住房和城乡建设部委托课题“智能建造新技术新产品创新服务典型案例推广应用研究”（12020230317）

研究背景

数字化勘察设计是利用参数化设计、交互式协同设计、生成式设计、数字化仿真设计等数字技术进行的设计创作，实现对工程项目物理及其功能特性数字化表达的设计活动，是智能建造的关键技术领域之一。推广应用数字化勘察设计，有利于支撑工程项目全生命周期各参与方之间的信息共享，支持对工程环境、能耗、经济、质量、安全等方面的分析、检查与模拟，实现工程项目的虚拟建造和精细化管理，充分发挥勘察设计的先导、纽带和引领作用。

数字化勘察设计关键技术主要包括BIM、智能设计、数据采集等技术。要实现高水平的智能建造，必须以BIM为数据载体，采用正向设计方法，充分利用数字化技术推进建筑、结构、给水排水、暖通、电气、装饰装修等多专业集成设计，促进设计、生产、施工一体化，实现工程项目设计成果的数字化交付，以及项目全专业、各参与方之间数据的高效传递和共享。

国外数字化勘察设计关键技术研发应用情况分析

技术研发情况

BIM技术方面，目前国际主流BIM软件均来自发达国家，如美国欧特克（Autodesk）、美国奔特力（Bentley）、德国内梅切克（Nemetschek）和图软（Graphisoft）、法国达索（Dassault）等，同时Rhino、Maya等参数化设计工具已能够进行跨专业协同设计。

智能设计方面，部分企业结合人工智能技术研发了一系列智能设计软件，如西班牙Smartscapes Studio公司研发的生成式住宅设计工具ARCHITEChTURES可以引入设计标准和要求，由Al自动生成设计方案，设计师可以在图纸上进行简单的划线、拖拽等操作，完成细部的修改设计。

加拿大Aumenta公司的电气管道智能设计软件主要用于管道深化设计，可以自动生成多个电气管道排布方案，并且列出每种方案的成本，点击对应的方案，就可以生成三维模型，当建筑方案发生变化的时候，也可以一键生成新的管道排布方案[1]。

技术应用情况

BIM技术在发达国家工程建设领域的应用已经相当成熟。根据美国咨询机构McGrawHil的调研，2007年美国工程建设行业使用BIM技术的比例为28%，到2009年增长至49%，2012年达到71%，之后一直维持在较高水平。英国研究机构National Buiiding Speciication的统计数据显示，到2020年，英国有73%的从业人员在使用BIM技术，这一数字是2011年的近6倍。BIM技术在新加坡的应用虽在2010年才起步，但自2015年以来，新加坡建设局要求建筑面积大于5000平方米的项目都必须提交BIM模型，BIM在建筑工程中的应用率达80%以上[2]。

国内数字化勘察设计关键技术研发应用情况分析

技术研发情况

国内数字化勘察设计软件依然面临着严重的“缺魂少擎”问题，国外软件以其强大的分析计算能力、复杂的模型处理能力牢牢占据市场。调研显示，71.78%的受访人员选择AutoCAD为主要使用的CAD几何制图软件，超过50%的受访人员主要使用Autodesk Revit、Civil3D等国外BIM建模软件[3]。中国建筑科学研究院、广联达科技股份有限公司、中设数字技术有限公司、广州中望龙腾软件股份有限公司等国内企业积极开展数字化勘察设计软件的技术攻关，研发了自主创新BIM软件等技术，可以基本满足房建、轨道交通、市政道路等工程项目的建模需求，涵盖节能分析、结构分析、工程量计算等不同业务场景，建模深度基本满足设计阶段应用要求，数据可传递至施工阶段进行工程量计算、施工图深化和施工管理[4]。

虽然自主创新BIM软件技术研发取得了很大进展，但仍然存在异形构件建模效率不高、对跨企业、跨软件产品的一模多用支持性不好等问题。但因BIM技术在大型复杂项目中的应用价值和需求要远大于简单造型的普通建筑，这又增加了自主创新BIM软件拓展市场的难度，亟须通过加强技术研发，提升软件性能，增强市场竞争力。为此，“十四五”国家重点研发计划部署了“支持非线性几何特征建模的建筑信息模型（BIM）平台软件”等项目，进一步提升自主创新BIM图形引擎在复杂造型场景的建模效率。

技术应用情况

近年来，各地以推广BIM技术为抓手，积极推广数字化勘察设计。例如，重庆市要求从2021年起，主城区政府投资项目、2万平方米以上的单体公共建筑项目、装配式建筑项目在设计、施工阶段均应采用BIM技术，并通过BIM项目管理平台提交BIM模型，全面推广BIM技术。深圳市开发了采用IFC通用格式的BIM报建系统，对国内外软件厂商的BIM模型数据进行统一信息转换，实现数据的互联互通，有力支撑基于BIM的工程建设项目消防设计审查、施工许可和竣工联合验收。广州市立法明确BIM法律地位，在《广州市数字经济促进条例》中明确与法定工程技术图纸信息一致的BIM可以用于项目审批，与图纸一并进行监管，为BIM技术推广应用提供法律保障。万科集团采用人工智能技术辅助审查施工图，研发了“万翼AI审图”系统，已支持820条国家标准和79条万科企业标准的智能审查，覆盖建筑、结构、给排水、暖通、电气五大专业，实现批量自动审查，并在重庆万科四季花城试点项目中应用，单张图纸审查时间平均5.9分钟，准确率达到90%以上。

数字化勘察设计技术典型应用场景分析

工程项目勘察作业

勘察外业数据采集。基于互联网、物联网和物联感知设备，建立从物联感知、数据采集、无线传输的外业数据采集系统，通过手机端APP自动采集测量定位、钻探和静探施工作业数据，并将原始资料、关键节点图像拍照等实时传输至系统，保障数据采集质量。

土工试验管理。采用物联网技术对土样逐个赋码，关联样品采集过程中的地质特征、取样钻孔深度、取样人和样品类型以及试验过程中的收样、试验方法、试验环境和试验结果等内容，避免样品混淆和丢失，提高数据质量和工作效率。

岩土工程设计分析。基于无人机倾斜摄影、三维激光点云扫描、BIM等技术，创建岩土工程信息模型，用于场地环境仿真分析、地下管线及构筑物分析、地质条件分析、岩土工程设计及优化等，作为项目选址和地基基础设计的参考依据[5]。

方案设计和优化

设计方案论证和优化。利用三维建模软件开展建筑物场地环境分析、设计方案比选、建筑性能化分析、工程造价估算等工作，从适用、经济、绿色、美观等方面进行比较论证，为建设方选择最优设计方案提供支撑。

多专业一体化协同设计建模。建筑、结构、给排水、暖通空调、电气设备、消防等多专业基于统一的BIM模型进行协同设计，避免专业内部及专业之间由于沟通不畅导致的“错、漏、碰、缺”等问题发生，提升跨专业的设计效率和质量。

设计方案碰撞检查。发挥BIM三维可视化强的优势，对设计方案细节进行碰撞检查，解决空间关系冲突，优化净空和管线排布方案，降低识图误差，减少在施工阶段可能存在的错误和返工。

设计方案虚拟仿真漫游。基于各阶段BIM数据，利用软件平台提供的漫游、动画功能，通过漫游路线制作建筑物内外部虚拟动画，便于设计方案决策人员直观感受建筑物三维空间，辅助设计评审、优化设计方案，提高与业主的沟通效率。

工程项目专项设计

建筑结构设计与分析。利用结构计算分析软件，开展建筑结构建模、荷载输入、计算参数设置、设计验算、施工图绘制等工作，辅助设计师对结构设计方案进行验证和优化。

建筑机电管线设计。利用机电管线设计软件，进行机电管线的水力负荷、消防等计算，模拟相关工况，辅助设计师对水、暖、电等专项设计方案进行验证和优化。

装配式建筑结构设计。在设计模型的基础上，通过装配式建筑深化软件，对加工深化所需的构件进行自动优化、配模、编号、出图，并生成生产加工清单，为装配式建筑构件设计、生产和现场装配提供支撑。

装配化装修设计。利用装修设计软件，自动绘制室内平面布局方案、效果图、施工图、物料清单等，并进行实时三维渲染，为设计师和用户选择最优装修设计方案提供支撑。

建筑性能模拟分析

日照模拟分析。利用日照分析软件，在考虑周边建筑环境的情况下，模拟分析建筑室内自然采光效果，并根据模拟结果优化建筑场地、内部空间布局或门窗位置尺寸，并通过设置导光管、反光板等辅助措施，支撑设计师制定最优设计方案，提升建筑自然采光效果。

自然通风模拟分析。利用风环境模拟软件，计算场地风速、建筑风压、窗口风压、室内风速、换气次数等，直观展现建筑室内外风场环境，并结合室内的温度场、人体代谢率、服装热阻等条件与参数，对建筑室内的热湿环境舒适性进行分布式评价，为科学设计建筑布局、朝向、外型、开窗位置及可开启面积提供参考。充分利用自然通风条件，改善建筑室内气流组织，有利于设计出夏季空气流通顺畅、冬季风速适宜的建筑布置方案。

室内外声环境模拟分析。利用声环境模拟软件，基于场地内部及周边的声环境，模拟分析建筑构件隔声性能及室内背景噪声，自动统计室内噪音超标情况，并根据模拟效果，设置吸声、隔声、减振等优化措施，有效降低噪声影响。

建筑能耗模拟分析。利用建筑能耗模拟分析软件，进行建筑全年累计冷热负荷、暖通空调系统能耗、照明系统能耗分析计算，以及可再生能源系统供能预测，辅助开展建筑能效优化、节能评估、绿建设计、节能诊断改造等工作。

人工智能辅助设计

设计方案质量智能辅助审查。利用设计方案智能审查软件，对设计文件进行在线智能审查、在线批注和快速定位，并针对是否符合工程建设标准和政策要求出具审查结果，提高设计单位对设计成果质量的内部控制。

建筑结构生成式智能设计。基于“数据–力学–知识”协同学习的生成式建筑结构设计方法，辅助设计师进行结构构件截面优选、指标控制、智能配筋等智能设计，提升设计效率。

住宅地块概念规划方案智能设计。利用智能设计软件，集成语义识别、启发式学习算法、多维度多参数方案评估算法等人工智能技术，快速生成用于规划设计和开发建设决策的住宅地块概念规划方案，实现多方案直观对比、实时校核修改、联动核算指标数据、项目协同交互编辑等功能，提升前期设计效率，辅助开发建设单位确定最优设计方案。

政策建议

加强数字化勘察设计关键技术研发

一是加强自主创新BIM软件和智能设计技术研发。依托国家重点研发计划，加强非线性几何特征建模BIM图形引擎、智能设计等关键技术研发，补齐自主创新BIM建模软件在复杂造型工程项目应用的短板。二是定期组织开展自主创新勘察设计软件的测评。组织编制勘察设计软件的测评大纲，委托第三方对软件的功能、性能、安全性和可靠性进行权威测试，并定期发布测评报告，为推广勘察设计软件提供保障。

推广先进适用的数字化勘察设计技术

一是征集遴选一批先进适用的数字化勘察设计技术，并择优纳入住房和城乡建设领域推广应用技术公告和科技成果库，在全国范围推广应用。二是积极推广自主创新勘察设计软件，依托政府投资项目培育基础应用市场，支持建筑业企业依托产业基金，以“首版次”软件试用和技术迭代为重点，构建自主创新勘察设计软件良性迭代的生态圈。

打通BIM软件推广应用的关键堵点

一是统一BIM模型数据存储格式。修订《建筑工程信息模型存储标准》等国家标准，细化基于IFC的数据存储格式要求，并率先在开展BIM审查审批试点的地区推广应用，逐步实现规划报建、施工图报建、竣工归档等“多源一模”以及“审批、运维、管理”等“一模多用”。二是明确BIM模型在审批审查中的法律地位。在《中华人民共和国建筑法》《房屋建筑和市政基础设施工程施工图设计文件审查管理办法》等法律法规中，明确符合技术要求的建筑信息模型可以用于审查审批，为BIM技术推广应用提供法律保障。（本文作者王广明、刘美霞、王洁凝来自住房和城乡建设部科技与产业化发展中心，王洁凝系本文通讯作者）

参考文献

[1]周绪红.智能建造关键技术研究[J].工程建设标准化,2023,(09):55–57.

[2]何清华,钱丽丽,段运峰,等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报,2012,26(01):12–16.

[3]陈珂,丁烈云.我国智能建造关键领域技术发展的战略思考[J].中国工程科学,2021,23(04):64–70.

[4]姜立,王瑶,周盼.基于自主BIM技术的智能建造体系研究应用[J].中外建筑,2023,(12):16–22.

[5]金宗川,许杰,潘华,等.岩土工程业务数字化转型的实践与探索[J].中国勘察设计,2023,(06):43–46.