【學(xué)術(shù)前沿】自動檢查建筑物部件的維修可及性

建筑物的可維護(hù)性傳統(tǒng)上是不考慮的。這在一定程度上是因為設(shè)計工具很少促進(jìn)設(shè)施管理人員的參與。它們也沒有檢查可維護(hù)性的規(guī)則。因此，建筑物通常具有難以訪問維護(hù)的組件或系統(tǒng)。維護(hù)人員在訪問部件時可能會摔倒、擦傷和割傷。本文提出了一個自動化系統(tǒng)的發(fā)展，用于捕獲設(shè)施管理人員關(guān)于建筑物部件維護(hù)的可達(dá)性的輸入。該系統(tǒng)集成了建筑信息模型、微軟azure和虛擬現(xiàn)實，用于在設(shè)計階段吸引設(shè)施管理人員。以照明和空調(diào)系統(tǒng)為例介紹了該系統(tǒng)的功能和可用性。該系統(tǒng)為從設(shè)施管理人員的反饋信息中挖掘和提取知識提供了平臺，對改進(jìn)建筑設(shè)計工具具有重要意義。

建筑的規(guī)劃和設(shè)計階段為涉眾提供了很好的機(jī)會來解決在建筑生命周期中可能發(fā)生的問題。眾所周知，在項目早期階段涉及關(guān)鍵的主要涉眾可以降低建筑的生命周期成本。盡管有這一好處，負(fù)責(zé)維護(hù)已建成設(shè)施的設(shè)施管理人員及其工作人員(即維修人員)經(jīng)常被排除在早期規(guī)劃和設(shè)計決策之外。如果參與設(shè)計過程，設(shè)施管理人員可以為建筑設(shè)計提供有價值的輸入，例如通常需要維護(hù)的組件類型、與組件相關(guān)的維護(hù)問題和潛在的設(shè)計解決方案。盡管建筑信息模型(building information model, BIM)能夠促進(jìn)項目利益相關(guān)者之間的溝通和協(xié)作，但它仍然缺乏輔助設(shè)施維護(hù)所需的信息和知識。

虛擬現(xiàn)實(VR)和游戲引擎越來越被認(rèn)為是沉浸和吸引非專業(yè)用戶的有用平臺。雖然他們一直在積極研究建筑,工程,和建筑(AEC)的研究,他們的鏈接BIM在加強(qiáng)設(shè)施管理的背景下獲得了有限的關(guān)注如與BIM這些技術(shù)的集成,以便工廠經(jīng)理可以查看建筑設(shè)計和建筑設(shè)計提供反饋進(jìn)行改進(jìn)。

因此，本研究提出了一個利用虛擬現(xiàn)實、游戲引擎和BIM來檢查建筑組件的可訪問性的系統(tǒng)。建議的系統(tǒng)提倡設(shè)施經(jīng)理參與設(shè)計階段，以捕獲他們的意見，提取規(guī)則，以改進(jìn)未來的BIM工具，以提高可維護(hù)性。

所提出的自動部件可及性檢查系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)分為單設(shè)施和多設(shè)施兩部分。單一設(shè)施部門旨在支持一個或多個沒有內(nèi)部設(shè)施經(jīng)理的設(shè)施所有者。多設(shè)施部分將更好地服務(wù)于多個設(shè)施的業(yè)主，如機(jī)構(gòu)，商業(yè)和廣泛的住宅設(shè)施。多設(shè)備部門的業(yè)主不斷開發(fā)設(shè)備，并有自己的設(shè)備經(jīng)理。

本系統(tǒng)由以下模塊組成:BIM模塊、虛擬現(xiàn)實模塊、游戲模塊、存儲模塊、規(guī)則模塊和信息模塊，使用Visual Studio.Net開發(fā)的插件集成。這些模塊之間的交互情況如圖2所示。

該系統(tǒng)目前有兩個檢查組件可訪問性的標(biāo)準(zhǔn):reach和platform。這些標(biāo)準(zhǔn)是從規(guī)范文獻(xiàn)中確定的，是影響建筑構(gòu)件可及性的一些因素。這兩個標(biāo)準(zhǔn)都可以通過設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)按鈕訪問。Reach標(biāo)準(zhǔn)檢查組件是否可以通過特定的訪問設(shè)備訪問，而平臺標(biāo)準(zhǔn)則確定是否有一個平臺(如平板)可以放置任何訪問設(shè)備。

一個現(xiàn)有教育設(shè)施的模型被用來實現(xiàn)該系統(tǒng)的單一設(shè)施部分。模型有兩層，容納了各種空間用途，包括禮堂、教室、實驗室和行政辦公室。該模型包括不同的機(jī)械、電氣和管道組件，其中一些組件不能用于維修，例如照明裝置和空調(diào)系統(tǒng)。其中一個固定裝置位于二樓的天花板上，就在樓梯的正上方(圖5)。另一個固定裝置位于這座兩層建筑的一層的正上方。其中一臺空調(diào)機(jī)組位于如圖6所示的洗手間內(nèi)，正上方的隔墻;因此，阻止訪問系統(tǒng)。模型導(dǎo)入到游戲引擎中，并在VR環(huán)境中啟動。圖7為在游戲環(huán)境中啟動的界面。

從界面上，選擇了以下菜單和選項:建筑系統(tǒng)-電氣，組件-燈具和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)- reach。reach菜單顯示了幾個訪問燈具的選項。然后，設(shè)備經(jīng)理或維護(hù)人員實際上被直接放置在所選燈具的下方。從設(shè)備可達(dá)性選項中選擇梯子后，將梯子投射到空間中，維護(hù)人員使用圖8所示的虛擬激光器測量梯子相對于夾具位置的高度。在選擇第二個夾具和平臺標(biāo)準(zhǔn),維修人員可以看到一個粉紅色的邊界框在樓梯表明沒有平臺梯子(圖9)。最后,空調(diào)系統(tǒng)使用相同的選拔程序,維修人員選擇平臺的標(biāo)準(zhǔn)和一個粉紅色的邊界框也顯示分區(qū)。這也說明沒有平臺可以進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)(圖10)。

在每次審查之后，維護(hù)人員通過點擊“審查”按鈕在“反饋表單”上留下評論(圖11)。在評審結(jié)束時，設(shè)計人員會收到一封電子郵件，其中包含維護(hù)人員的反饋和相關(guān)組件。除了通過電子郵件發(fā)出的通知外，BIM界面上還顯示了所有評論和相關(guān)組件名稱的列表。注釋也出現(xiàn)在每個組件的屬性中，每個組件在模型中突出顯示。當(dāng)選擇第一條注釋時，界面(圖12)顯示出來。

行了一項初步的用戶研究，以驗證所開發(fā)的原型符合其加強(qiáng)易訪問性檢查的預(yù)期目標(biāo)，并獲得反饋以進(jìn)一步改進(jìn)該系統(tǒng)。本研究的重點是了解原型的潛在用戶的意見和看法。因此，采用了一種主觀的方法來評估原型——這種方法基于解釋主義哲學(xué)，鼓勵使用定性數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。

三名設(shè)施管理人員和兩名維修工人對原型進(jìn)行了評價，他們將是原型的潛在最終用戶和受益者。評估采用了以下過程:為建立工作背景，向參與者介紹了研究背景。在演示過程中，向與會者介紹了實現(xiàn)技術(shù)(即VR技術(shù)、Unity3D和BIM平臺)。

參與者實現(xiàn)了原型，并通過焦點小組獲得他們的反饋。為了確保評估人員注意到實現(xiàn)原型所需的關(guān)鍵步驟和圖標(biāo)，他們在HTC Vive的頭戴式顯示器上嵌入了一對瞳孔實驗室(瞳孔Labs)眼球追蹤器，用來跟蹤評估人員的目光。眼動儀連接到運(yùn)行開發(fā)原型的計算機(jī)和瞳孔實驗室提供的瞳孔眼動跟蹤軟件。在實施個案研究之后，在焦點小組中對評估者進(jìn)行了訪談。焦點小組討論的主題是可用性、系統(tǒng)改進(jìn)和障礙。表1和表2列出了評估者的意見。

本研究提出一項發(fā)展系統(tǒng)的研究結(jié)果，該系統(tǒng)可提高設(shè)施管理人員和維修人員評估建筑設(shè)計的能力，以確保建筑構(gòu)件可達(dá)性。該系統(tǒng)集成了VR、BIM和微軟Azure。設(shè)施管理人員能夠通過VR與BIM設(shè)計進(jìn)行交互。他們的意見和建議被捕獲并存儲在Microsoft Azure中。建筑構(gòu)件的可達(dá)性是通過維護(hù)人員到達(dá)構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)的能力和是否存在一個訪問設(shè)備的平臺來衡量的。初步結(jié)果展示了所開發(fā)的組件可訪問性檢查工具的功能。例如，在建筑建造之前的設(shè)計階段，可以識別不可訪問的組件，并防止維護(hù)人員摔倒、擦傷和劃傷的潛在生命周期成本和風(fēng)險的增加。

開發(fā)的概念證明為進(jìn)一步研究設(shè)施管理人員和維護(hù)人員如何與開發(fā)的工具交互，以評估用于維護(hù)的建筑組件的可及性奠定了基礎(chǔ)。未來的工作將集中在以下幾個方面:(1)調(diào)查和評估支持可維護(hù)性審查設(shè)計的虛擬現(xiàn)實環(huán)境;(2)設(shè)施管理者越來越多地轉(zhuǎn)向社交媒體作為交流平臺。設(shè)施管理人員會在推特上發(fā)布有關(guān)設(shè)施更新的信息，甚至?xí)贔acebook上創(chuàng)建頁面，讓樓里的人隨時了解最新情況。(3)在更大的樣本群體中對系統(tǒng)的有效性進(jìn)行更嚴(yán)格的評估，并使用眼動跟蹤器[這項工作正在進(jìn)行中];以及(4)讓從業(yè)員相信它在樓宇維修方面的用處和好處。