童黎彬

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

在環(huán)境布局過程中，保障空間得到有效利用是備受關(guān)注的問題之一[1]。環(huán)境布局具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)屬性，不能以固定的空間參數(shù)對(duì)不同階段進(jìn)行布局[2]。在長(zhǎng)期的實(shí)踐過程中，相關(guān)專家和學(xué)者不斷總結(jié)規(guī)律，分析了室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行布局時(shí)需要注意的相關(guān)問題[3]。室內(nèi)有效空間與布局設(shè)施之間存在的關(guān)系是決定布局能否順利推進(jìn)的關(guān)鍵因素，當(dāng)室內(nèi)有效空間大于布局設(shè)施的尺寸參數(shù)時(shí)，才能夠?yàn)椴季值膶?shí)施提供基礎(chǔ)[4]。不同設(shè)施之間的綜合關(guān)系在一定程度上影響著環(huán)境對(duì)于空間的需求。這種影響包含正向與負(fù)向[5]。當(dāng)不同設(shè)施之間的綜合關(guān)系為嵌入關(guān)系或組合關(guān)系時(shí)，對(duì)應(yīng)的空間需求將減??；當(dāng)不同設(shè)施之間的綜合關(guān)系為并列關(guān)系或間接關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)，對(duì)應(yīng)的空間需求將增大[6]。不難看出，對(duì)室內(nèi)環(huán)境布局進(jìn)行深化研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。文章充分考慮了BIM模型在資源儲(chǔ)備方面的優(yōu)勢(shì)，將BIM模型應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境布局的研究中，提出了BIM模型在適老室內(nèi)環(huán)境智能布局系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，在應(yīng)用測(cè)試過程中分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。通過文章的內(nèi)容，希望能夠?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境布局工作的開展提供借鑒和參考，以實(shí)現(xiàn)提高室內(nèi)布局合理性，降低布局階段時(shí)間成本的目標(biāo)。

1 硬件設(shè)計(jì)

MYC-C7Z020-V2 核心板結(jié)構(gòu)設(shè)置如表1所示。

表1 MYC-C7Z020-V2 核心板結(jié)構(gòu)設(shè)置

為了確保系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際的室內(nèi)空間作出合理的設(shè)計(jì)，需要對(duì)空間信息作出大量計(jì)算，根據(jù)老年人的居住習(xí)慣以及需求展開相關(guān)驗(yàn)算[8]，需要為系統(tǒng)設(shè)置強(qiáng)大的核心處理構(gòu)件。文章選擇用MYCC7Z020-V2核心板實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的集中處理。在資源儲(chǔ)備上，MYC-C7Z020-V2中搭載了配套的Xilinx Zynq-7020以及融合了ARTIX-7 FPGA雙核Cortex-A9的可編程處理裝置，DDR大小為1.0 GB，eMMc大小為4.0 GB，QSPI flash大小為64.0 MB。MYC-C7Z020-V2核心板在極致選料與工藝標(biāo)準(zhǔn)的支撐下，設(shè)計(jì)了千兆以太網(wǎng)PHY及USB PHY，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高速交互。在此基礎(chǔ)上，對(duì)室內(nèi)空間進(jìn)行布局設(shè)計(jì)時(shí)，將涉及的參數(shù)信息實(shí)時(shí)校正，校正時(shí)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理效率直接關(guān)系到系統(tǒng)的應(yīng)用感受[9]。MYC-C7Z020-V2核心板借助AXI高速片上總線的方式實(shí)現(xiàn)ARM與FPGA之間的通信，在吉比特級(jí)帶寬的作用下，有效避免了ARM+FPGA架構(gòu)下在通信方面表現(xiàn)出的局限性。當(dāng)應(yīng)用過程中需要與其他硬件建立連接關(guān)系時(shí)，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串口、以太網(wǎng)口、視頻接口的靈活配置，最大限度滿足應(yīng)用階段的拓展性需求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，MYCC7Z020-V2核心板也表現(xiàn)出了高品質(zhì)特性。

從表1可以看出，MYC-C7Z020-V2 核心板的加工采用沉金工藝生產(chǎn)，包含獨(dú)立的接地信號(hào)層，能夠最大限度保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 有效室內(nèi)空間計(jì)算

適老室內(nèi)環(huán)境布局的過程中，需要對(duì)室內(nèi)的有效空間進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別計(jì)算，結(jié)合實(shí)際的空間布局執(zhí)行方式，室內(nèi)有效空間主要分為內(nèi)部存儲(chǔ)空間和外部存儲(chǔ)空間[10]。一般情況下，對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行布局的整個(gè)周期中，外部環(huán)境以固定常量的形式存在，研究設(shè)定外部環(huán)境基本保持不變。隨著室內(nèi)空間布局的逐漸推進(jìn)，內(nèi)部存儲(chǔ)空間不斷變化。針對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)空間變化問題，為了保障內(nèi)部存儲(chǔ)空間布局的合理性，文章設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)不同布局階段的有效室內(nèi)空間進(jìn)行計(jì)算。有效室內(nèi)空間計(jì)算方式如圖1所示。

圖1 有效室內(nèi)空間計(jì)算方式

對(duì)環(huán)境有效空間進(jìn)行計(jì)算時(shí)，引入臨時(shí)空間使用數(shù)據(jù)，實(shí)際布局過程中，室內(nèi)設(shè)施在整個(gè)施工期間的安置具有一定靈活性，對(duì)應(yīng)的布局可以分為靜態(tài)布局與動(dòng)態(tài)布局兩種。靜態(tài)布局是以固定位置為基礎(chǔ)的施工，動(dòng)態(tài)布局是結(jié)合室內(nèi)空間實(shí)際情況以及布局施工不同階段需求的靈活性施工。

2.2 基于BIM模型的空間布局

結(jié)合圖1所示的流程可以看出，在有效室內(nèi)空間的計(jì)算過程中引入了空間布局規(guī)劃信息。以室內(nèi)環(huán)境布局的需要為核心，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方式對(duì)具體的布局規(guī)劃進(jìn)行制定，能夠提高有限室內(nèi)空間的利用率。具體的空間布局方式包括獲取室內(nèi)環(huán)境布局實(shí)施階段臨時(shí)設(shè)施的種類、數(shù)量以及尺寸參數(shù)信息；獲取室內(nèi)環(huán)境布局設(shè)施的尺寸參數(shù)信息；結(jié)合實(shí)際布局施工的順序，計(jì)算每個(gè)臨時(shí)設(shè)施使用的時(shí)間；協(xié)調(diào)不同設(shè)施之間的組合應(yīng)用關(guān)系。

在實(shí)際的室內(nèi)環(huán)境布局階段，為了體現(xiàn)智能化屬性，降低時(shí)間成本，利用BIM模型實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境布局規(guī)劃的構(gòu)建。BIM模型中自帶豐富的室內(nèi)環(huán)境布局資源信息，能夠有效保障實(shí)際空間數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)的布局設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確銜接；BIM模型中的參數(shù)設(shè)置均為可調(diào)節(jié)參數(shù)，極大限度滿足了空間布局規(guī)劃的適應(yīng)性調(diào)整需求。在室內(nèi)環(huán)境布局規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，充分考慮老年群體的實(shí)際生活需求，在合理利用空間的前提下，以減少布局變更作為目標(biāo)函數(shù)。

式中：S——有效室內(nèi)空間大小；s——空間布局設(shè)置的尺寸參數(shù)信息；k——不同設(shè)施之間的組合應(yīng)用關(guān)系帶來(lái)的空間需求波動(dòng)系數(shù)；a——固定布局空間的占比；i——布局變更的次數(shù)。

結(jié)合式（1）可以看出，每個(gè)設(shè)施位置與尺寸大小可調(diào)節(jié)的條件下，影響最終室內(nèi)環(huán)境布局規(guī)劃方案的主要因素是有效室內(nèi)空間的大小和設(shè)施之間的綜合關(guān)系。文章將有效室內(nèi)空間的大小和設(shè)施之間的綜合關(guān)系兩個(gè)參數(shù)作為BIM模型的輸入信息，進(jìn)一步分析室內(nèi)基本設(shè)施的空間占用情況。

式中：S(x)——x布局設(shè)施作用下，有效室內(nèi)空間的占用情況；s0——單位數(shù)量x布局設(shè)施的作用下，室內(nèi)空間的占用情況；λ——常數(shù)；k(x)——與x布局設(shè)施為中心的組合應(yīng)用關(guān)系中，空間需求的波動(dòng)系數(shù)。

3 應(yīng)用測(cè)試

3.1 測(cè)試環(huán)境

為了進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，以某一居室的居住空間作為測(cè)試對(duì)象。

空間布局要求保證各功能空間能夠得到充分體現(xiàn)，包括客廳（5.2 m×4.0 m）、臥室（3.0 m×4.8 m）、廚房（3.5 m×1.6 m）、衛(wèi)生間（1.2 m×1.5 m）和陽(yáng)臺(tái)（4.0 m×1.2 m）?？紤]到居住空間面向的群體為老年人，針對(duì)使用以及護(hù)理型老年人的設(shè)計(jì)生活需求，需要確保各個(gè)回旋空間的尺度在合理范圍內(nèi)。測(cè)試空間的客廳部分呈現(xiàn)出明顯的“袋狀”構(gòu)造，在一定程度上影響相關(guān)設(shè)施的布局安置。對(duì)廚房操作臺(tái)的布局要求，應(yīng)適合老年人獨(dú)自操作，避免風(fēng)險(xiǎn)因素。受實(shí)際空間面積的影響，可以在一定程度上對(duì)餐廳和客廳進(jìn)行合理融合。結(jié)合要求，采用文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行布局。為了提高測(cè)試結(jié)果的分析價(jià)值，文章在測(cè)試過程中引入對(duì)照組，對(duì)照組應(yīng)用的布局方法分別為文獻(xiàn)[5]提出的以AutoCAD為基礎(chǔ)的室內(nèi)空間布局方法、文獻(xiàn)[6]提出的以PSPL調(diào)研法為基礎(chǔ)的室內(nèi)空間布局方法以及文獻(xiàn)[7]提出的以人性化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的室內(nèi)空間布局方法。分別統(tǒng)計(jì)在達(dá)到要求的前提下，各個(gè)功能空間布局的質(zhì)量。

測(cè)試居住空間結(jié)構(gòu)分布示意如圖2所示。

圖2 測(cè)試居住空間結(jié)構(gòu)分布示意

3.2 測(cè)試結(jié)果

在整體室內(nèi)空間并行布局的條件下，分別統(tǒng)計(jì)不同測(cè)試方法下的布局質(zhì)量，考慮到設(shè)計(jì)空間面向的群體為老年人，結(jié)合空間適老性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別從活動(dòng)無(wú)障礙的角度、實(shí)用性角度以及安全性角度對(duì)具體的設(shè)計(jì)效果進(jìn)行評(píng)分。

通過測(cè)試結(jié)果對(duì)比可以看出，不同布局方法下，室內(nèi)不同空間的布局效果表現(xiàn)出一定的差異。文獻(xiàn)[5]方法的測(cè)試結(jié)果中，臥室采光和廚衛(wèi)通風(fēng)的效果較低，在一定程度上影響了老人的居住感受，客廳噪聲控制和無(wú)障礙設(shè)計(jì)指數(shù)分別為0.66和0.69，存在進(jìn)一步提升空間。文獻(xiàn)[6]方法的測(cè)試結(jié)果中，廚衛(wèi)通風(fēng)方面表現(xiàn)不足，評(píng)價(jià)結(jié)果僅為0.34，在通達(dá)性指數(shù)、綜合容積率和客廳采光方面，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果在0.7以上，有待進(jìn)一步完善。文獻(xiàn)[7]方法的測(cè)試結(jié)果中，整體布局效果高于文獻(xiàn)[5]方法和文獻(xiàn)[6]方法，但在臥室和客廳噪聲控制、通達(dá)性指數(shù)以及防火綜合指數(shù)上表現(xiàn)不足，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為0.55、0.69、0.52和0.59，其余指標(biāo)僅對(duì)陽(yáng)臺(tái)的布局時(shí)間控制在20 min以內(nèi)，其余指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)較高。相比之下，在文章設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的結(jié)果均在0.70以上，客廳采光為0.75，臥室采光為0.92，能夠有效滿足老年人居住需求。結(jié)果表明，融合了BIM模型的適老室內(nèi)環(huán)境智能布局系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空間的合理布局，且數(shù)據(jù)成果反饋良好。

室內(nèi)環(huán)境布局質(zhì)量評(píng)分統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 室內(nèi)環(huán)境布局質(zhì)量評(píng)分統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

老年群體的生活空間設(shè)計(jì)需要充分結(jié)合其自身特點(diǎn)，在保障空間安全性的基礎(chǔ)上，最大限度提高對(duì)空間的有效利用率是極為重要的環(huán)節(jié)之一。文章提出BIM模型在適老室內(nèi)環(huán)境智能布局系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，以具有較強(qiáng)處理能力的核心板作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，在準(zhǔn)確計(jì)算有效室內(nèi)空間基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際布局執(zhí)行需求，在BIM模型環(huán)境下對(duì)布局規(guī)劃進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的智能布局。有效提高了布局的質(zhì)量，避免了施工沖突，在實(shí)際的室內(nèi)環(huán)境布局中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。