【学术前沿】自动检查建筑物部件的维修可及性

建筑物的可维护性传统上是不考虑的。这在一定程度上是因为设计工具很少促进设施管理人员的参与。它们也没有检查可维护性的规则。因此，建筑物通常具有难以访问维护的组件或系统。维护人员在访问部件时可能会摔倒、擦伤和割伤。本文提出了一个自动化系统的发展，用于捕获设施管理人员关于建筑物部件维护的可达性的输入。该系统集成了建筑信息模型、微软azure和虚拟现实，用于在设计阶段吸引设施管理人员。以照明和空调系统为例介绍了该系统的功能和可用性。该系统为从设施管理人员的反馈信息中挖掘和提取知识提供了平台，对改进建筑设计工具具有重要意义。

建筑的规划和设计阶段为涉众提供了很好的机会来解决在建筑生命周期中可能发生的问题。众所周知，在项目早期阶段涉及关键的主要涉众可以降低建筑的生命周期成本。尽管有这一好处，负责维护已建成设施的设施管理人员及其工作人员(即维修人员)经常被排除在早期规划和设计决策之外。如果参与设计过程，设施管理人员可以为建筑设计提供有价值的输入，例如通常需要维护的组件类型、与组件相关的维护问题和潜在的设计解决方案。尽管建筑信息模型(building information model, BIM)能够促进项目利益相关者之间的沟通和协作，但它仍然缺乏辅助设施维护所需的信息和知识。

虚拟现实(VR)和游戏引擎越来越被认为是沉浸和吸引非专业用户的有用平台。虽然他们一直在积极研究建筑,工程,和建筑(AEC)的研究,他们的链接BIM在加强设施管理的背景下获得了有限的关注如与BIM这些技术的集成,以便工厂经理可以查看建筑设计和建筑设计提供反馈进行改进。

因此，本研究提出了一个利用虚拟现实、游戏引擎和BIM来检查建筑组件的可访问性的系统。建议的系统提倡设施经理参与设计阶段，以捕获他们的意见，提取规则，以改进未来的BIM工具，以提高可维护性。

所提出的自动部件可及性检查系统如图1所示。该系统分为单设施和多设施两部分。单一设施部门旨在支持一个或多个没有内部设施经理的设施所有者。多设施部分将更好地服务于多个设施的业主，如机构，商业和广泛的住宅设施。多设备部门的业主不断开发设备，并有自己的设备经理。

本系统由以下模块组成:BIM模块、虚拟现实模块、游戏模块、存储模块、规则模块和信息模块，使用Visual Studio.Net开发的插件集成。这些模块之间的交互情况如图2所示。

该系统目前有两个检查组件可访问性的标准:reach和platform。这些标准是从规范文献中确定的，是影响建筑构件可及性的一些因素。这两个标准都可以通过设备标准按钮访问。Reach标准检查组件是否可以通过特定的访问设备访问，而平台标准则确定是否有一个平台(如平板)可以放置任何访问设备。

一个现有教育设施的模型被用来实现该系统的单一设施部分。模型有两层，容纳了各种空间用途，包括礼堂、教室、实验室和行政办公室。该模型包括不同的机械、电气和管道组件，其中一些组件不能用于维修，例如照明装置和空调系统。其中一个固定装置位于二楼的天花板上，就在楼梯的正上方(图5)。另一个固定装置位于这座两层建筑的一层的正上方。其中一台空调机组位于如图6所示的洗手间内，正上方的隔墙;因此，阻止访问系统。模型导入到游戏引擎中，并在VR环境中启动。图7为在游戏环境中启动的界面。

从界面上，选择了以下菜单和选项:建筑系统-电气，组件-灯具和设备标准- reach。reach菜单显示了几个访问灯具的选项。然后，设备经理或维护人员实际上被直接放置在所选灯具的下方。从设备可达性选项中选择梯子后，将梯子投射到空间中，维护人员使用图8所示的虚拟激光器测量梯子相对于夹具位置的高度。在选择第二个夹具和平台标准,维修人员可以看到一个粉红色的边界框在楼梯表明没有平台梯子(图9)。最后,空调系统使用相同的选拔程序,维修人员选择平台的标准和一个粉红色的边界框也显示分区。这也说明没有平台可以进入空调系统(图10)。

在每次审查之后，维护人员通过点击“审查”按钮在“反馈表单”上留下评论(图11)。在评审结束时，设计人员会收到一封电子邮件，其中包含维护人员的反馈和相关组件。除了通过电子邮件发出的通知外，BIM界面上还显示了所有评论和相关组件名称的列表。注释也出现在每个组件的属性中，每个组件在模型中突出显示。当选择第一条注释时，界面(图12)显示出来。

行了一项初步的用户研究，以验证所开发的原型符合其加强易访问性检查的预期目标，并获得反馈以进一步改进该系统。本研究的重点是了解原型的潜在用户的意见和看法。因此，采用了一种主观的方法来评估原型——这种方法基于解释主义哲学，鼓励使用定性数据进行评估。

三名设施管理人员和两名维修工人对原型进行了评价，他们将是原型的潜在最终用户和受益者。评估采用了以下过程:为建立工作背景，向参与者介绍了研究背景。在演示过程中，向与会者介绍了实现技术(即VR技术、Unity3D和BIM平台)。

参与者实现了原型，并通过焦点小组获得他们的反馈。为了确保评估人员注意到实现原型所需的关键步骤和图标，他们在HTC Vive的头戴式显示器上嵌入了一对瞳孔实验室(瞳孔Labs)眼球追踪器，用来跟踪评估人员的目光。眼动仪连接到运行开发原型的计算机和瞳孔实验室提供的瞳孔眼动跟踪软件。在实施个案研究之后，在焦点小组中对评估者进行了访谈。焦点小组讨论的主题是可用性、系统改进和障碍。表1和表2列出了评估者的意见。

本研究提出一项发展系统的研究结果，该系统可提高设施管理人员和维修人员评估建筑设计的能力，以确保建筑构件可达性。该系统集成了VR、BIM和微软Azure。设施管理人员能够通过VR与BIM设计进行交互。他们的意见和建议被捕获并存储在Microsoft Azure中。建筑构件的可达性是通过维护人员到达构件进行维护的能力和是否存在一个访问设备的平台来衡量的。初步结果展示了所开发的组件可访问性检查工具的功能。例如，在建筑建造之前的设计阶段，可以识别不可访问的组件，并防止维护人员摔倒、擦伤和划伤的潜在生命周期成本和风险的增加。

开发的概念证明为进一步研究设施管理人员和维护人员如何与开发的工具交互，以评估用于维护的建筑组件的可及性奠定了基础。未来的工作将集中在以下几个方面:(1)调查和评估支持可维护性审查设计的虚拟现实环境;(2)设施管理者越来越多地转向社交媒体作为交流平台。设施管理人员会在推特上发布有关设施更新的信息，甚至会在Facebook上创建页面，让楼里的人随时了解最新情况。(3)在更大的样本群体中对系统的有效性进行更严格的评估，并使用眼动跟踪器[这项工作正在进行中];以及(4)让从业员相信它在楼宇维修方面的用处和好处。