保隱蔽效果。

結合鋼結構包鑲工藝，利用工字鋼空隙、包鑲空隙、樓板預埋管道等構造預留空隙，實現強弱電管線的內藏；對于包鑲完成后新鋪設的管線，加設裝飾性遮擋板，裝飾風格與周圍元素相協調，實現統一、美觀的視覺隱蔽效果（如圖3所示）。

圖3 強弱電管線節點的“遮擋”隱蔽

3.3 暖通風管隱蔽深化

風管體積較大，水平向和豎向均需要實現隱蔽，難度較大；出風口作為空調、新風系統等的末端設施，其位置、形狀、尺寸等的設置需在確保功能性之余，盡可能滿足和建筑環境的外觀協調性。為了解決這些難題，暖通風管的隱蔽采取“改變構造”思路。

通過適當調整墻體與屋面構造，實現風管的水平向和豎向隱蔽。對于水平向風管，增設枝條天花或海墁天花進行藏匿；對于豎向風管，將其嵌入到加厚墻體中，實現完全藏匿，并適當調整主房和耳房的墻厚比例。出風口利用斗拱、梁枋彩繪等定制設計，打造成獨特的藝術品，使其脫離單純的功能設施而成為建筑的一部分。在滿足功能的前提下，增加藝術特色，達到視覺隱蔽效果[5]。

3.4 消防和安防設備隱蔽深化

針對消防、安防設備中的功能部件，如噴淋頭、火災報警器、監控攝像頭等，考慮各自的功能需求和覆蓋范圍，只能進行視覺隱蔽設計，與周圍環境應盡可能融合，以避免突兀感；對于設備中一些次要的非功能部件，則通過巧妙的安裝、在適當位置設置遮擋板或隱藏盒，最大程度地進行隱藏。因此，消防和安防設備的隱蔽遵循“與環境融合＋遮擋”思路。

針對必須外露的功能設備，前期材料采購時優先選擇與建筑外觀相匹配的款式，并結合建筑的色彩和風格進行整體設計，以減少其對整體外觀的干擾。例如消防噴淋管，采用沿坡屋面斜向上覆蓋的方式，設置在屋面木椽間，通過將其刷成與梁枋同色，削弱視覺上的突兀感。

對于功能配件以外的其他配件，可以通過合理布局、嵌入式設計或設置遮擋等方式，能隱藏的盡量隱藏，保持整體的美觀性和一致性。

3.5 BIM＋MR綜合應用實踐

針對上述利用“與環境融合”“遮擋”思路進行隱蔽深化的節點，運用BIM＋MR技術，在施工前視線分析、優化方案，在完成后疊合復核、漫游驗收。BIM＋MR技術具有交互性強、驗收直觀、反饋高效等優勢，技術流程主要包括模型處理、平臺處理、設備處理和現場實施4個步驟。

（1）模型處理。為便于對比分析，需將機電模型和結構模型分別上傳至Trimble Connect平臺。

（2）平臺處理。在上傳至平臺后，為方便后續漫游分析，模型與實景需貼合配準。通過自定義擴展，加載定位二維碼，在模型中選取3個以上位置設置定位標記，并在實際結構相應位置布置相同二維碼[6]。

（3）設備處理。MR的人、機、模、景協同交互，主要通過佩戴HoloLens眼鏡實現。本地下載模型，通過二維碼配準，實現模型與實景的快速疊合。與常規通過手柄調整擬合的做法相比，利用二維碼配準，既節約單位調整時間，又降低人工操作誤差，更加精準高效。

（4）現場實施。完成匹配后，利用手勢交互，通過選擇定位、切換視角等進行漫游，主要功能包括：①通過調整不同模型的圖層可見性，配合視角切換，方便分專業、多角度與實景進行對比分析，促進協同工作和決策；②利用手勢交互，直接測量實際空間中的距離、直徑、長度等信息并標記，通過與模型數據、規范標準進行對比，方便質量驗收[7]。

4 結 語

本項目與傳統仿古建筑項目相比，在機電管線隱蔽施工中創新應用了BIM＋MR技術，針對各類節點隱蔽進行策劃、深化、驗收，相關經驗可復制推廣至其他同類仿古建筑項目中。總結該技術在應用中的優點及價值，如下。

（1）在結構施工后機電施工前，可通過MR眼鏡視線分析、提前模擬，查看機電隱蔽效果，如發現隱蔽不全或亟待優化的位置，可通過MR眼鏡及時記錄，并根據現場實際情況動態調整，輔助隱蔽節點的深化設計、方案比選和反饋修改，既能有效降低糾偏成本，又能展現更好的仿古效果。

（2）與傳統二維圖紙或單純模型相比，利用BIM＋MR輔助深化、配合交底，更加直觀高效，可減少返工。與未采用新方法的相同體量工程進行對比，深化效率、交底效率均提高50%以上，現場出錯率和返工率降低67%，至少能節約20%的成本。

（3）在機電完成后，可通過MR眼鏡沉浸漫游、復核驗收，如發現問題，可直接錄屏截圖，生成整改單，與通過查看圖紙、手動測量、人工對比的傳統做法相比，利用MR驗收具有操作便捷、覆蓋全面、節點細致和反饋及時等優點。