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装配式建筑设计平台如何在项目中创新应用

教务部 2022-02-25

经企业申报、地方推荐、专家评审，近日，住房和城乡建设部确定并发布第一批124个智能建造新技术新产品创新服务典型案例。目的在于总结推广智能建造可复制经验做法，指导各地住房和城乡建设主管部门及企业全面了解、科学选用智能建造技术和产品。此次发布的典型案例中，有20项自主创新数字化设计软件创新服务案例，29项部品部件智能生产线创新服务案例，42项智慧施工管理系统创新服务案例，20项建筑产业互联网平台创新服务案例、13项建筑机器人等智能建造设备创新服务案例。现分批次针对124个智能建造新技术新产品创新服务典型案例做详细介绍，本期为自主创新数字化设计软件创新服务案例（三）：

1、BIM全流程协同工作平台在北京市城市轨道交通工程中的应用

2、工程建设项目三维电子报建平台在北京城市副中心的应用

3、“黑洞”三维图形引擎软件在第十届中国花卉博览会（上海）数字管理系统中的应用

4、“晨曦”BIM算量软件在福建省妇产医院建设项目的应用

5、装配式建筑深化设计平台在福州市蓝光公馆项目的应用

BIM全流程协同工作平台在北京市城市轨道交通工程中的应用

案例简介

BIM全流程协同工作平台（如图1所示）以“可视化设计”、“精细化施工”、“信息化管理”为指导思想，将BIM技术应用至建设全过程，各参建单位在统一的组织框架、标准体系和平台界面下协同作业，虚拟指导实体建造，达到“工程建设投产，即可实现资产清晰移交”的先进管理目标，在交付实体地铁项目的同时，移交一套数字化地铁成果。

图1 BIM全流程协同工作平台

案例应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点

BIM全流程协同工作平台分为：数据层、网络层、云部署、中台层、应用层5层体系架构（如图2所示）。数据层涵盖轨道交通相关的动态数据、静态数据、第三方数据等多源异构数据，通过轻量化工具进行数据的抽取、治理、归集，实现可视化动态浏览；网络层综合5G（第五代移动通信技术）、LTE-M（基于长期演进的物联网技术）等传输技术，搭建承载网为各类应用提供数据传输通道，综合承载各项业务，保证各类信息的下发和上传；云部署基于北京轨道交通建设云，向各业务应用提供计算资源、存储资源、网络资源、安全防护以及运维服务，云平台系统架构采用安全生产网、内部管理网、外部服务网三网体系结构，实现“网间隔离、网内防护”的统一防护；中台层提供数据中台、业务中台；应用层以多专业正向协同设计为出发点、以进度控制为主线、资金管控为基础，施工安全管理为根本，质量管理为导向，调试移交为依托，数字资产为目标，实现对建设期合同、工期、安全、质量、资金、资产等全生命周期项目全要素信息化管理进行提升，打造覆盖轨道交通全生命期的智慧建设应用体系。

图2 BIM全流程协同工作平台体系架构

（二）产品特点及创新点

1.分类分级的流程定制化审核机制，提高模型质量。按照模型来源单位的不同设定七类审核流程（如图3所示），定制其审核过程，发挥各参建单位的责任主体作用。

图3 审核权限设置

2.内置审核要点库覆盖全生命周期。通过收集不同审核单位的审核要点，形成要点库，灵活配置多类别BIM模型、图纸的审核标准，不同阶段下各参建单位按要点审核，精简审核流程（如图4所示）。

图4 审核要点

3.平台自动生成审核记录单，实现无纸化自动化办公、各参建单位高效的工作流，充分发挥各方责任主体作用。（如图5所示）。

图5 审核记录单

4.高度定制化的多方共享与阶段传递。BIM模型审核完毕后，由业主单位确定，传递至下一阶段参建单位。

5.根据不同角色自动汇总和推送重点关注内容（如图6所示）。平台自动统计分析建设进度和质量等信息，采用直观、形象的展示形式汇总和推送核心关注点，简化繁杂的分析流程，缩短反应时间和提升处理效率。

图6统计分析

6.BIM正向设计。基于Revit软件定制开发出图插件，分专业制定出图导则，包括建模要求、样板视图设置、标注格式样式模板等，实现建筑、结构、管线综合图的平面图与详图出图，为后续新线的BIM应用积累经验（如图7所示）。

图7 BIM正向出图

7.BIM工程算量。混凝土量方面，BIM模型统计的土建混凝土量较图纸计算量少0.78%，BIM土建算量的结果较为精确且高效；钢筋算量方面，BIM模型统计的钢筋量较图纸计算量误差8%，相对于业内10%-12%的误差量有了较大提升；钢结构算量方面：钢结构工程量包含节点构件，采用乘以系数进行计算，得出设计概算工程量，辅助钢结构厂商的招标工程量控制。幕墙和种植屋面进行分类统计。

（三）应用场景

BIM全流程协同工作平台适用于建筑工程建设全过程各环节，目前主要在城市轨道交通工程、枢纽工程、民航运输工程等不同类型的工程项目建设管理中应用，受地域、规模、环境等因素影响小。

应用成效

（一）解决的实际问题

1.提升了BIM模型质量。传统二维图纸由设计总体、设计咨询、强审单位多级审核会签，有效保证了图纸质量；而BIM模型通常由咨询单位审核，审核力量薄弱。通过使用协同平台，连接了各参建单位，提升信息传递的时效性，降低信息的丢失率。通过灵活添加审核角色可以实现多方模型审核，通过三维模型与设计图纸联动更精确地查看和审核模型，提升BIM模型质量。

2.提升了BIM模型审核工作效率。BIM模型审核的一般流程是设计单位自审，审核无误后提交至咨询单位进行二次审核。但各单位审核标准未结构化、条目化，导致审核人员审核时间长、工作滞后。协同平台根据不同模型标准预制不同的审核维度，审核人员直接按照审核点审核即可，极大提升审核效率。

3.解决了二维设计图纸和BIM模型不同步的问题。地铁系统专业繁杂，设计工艺多变。由于每一条线路的周边环境不同，其设计和施工方案都不能完全复制，但是通过创建BIM模型指导设计和施工的思路可以完全复制。在设计源头上，由于缺乏有效的管控手段，BIM设计期间发现的问题无法及时反馈至二维图纸中，导致无法发挥BIM协同设计的优点。通过协同平台办公，各个单位能够连接起来，信息传递更顺畅，能实时反馈信息以降低信息的不对称性。BIM模型轻量化导入平台后，通过审核流程与设计图纸完成双向审核，设计人员可以同步下载审核报告校验设计图纸，发挥BIM应用的价值。

4.实现了数据共享，提高了信息的时效性。轨道交通建设过程参建单位多，设计体量大，信息量大，并且可能存在冗余信息，这都为工程建设期的有效数据筛选和数据分析增加难度。协同平台建立完善的数据分析机制，收集各参建单位关注的信息点，筛选、分析有效信息，并采用不同的展示形式简单、直观的分析出亟待解决的问题，显著提高了信息的时效性，缩短处理周期，减少风险。

5.促进轨道交通各参建单位数字化转型。当前轨道交通项目建设的数字化程度相对较低。通过汇聚实时信息，收集简化业务流程，统计分析时效数据，协同平台将各参建单位联系到一起，提升工作效率，加快了业务流程推进和企业的数字化转型，响应国家的政策，实现绿色高效生产。

（二）应用效果

BIM全流程协同工作平台采用灵活精简高效的审核流程和方法及数据统计分析等关键技术，收集整理全专业图纸、三维模型以及相关建设信息，提升了关键信息在各参建单位之间传递的时效性、准确性，降低了各企业间的数据鸿沟和工程建设的风险，推动了轨道交通行业数字化进程，提升了城市轨道交通系统复杂数据信息的智能化应用水平，为实现城市轨道交通建设的信息化和智慧化奠定坚实基础。

通过本平台，不仅可以将项目中所创造和累积的工程信息加以分类、储存以及供项目团队分享，建构了一个传递建筑工程生命周期各阶段专业接口信息的整合作业环境，可提升工程整合效率，减少各专业接口冲突，达到提升设计质量的整体目标，还将加快工期、降低人力与成本，提升工作效率。平台技术应用前景广阔，经济效益明显，将持续推动城市轨道交通工程领域的数字化、自动化、智能化建设。

工程建设项目三维电子报建平台在北京城市副中心的应用

案例简介

该案例是北京城市副中心以工程建设项目报建审批业务改革作为突破口，通过应用三维电子报建平台，实现在线报建和自动审批工作模式的实践。该平台在“多规合一”的基础上，开发了规划审查、工程项目审批、施工图审查、竣工验收备案、不动产登记等功能，对接北京城市副中心现有信息化系统，促进工程建设项目规划、设计、建设、管理、运营全周期一体联动，探索构建了全域全空间、全链条、全生命期的“规建管一体化”体系。

案例的应用场景和技术产品特点

（一）案例技术方案要点

平台总体架构设计分为辅助设计软件功能（本地端）和智能审查系统功能（如图1所示），辅助设计软件的用户是建筑规划审批的申请单位，如设计单位、建设单位等；智能审查系统的用户是审查审批管理方。辅助设计软件和智能审查系统实现数据连通和对接，同时考虑标准引领工作和与其他系统的融合、对接。

图1 平台总体架构

第一，软件系统的工作基础是标准体系。标准体系定义了BIM报建交付标准、数据标准、技术审查规范及建筑功能分类编码标准等（如图2所示）。标准是软件系统的基础规范，保证软件系统的正确性，决定软件系统过程和结果的完整性和一致性。

图2 规划报建标准

第二，总体系统包含建筑工程辅助设计软件工具。基于主流BIM设计软件Revit研发BIM规划报建辅助设计软件，拥有4大功能模块，实现12项功能（如表1所示）。

规划报建辅助设计软件功能表表1

第三，通过智能审查系统进行审查。参考北京市相关规划管理规范进行指标梳理，形成6大模块，35个审查对象，21个指标，并根据审查规则实现的技术可行性，分为自动、人工审查两类，最大程度实现人机交互审查（如图3所示）。

图3 智能化审查平台

（二）适用范围及条件

本平台不仅适用于政府管理部门的建设规划审查审批过程，也适用于设计院审图专家的校审过程和设计过程中的自查自校。二三维兼容的审查平台，可以提升校审效率和设计质量：二维设计场景中，支持在线批注校审和留档；BIM设计场景中，支持BIM模型智能审查、自动比对和批注，包括规划指标审查、消防审查等专题。

（三）主要特点及指标

平台立足于工程建设项目成果交付，现阶段主要提供了针对设计成果自审、外审的相关功能，可供设计单位、建设单位与政府主管部门使用，是衔接前端设计至后续审查的统一平台。该平台具有以下主要特点：

一是采用国产自主数据格式，数据格式在IFC基础上自主定义，具有开放的特点，增加了平台数据兼容性（如图4所示）；二是采用自主图形引擎，通过图形渲染与轻量化引擎的自主研发，为平台提供了有力支持；三是采用自主规则引擎，基于不同规范与地域要求的规则库，实现了建立在自主研发基础上的“云端驱动，灵活可配”；四是开发了智能审查业务模块，实现了BIM模型的自动审查，节省了审查时间，提升了审查质量；五是兼容二维和三维，二三维图纸均可查看，并为之提供了方便的批注工具，支持多种二三维格式。

图4 平台数据格式

（四）技术比较及应用情况

与同类的施工图审查平台相比，平台应用范围更加广泛，不仅可应用于政府主管部门，还可应用于设计企业和报审单位，提供审查审批全流程支持。

本平台作为标准化产品，应用于北京城市副中心、南京的BIM报建项目。其中，南京市BIM/CIM试点项目自系统上线以来，已经在主城四区、南部新城、江北新区核心区、紫东核心区以及9个新城新区试点启用，目前已累计完成16个工程项目报建手续，涵盖商业、产业园区、住宅、社区中心等多种建筑形式，规划许可总建筑面积累计近200万平方米;平台在北京城市副中心某工程、潞城全民健身中心（A4）_174地块、东方厂、周转房、复地五个项目开展了应用，规划许可总建筑面积累积超过276万平方米。南京市的系统上线后，从报建到发证，最快只需3个工作日就可全部完成，缩短了整个报建流程，提高了政府效能。用于北京城市副中心的系统，目前已完成试点项目的验证，预计在全面应用后，可达到与南京市相关系统相同的效率。基于试点项目总结形成的“特大城市CIM平台关键技术及示范应用”成果荣获“2021年国家地理信息科技进步一等奖”。

应用成效

（一）解决的问题

1.解决了运用BIM系统实现工程建设项目电子化报建的问题。传统审查审批模式采用纸质介质，其缺点显而易见，例如采用物理传输，依托邮寄、人工送达等手段，传输过程漫长；物理存放，检索不便，日后调取费时费力；在审批过程中，一旦出现信息变更，需要补充材料的，需要经历完整的送达、归档、变更流程，耗时巨大；只能将图纸作为审批介质，无法承载BIM模型，且不能进行智能审批；对审批人员专业能力要求高，耗费大量宝贵的专业技术人员人力资源。运用BIM系统实现工程报建后，采用电子介质传输，传输速率高，检索调用过程简单，信息变更归档程序简单速度快；面对越来越多的BIM报建，电子介质可对模型进行直接传输和应用智能审批；降低了对审批人员的专业技能要求，节约了宝贵的人力资源。

2.实现BIM报建系统与项目审批办事服务平台衔接。打通了BIM报建系统与项目审批办事服务平台的数据，实现了平台间的纵向数据传递和横向数据共享，避免了以往因为数据格式不统一造成的数据信息丢失，数据不真实，不可靠的问题，实现了数据资产的真实、完整、可靠。

3.统一标准，健全制度，加强数据安全信息管理。传统模式下，审查审批过程中大量数据都已经在电子-纸质-电子的介质转换中灭失。平台结合副中心制度建设情况，围绕工程建设项目全生命周期业务办理要求与工作需要，实现系统数据良好管控，做好数据信息安全保密工作。坚持依法行政，保障新一代“规建管”平台的顺利运行。

（二）项目成效

一是审查智能高效，提升电子报建审查效率。审查系统涵盖建设工程审查核心要素205项，通过BIM轻量化审查模型，实现了对方案审查、模型完整性、模型图纸一致性等关键工作和既有规范进行自动的、定量化的校审，提升审查效率缩短审批周期。系统试运行阶段，从报建到发证，最快只需3个工作日就可全部完成。

二是标准格式统一。在统一数据标准、交付标准和格式的基础上，围绕规建管一体化，落实BIM模型从规划报建向施工图审查、竣工验收、运维的全流程管理，实现部门之间、系统之间BIM模型数据无缝无损流转和共享。促进信息流转沉淀数据资产。数字化交付模式为BIM进一步向智能运营等领域的业务延伸打下基础，推进工程项目数字资产沉淀。

三是安全自主可控。采用国际通用BIM数据标准（IFC）+自主格式，满足自主可控和与国际标准接轨的双重需求。该数据格式实现数据模型自主可控的同时，也为未来国产设计端预留接口，同时，基于自主BIM图形引擎，实施云端审查，便利用户安全易用。

“黑洞”三维图形引擎软件在第十届中国花卉博览会（上海）数字管理系统中的应用

案例简介

上海秉匠信息科技有限公司（以下简称“秉匠科技”）受承办单位委托基于“黑洞”三维图形引擎软件打造了第十届中国花卉博览会数字管理系统。为了实现不同场馆作品的全景呈现，并满足园区方案频繁的设计变更，以及园区的分区管理，该项目依托“黑洞”三维图形引擎，通过软件对场景中三百余种植被类型、八万多颗树种模型及周边场馆的多源异构数据进行支持，使园内各种设施和树种信息与模型进行超大场景完美呈现。

案例的应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点

1.超大场景极速展示

花博会整个园区面积达到318 hm2，在“黑洞”引擎中，按照1:1的比例对园区地形地貌模型、管道模型、多种格式的场馆模型以及植被模型和水面模型进行建模，总体BIM模型体量达到10 G左右，三角面数达到上亿，植被模型约有8万棵，对场景的实时渲染构成巨大挑战。

借助于“黑洞”引擎的多细节层次技术(Levels of Detail，LOD)，可将海量模型构件重新划分为空间局部块数据，通过实时高效的LOD调度技术，加载少量的块数据即可渲染出指定精度的所有BIM模型。对于大批量植被模型，借助于动态广告板技术，使远处的树木仅渲染一个矩形，其上赋予特定视角下的动态图像，降低了大量树木的GPU渲染负载，同时对树木进行自适应的批次合并，进一步降低任务负载，实现网页端60f/s帧率流畅查看。

2.多源数据融合处理

花博会项目模型主要包括整个园区多种格式的地形地貌模型、管道模型、场馆模型、植被模型和水面模型，模型格式包括*.rvt、*.fbx、*.skp、*.3ds等，以及在SpeedTree中建立的三百余种植被模型，平台分别对上述模型进行数据处理后统一进行渲染模拟。

针对数据的多源异构性，可以为Revit、3dmax等建模软件开发独立的数据导出插件，将建模软件中的异构模型数据导出成统一格式的中间交换格式，再启动引擎资源转换进程将中间数据转换为引擎所需的最终模型资源，将数据异构截留在导出插件端，对后续的数据处理和渲染提供统一的格式存储。

3.计划变更快速查看

花博会项目整体规划周期短，场馆多，并且树种树木存在大量的不确定性因素，在设计初期和规划阶段，图纸变更与方案调整非常频繁。整个项目的设计还要充分考虑艺术性和周边环境的融合性，需要不断的优化设计方案，调整设计效果。

借助基于BIM+GIS的花博会三维可视化平台可快速将设计好的场馆模型进行三维可视化呈现，并且可以通过多角度进行环境融合展示，从而提高方案可读性和直观性。在场馆设计变更中，通过场馆设计模型的直接调整就可通过展示平台快速呈现；在树木分布方案变更中，通过三维可视化树种库来完成树种1:1的数字化模拟，为园区树木分区优化提供了有力技术支持。

（二）关键技术指标

(1)承载数据大小：10 Tb+(模型资源容量，包括了几何信息和纹理数据)

(2)承载构件数量：5千万+(项目中包含的BIM模型构件的数量)

(3)承载面片数量：100亿+(项目中包含的总三角面数量)

(4)运行帧率：50 fps+(决定了项目渲染和交互时流畅程度)

(5)数据响应速度：10 s(场景从启动加载到看到模型的等待时间)

(6)支持数据类型：支持rvt、dgn、obj\rvm、nwc、IFC、3ds、Fbx、obj、倾斜摄影(OSGB)、DEM、DOM等多种常用格式。

图1 支持多源数据

（三）创新点

1. 多细节层次（Level of Detail，简称LOD）技术

引擎通过空间分割将所有构件强行按空间区域分割分组，然后对每个空间区域进行自动减面，并将空间区域进行LOD分级，从而将海量构件模型转换为一个层级化的空间区域树。通过动态调度空间区域树，从而可以在不影响渲染效果的基础上，将渲染负载减小一个量级。

2.场景分页加载

通过互斥加载页面、叠加加载页面等技术对场景模型进行层级组织，可以实现城市级别的建筑物的高效加载和渲染。

3.自定义抗锯齿算法

通过对多帧渲染数据进行统计计算，实现抗锯齿渲染效果，相比于WebGL自带的抗锯齿功能，可以提高5到6倍的计算速度，优化渲染效果。

4.遮挡剔除算法

渲染时通过对事先划分好的屏幕空间块进行遮挡查询，即可计算出下一帧的渲染负载，相比于对单构件进行遮挡剔除，效率可高一个量级，当模型构件数量足够大时，比如上千万级别，也可流畅渲染，不会因构件数量对渲染效率造成影响。

（四）与国内外先进技术的比较

图2 国内外图形引擎现状

根据调研，目前商用市场的工程图形引擎大多基于国外开源的3D库进行。“黑洞”引擎采用OpenGL+WebGL2.0作为底层支撑，基于标准C++自主研发的引擎内核，其具备四大优势，第一，精度可控的模型轻量化技术，实现了数据从模型到平台的全自动无损传递；第二，在不影响模型渲染效率的同时，满足了大场景模型数据的承载力；第三，跨平台架构的搭建，打通从不同浏览器到Windows、安卓、iOS，和Linux等操作系统之间兼容性；第四，开发遮挡技术相关优化算法，降低模型每一帧的渲染负载，实现网页端的性能资源最优调度。

案例实施情况

（一）项目概述

第十届中国花博会于2021年5月21日至7月2日在上海市崇明区东平国家森林公园地区举行，建设面积10 km2，园内计划种植苗木三百余种，共八万余棵。规划设计阶段，为了实现不同场馆作品的全景呈现，并满足园区方案频繁的设计变更，以及园区的分区管理，光明集团委托秉匠科技基于“黑洞”三维图形引擎软件打造了第十届中国花卉博览会数字管理系统，使园内各种设施和树种信息与模型进行超大场景完美呈现。

系统通过多技术融合，将 BIM+GIS模型中包含的大量数据信息与二维码、AR等技术融合，实现项目整体数字化让数据成为可读取、可使用的数字资产，为后续园区总体运维打下基础。

（二）技术应用点

为了实现不同场馆作品的全景呈现，并满足园区方案频繁的设计变更、园区分区管理以及树木管理等场景，基于“黑洞”三维图形引擎软件开发的第十届中国花卉博览会数字管理系统有以下技术应用点：

1.多源异构BIM+GIS数据的处理与分析

花博会项目模型数据包括整个园区多种格式的地形地貌模型、管道模型、场馆模型、植被模型和水面模型，针对不同来源的模型数据，分别采用不同的数据处理插件进行轻量化处理，实现将整个园区的模型在“黑洞”引擎进行集成，以及不同模型间的位置分析和碰撞检测分析。不同格式的模型处理流程如图3所示。整个园区在施工现场和三维仿真引擎中的效果如图4、图5所示。

图3 不同格式的模型处理流程

2.海量植被模型动态仿真模拟

花博会项目共包含三百余种植被类型，共计约八万余棵植被。针对形态各异的植被类型，统一建立树种库进行管理，每种类型的植被首先在Speed Tree（一种三维树木建模软件）中建立统一的形态，再通过脚本进行随机缩放和旋转，实现每棵树的呈现效果均不相同。植被模型支持GPU过程动画，通过在树叶模型的顶点位置赋予不同的动态随机数，实现树叶随风摆动的仿真效果，如图6所示。根据植被名称和所属区域等信息，提取不同区域的*.dwg设计图中植被的精确位置信息，生成带有区域、名称、位置等信息的植被信息入库，树种库的每一棵植被模型均有自己的全局唯一编号，从而实现对每一棵树进行全生命周期管理。

图6 植被模型动态仿真模拟

3.苗木变更与设计变更管理

在花博会项目中，通过后台的苗木库，准确地将苗木展现在三维模型上。一旦出现变更，设计人员可以快速地从苗木库中提取需要变更的苗木信息，将原有旧的苗木替换为新的苗木，实现准确、快速的设计变更，保证整体效率，节约经济成本。新的苗木种植效果也可以直观地在三维模型上进行展示，让设计人员能够结合周围的实际情况，保证园林设计效果的美观性。

在花博会项目中，为了保证整体园林的美观性，其大门经历了数次修改。每一次的修改，设计师都可以快速地将新的大门模型上传至图形引擎，替换旧的大门模型，以此来直观地向各个相关单位展示设计变更后的效果，各个单位也可以根据设计变更后的效果图提出修改意见，如图7所示。

图7 苗木变更与设计变更管理

4.园区分区管理

智能分区，花博会项目在设计初期划分为十大区域，采用传统二维图纸的方式进行整体呈现与展示，但随着项目的不断推进与管理的不断细化，对园区的分区管理逐步要进行动态调整与动态变更。利用BIM+GIS基础图形可快速进行行道树区域、分界道路、河道的地块范围区分，借助GIS模型进行矢量图生成，将原来的十大区域划分为更加详细的44个区域，并在树木后台管理系统中同步进行生成，满足项目分区盘点、管理的需要，如图8所示。

图8 园区分区管理

（三）创新举措

1.基于Importor（一种高级广告板技术）技术的大型园区植被系统仿真

花博会场景树木总量达到数万棵，树木的种类也达到了上百种，个体大小差异巨大。引擎基于多级LOD网格原理，降低了植被的整体渲染负载。但是，由于花博会树木总量巨大，单靠LOD技术仍会带来繁重的GPU负载，所以加入了Impostor技术，当树木距离超过一定阈值时，树木将以矩形广告版的形式来替代实体树木模型。为降低每颗树的渲染指令延迟，当距离继续增加时，则将相邻的一堆树木合并为一个整体来管理和渲染，降低了CPU负载。

2.基于Filmic Tone Mapping（电影色调映射）技术真实光照渲染效果仿真

花博会的场馆以及水面，在真实情况下都会在环境光照下出现反射、折射等光照效果。为真实表现花博会植被与场馆的交相呼应、水面波光粼粼的效果，引擎采用了基于物理的光照模型，通过模型基色、金属性、粗糙度等简单的材质参数，真实地表现出场馆等模型在不同光照环境下的渲染效果，对太阳光的反射以及环境光的散射都能得到准确的表现。

同时，改进了传统的低动态范围光照计算，加入了高动态范围光照处理，使得模型表面反射光强大于显示器像素的强度范围时，可对屏幕所有像素上的光强进行统计测定，确定出一个合适的曝光度，然后将高强度光照信息重映射为显示器能显示的低范围强度，并根据屏幕像素的光强分布加入镜头鬼影、泛光等特效，从而真实还原了花博会中生动逼真的动态场景。

3.基于动态植被系统的实时阴影仿真

针对花博会的八万余棵植被，仿真平台对所有植被模型均做了动态效果模拟，为更接近于真实的仿真效果，采用大范围实时软阴影技术，将场景由近及远分割为若干部分，每个部分被独立的阴影图所覆盖，每个阴影图使用随机扰动点过滤等技术，在所覆盖区域内生成具有半影效果实时阴影，多个区域叠加形成了完整的超远视距的软阴影效果。从而实现在不同的时间、角度查看模型时，都能达到接近真实的阴影效果。

应用成效

（一）采用定位系统，保证树木的精准定位

花博会园内苗木共计苗木三百余种，共八万余棵，管理平台基于“黑洞”三维图形引擎开发的种植管理系统对矢量路径及树木位置坐标自动识别，精确匹配模型位置，一键完成系统内大小树木自动定位种植。大大减轻设计人员对于树木模型定位时间，通过该系统轻松实现了10 km2模型场景内植物或其他固定设施等构件精确定位。

（二）通过智慧决策，实现树木的精益管理

“黑洞”三维图形引擎内自带约三十多种树种，项目实施过程中对引擎内树种的补充现已达到三百余种，100%涵盖了花博会园区内树木种类，通过平台苗木管理系统，对园区内树木进行了有效的数字化管理。每棵树木上均有独立的二维码图形，通过唯一的苗木编号确定名称、高度、木龄、管养时间等信息，该系统在后期还可以形成独立的树木运维系统，具有可拓展性。

（三）沉淀数字资产，为园林行业注入新能量

由于花博会项目不同于其他建设工程，其系统开发需求更倾向于苗木等植物管理，软件打通园区各管理部门的数据，实现部门资源共享，软件依据不同部门对园区内数据的删选，使管理人员获取有用的数据要素，根据自身情况加以整理与应用。同时在设计及施工阶段将园区内的相关数据采集，整合为园区数字资产。数字化建设中产生的数据既覆盖了用户的各个行为阶段，也贯穿了园区整体运作流程，对其进行有效沉淀，为传统园林行业注入新能量。

“晨曦”BIM算量软件在福建省妇产医院建设项目的应用

案例简介

针对建筑业面临的建模周期漫长、工程量算量繁琐、数据信息复用性较低等痛点，福建省晨曦信息科技股份有限公司研发了晨曦BIM（土建、钢筋、安装）算量软件，为项目各参与方提供一站式BIM应用。该款软件基于人工智能技术，实现BIM模型创建+BIM模型运用，具有自动识别构件、快速创建BIM模型等功能，不仅解决了建模过程中BIM模型名称定义、截面形状定义、尺寸输入、平面定位、标高设置等繁琐问题，也减少了用户日常工作量，提高了建模效率。同时，该软件既可在通用一个模型的条件下，根据BIM土建、BIM钢筋与BIM安装模块内置的全国清单定额以及计算规则快速工程算量，又可实现材料提量、钢筋布置、钢筋下料、碰撞应用、BIM出图、集成数据等BIM技术应用。该案例是软件在福建省妇产医院建设项目的应用，实现了计量过程智能化、可视化、精准化以及工程项目的提质增效。

图1 晨曦BIM（土建、钢筋、安装）算量软件组成

案例的应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点

BIM（土建、钢筋、安装）算量软件由BIM智能翻模、BIM土建模块、BIM钢筋模块、BIM安装模块四个部分组成，遵循正向设计原则，进行模型的高效创建、设计优化、工程算量、一键出图等一系列的流程，旨在最大限度减少时间成本，确保施工进度，加强质量安全。结合建筑规范的要求，通过BIM智能翻模快速生成各专业模型，利用三维BIM模型完成协调各个专业建模工作，优化图纸、协调施工和纠偏预算等工作。继而在通用一个模型的基础上，BIM土建、BIM钢筋、BIM安装模块充分考虑用户日常的操作习惯和出量要求进行二次研发，注重BIM模型调整和工程量出量。通过BIM模型的快速且精准提量，代替了部分手工算量，促进了项目技术人员职能的转变。不仅如此，该款软件打破不同应用之间难以互通操作的障碍，可与晨曦AI&BIM产品系列，包括BIM智慧工地、BIM管控平台（全过程咨询）、晨曦造价咨询管理系统等有机结合，实现各系统之间信息统一、可视、共享、交付、集成，满足集成化管理，个性化应用需求，从而逐步建立完整的建筑全寿命周期的应用生态和商业生态。

图2 项目技术路线

（二）产品特点

BIM（土建、钢筋、安装）算量软件中BIM智能翻模、BIM土建模块、BIM钢筋模块、BIM安装模块特点分别如下：

1.BIM智能翻模。BIM智能翻模是一款新型的智能翻模工具。它一改往日费时费力的建模过程，将标准化、有规律的步骤交由软件自动完成，不仅能一体化完成图纸分割与整理、构件识别、生成BIM模型、管理BIM模型等过程，而且与土建、钢筋、安装模块无缝对接，完成土建、钢筋、安装的快速出量。通过运用智能翻模能有效帮助项目技术人员简化操作步骤，提高建模效率，保证BIM信息的完备，为全生命周期的BIM技术应用提供模型基础。

2.BIM土建模块。适用范围广，主流BIM模型格式均可直接应用。模块内置《建设工程工程量清单计价规范》及全国各地现行定额，拥有清单定额一键套用，精准、快速完成工程量汇总、实现建筑工程全生命周期数据共享等核心优势。

3.BIM钢筋模块。攻克行业难点，BIM钢筋模块内置各种楼梯类型，可供用户选择，实现一键布置楼梯钢筋和一键生成钢筋实体。针对异形构件如集水井、异形挑檐、自建异形构件等，可以通过模块内的通用工具进行配置钢筋、形成钢筋实体。同时，钢筋模块内置11G101/16G101平法标准图集和国家规范，结合国标图集，设计规范及施工经验为计算依据，通过平法参数输入与CAD（计算机辅助设计软件）识别参数一体化实现全面布置钢筋信息、动态展示钢筋实体、精准算量钢筋工程等步骤。

4.BIM安装模块。内置国家定额规范等为计算依据，分项工程设置全面。并且支持智能避让和智能开洞；清单定额自动调用，报表输出项联动构件支持反查等功能，从根本上解决了BIM模型对应计算规则不一致的问题，实现BIM算量的应用。

（三）应用场景

运用晨曦BIM（土建、钢筋、安装）算量软件其可视化，精准度高，易用性强，拓展性优等核心优势可为房产住宅类、商业综合类、医院综合类、工业场馆类、轨道交通类项目的策划决策阶段、设计阶段、建设实施阶段和运营维护阶段提供以进度控制、成本控制、质量控制为目标，以BIM模型为载体、工程进度为主线、造价管理为核心的一体化、智能化、全方位解决方案。

案例实施情况

（一）案例基本信息

福建省妇产医院项目总投资23亿元，总建筑面积17.72万平方米，其中地上建筑面积11.95万平方米，地下建筑面积5.77万平方米，建成后将编制800张床位，建筑层数为地上4-16层，地下2层，建筑高度69.00米，为框架剪力墙结构、框架结构。项目由福建建工工程集团有限公司承建，于2018年12月开工，计划于2022年5月9日竣工。

图3 福建省妇产医院项目效果图

（二）应用过程

1.智能设计与规划

相比于传统的设计过程，BIM（土建、钢筋、安装）算量软件的应用价值体现为能快速建立并集成建筑、结构、机电等专业的BIM模型；在建筑设计中充分考虑项目智能化及实用性等因素，开展智能与规划工作。BIM智能翻模遵循业界国际标准，采用数据字典、图形交互技术、翻模构件及信息识别算法、双重加密等技术能快速将项目CAD图纸生成BIM模型，进行数字信息仿真，模拟建筑物所具有的真实信息。通过项目模型的全方位展示，项目技术人员只需通过简单的晨曦软件操作设置生成BIM模型，就能一目了然地发现图纸存在问题，确保在项目施工前期，快速发现和解决图纸问题，完成图纸的审核与优化。例如应用BIM（土建、钢筋、安装）算量软件，可直观地查看到某处混凝土柱梁节点碰撞上存在的问题。经过软件配合设计完成了大量的优化工作，确保满足了严格的净高控制要求，达到最合理的空间利用效果。

图4 图纸审查

在图纸优化的基础上，进行多项深化设计与智能规划。运用安装模块按照设计意图，将项目各专业管线的位置、标高、连接方式及施工工艺顺序进行三维模拟，按照现场可能发生的工作面和碰撞点进行方案的调整，实现方案的可施工性。尤其是除水、暖、电、空调、消防等基本民用建筑管线外，还需要重复、详细的碰撞检查医疗气体、智能系统、污洗消毒等管线系统。根据碰撞检查报告，使用软件中智能避让和智能开洞工具完成管线的深化设计。通过动态漫游项目的三维模型模拟施工过程，使得项目参与方更加了解项目的细部构造，促进了设计与业主方和参建各方及设计内部各专业工种之间多方面的协调与管理。

图5 智能避让效果图

图6 智能开洞效果图

2.智能装备与施工

施工阶段是建筑实体形成的过程，也是项目资源集中投入的过程。该过程中各参与方基于2D图纸的管理与沟通往往会带来工期的延迟、项目的返工和浪费，与可持续建设背道而驰。施工阶段，BIM（土建、钢筋、安装）算量软件的应用主要体现为在通用一个模型基础上附于每个构件进度计划和造价信息，并实现智能装备与施工。BIM（土建、钢筋、安装）算量软件整合与优化各专业模型，提供自动套用清单定额、智能布置构件、布置钢筋等功能，使土建、钢筋、安装算量数据与设计数据以BIM模型为载体实时联动，快速完成工程土建、钢筋、安装计量工作。值得注意的是，软件中的计算式模拟人脑思维，可脱离软件给审核方按设计图纸查阅，解决安装算量软件难以对账的问题，确保算量的精确度。同时，软件通过施工段关联物料信息，可输出详细的各主材工程量及各批次浇筑的方量，协助项目管理人员有理有据统筹安排施工组织、材料供应以及资金供应等工作内容，保证了项目进度和顺利履约。

图7 施工段输出材料表效果图

在钢筋实体绘制方面，手动逐根绘制钢筋BIM模型功能效率低。结合BIM钢筋模块，通过配筋信息，软件自动绘制钢筋实体，并计算钢筋工程量，不仅可以大大节省钢筋BIM建模的时间，而且可以实现钢筋的深化应用。在项目中，软件快速布置了坡道钢筋、楼梯钢筋、混凝土钢筋穿钢结构等复杂钢筋节点。基于创建的BIM三维钢筋模型，运用软件中自带的钢筋切图工具从钢筋模型中读取相关信息，集成下料单、三维标注图、二维标注图三个信息展示模块，完成钢筋模型调整、钢筋工程量输出、钢筋下料及出图等内容，供钢筋加工厂、材料领用人、施工人员等项目成员使用，真正做到了足不出户便可知道现场施工的效果。

图8 坡道钢筋布置

图9 复杂钢筋节点下料

图10 平法出图

3.数字化交付

为最大化地体现信息的价值，根据《建筑信息模型分类和编码标准》GB/T51269-2017，运用BIM（土建、钢筋、安装）算量软件对福建省妇产医院建设项目模型进行分类和编码。通过统一且唯一性的信息编码，使得项目技术性能数据、经济数据、维护数据等得以交互、共享、集成应用，提高多方协同的工作效率，促进信息流动。

图11 建筑信息模型编码表效果图

应用成效

（一）解决的实际问题

1.完成了与模型构件相对应的分类编码体系，实现了规范化建模，避免了因建模规则不统一造成模型不匹配，数据可追溯性低等问题。

2.BIM智能翻模不仅仅是将CAD图纸快速生成三维模型，而且以BIM模型为基础解决“错、漏、碰、缺”问题，复核施工图的设计错误和不足，提高图纸的准确率。

3.BIM（土建、钢筋、安装）算量软件将建筑、结构、机电等专业模型整合，根据设计意图和净高要求进行碰撞检查、管线优化，从而达到深化设计，降低工程返工的风险。

4.BIM钢筋算量软件突破手动逐根绘制BIM钢筋模型中复杂构件难以布置实体钢筋的难点，实现实体钢筋快速布置和出量。同时，软件支持深化设计钢筋预算和施工下料等流程，满足复杂节点及工艺可视化交底。

5.BIM（土建、钢筋、安装）算量软件让造价工作更高效、更智能。通过模拟手工计算方式，一键生成多种报表形式，方便与手工算量对账，满足快又准提取工程量的需求。

（二）应用效果

在福建省妇产医院建设项目中，BIM（土建、钢筋、安装）算量软件在图纸优化、碰撞检查、协调管线排布、动态漫游、精准算量、钢筋设计、优化施工方案，材料计划管理、数字化交付等方面取得了很好的应用成效。

一是优化设计质量，其中通过BIM审图解决图纸问题532处；取消工程桩改为筏板基础，取消咬合桩、减少降水井数量；通过深化设计，项目底板、正负零抬高2米，周边道路相应提高3-4米，基坑开挖土方量由原来41万立方米减少至29.6万立方米；管线综合解决机电管线碰撞427处，预留矩形洞口657个，支吊架设计155种，实现全过程BIM机电安装落地应用；通过BIM安装模型搭建，完成排砖区域12处，样板间3处。

二是节约成本5840万元，其中通过优化工期，节约费用约4700万元；通过严格的材料计划管理，节约材料造价1140万元。

三是缩短工期16月，其中通过优化设计节约工期8个月；通过精益化管理，较原计划提前近8个月交付投用。

四是提高从业人员BIM技术应用能力，其中在项目实施过程中，共34人全过程参与BIM项目管理，总共培养出专职BIM人员3人。

（三）应用价值

BIM（土建、钢筋、安装）算量软件结合人工智能、图形交互技术、翻模构件及信息识别算法、双重加密等高新技术，不仅仅高效实现模型的3D可视化效果，更是将3D模型作为载体，一模通用、一模用到底，实现快速建模、精准出量、智能规划、信息资源的协同化管理，为产业链贯通、智能化建造和可持续建筑创作提供了技术保障，为设计团队、施工团队、项目管理团队、业主单位等各参建方均创造了一定价值。

装配式建筑深化设计平台在福州市蓝光公馆项目的应用

案例简介

福建城投装配式建筑深化设计平台是福建省城投科技有限公司研发的装配式建筑深化设计软件，包含了预制构件深化设计系统、铝模深化设计系统、内墙板深化设计系统三大部分。平台通过BIM技术对装配式混凝土建筑、铝模等设计内容进行协同整合，让设计师可以在同一软件平台、同一模型下实现数字化协同设计，避免了由于设计不协同导致的各种问题，提高了工作效率和设计准确率，实现数字化设计数据无缝对接生产管理平台，使设计数据向生产端流转，推动基于数字模型的设计、采购、生产、施工、运维一体化。

案例的应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点

1.在软件接口方面，平台可以适配采用Autodesk Revit正向设计的BIM模型，并在此基础上完成深化设计。对于采用传统AutoCAD设计的装配式建筑项目，平台也提供了多种图纸格式的接口，能快速识别图纸，自动转化为装配式设计所需的BIM模型，完成后续的装配式设计工作。

2.在软件功能架构设计方面，平台包含了装配式建筑设计的三大系统，预制构件深化设计系统共有9个模块，27个功能，铝模深化设计系统共有4个模块，21个功能，装配式建筑内墙板深化设计系统共有3个模块，8个功能，可以实现快速建模、一键出图、一键生成物料清单表等功能。

图1平台架构图

3.在文件输出方面，平台在完成深化设计后，可自动生成满足部品部件生产精度要求的深化图、加工图。对于采用智能生产管理平台等信息化手段的生产制造企业，平台还支持输出不同内容的数据文件（如图2所示），对接智能生产管理平台，批量导入部品部件生产所需的物料信息，实现数字化设计的数据向生产制造端流转，保证底层数据的协同性和一致性，提高效率。

图2数据表单

（二）创新点

1.“三同”设计

“三同”设计即在同一软件平台、同一模型下，实现协同设计。传统的装配式建筑设计中，由于设计工作可能在不同的软件平台上开展，导致设计成果分布在不同的图纸或者模型中，一旦设计方案出现修改，不可避免的需要反复在多个图纸或模型中比对，无法实现协同设计，设计效率低下，甚至出现因信息不同步导致的错漏碰缺问题，造成工期的浪费和经济的损失。本平台从“三同”设计的层面上解决了装配式建筑设计协同的问题，实现设计阶段的降本增效。

2.“一键”设计

“一键”设计即本平台为装配式建筑设计师提供了一键智能拆分、一键自动配模、一键出图的便捷功能，提升了设计效率，避免了设计师重复的机械式工作，让设计师将更多的时间和精力放在装配式建筑设计的标准化和品质上。

在一键智能拆分方面，针对预制混凝土构件的拆分，软件会将需要拆分的构件，在考虑标准化和模数化的基础上，自动将选择的构件拆分成符合规范要求的预制构件，针对装配式内墙通过选择模型中需要采用装配式内墙的范围，软件将按照用户定义的内墙板类型和参数，自动将内墙按规范要求拆分为相应的大小和拼装方式。

在一键配模方面，用户选择需要配模的位置，软件将自动判断需要配设的模板类型，并按规范要求及预设的配模方案，自动配置铝模板。

在一键出图方面，在设计师完成深化设计后，可通过各个模块一键出图功能，由软件按照预设的参数，自动批量生成构件图和加工图。

3.设计数据向制造端流转

部品部件进入到生产制造环节后，传统的物料清单制作是一个费时费力的环节，出错率高，出错后不易检查，且容易造成批量性浪费。通过本平台可实现在深化设计完成后，批量输出部品部件的物料清单数据文件，不仅省时省力，而且能保证数模一致，提高了准确性，实现了设计数据向制造端流转（如图3所示）。

图3智能生产管理平台

（三）应用场景

本平台适用于包括住宅、学校、公共建筑、工业建筑在内各类装配式建筑的深化设计，通过快速建模、一键拆分、一键出图等功能可以高效完成装配式建筑深化设计，批量自动输出满足生产精度的图纸，实现图模一致、数模一致。

案例实施情况

（一）案例基本信息

平台应用情况以福州市蓝光公馆项目为例，该项目总用地面积11648.36m2，总建筑面积155273.61m2，包含3栋28层住宅，1栋27层住宅，结构形式采用框架-剪力墙结构，其中2号楼、3号楼、6号楼、7号楼采用装配式建造方式，装配式建筑的计容面积为67259.53m2，装配率均不低于50%。

（二）应用过程

1. 预制构件深化设计系统

项目的预制构件深化设计采用了叠合板深化设计、预制楼梯深化设计、一键出图及物料清单等功能。

（1）叠合板拆分及深化设计。项目的叠合板采用宽缝叠合板，接缝宽度为300mm，叠合板厚度为60mm。在叠合板拆分时，通过叠合板拆分功能，框选BIM模型中的楼板，设置叠合板参数（如图4所示），即可自动完成叠合板拆分设计（如图5所示）。

图4叠合板拆分

图5拆分后的BIM模型

在叠合板拆分完成后，预制构件深化设计系统会自动计算当前层的预制构件水平投影面积，并且生成预制构件水平投影平面图（如图6所示）。

图6预制构件水平投影平面图

叠合板拆分方案确定以后，设计人员可以对叠合板进行深化设计，包括生成钢筋、调整钢筋避让以及放置预埋件。通过叠合板深化设计功能的布置叠合板钢筋（如图7所示），对已拆分好的叠合板批量生成钢筋（如图8所示）。叠合板钢筋生成完毕后，设计人员将带有预埋件点位的CAD图纸链接进模型中，通过批量生成预埋件的功能，对所有点位进行翻模并且对点位进行编号，节约了设计人员手动布置点位的时间，提高了设计效率。

图7布置叠合板钢筋图8生成叠合板钢筋

（2）预制楼梯拆分及深化设计。本项目选用标准楼层的梯段板作为楼梯的标准构件，采用120mm厚度的预制双跑楼梯，预制楼梯采用高端支承为固定铰支座，低端支承为滑动铰支座的装配方案。通过预制构件深化设计系统中预制楼梯深化设计的楼梯放置功能，设置楼梯参数后（如图9所示），把预制楼梯放置在模型中。

图9放置预制楼梯

预制楼梯放置完毕后，通过预制构件深化设计系统中楼梯配筋功能，对预制楼梯进行自动配筋（如图10所示）。

图10预制楼梯配筋后

（3）出图及物料清单。在完成本项目的预制构件深化设计后，设计人员通过预制构件深化设计系统的一键出图功能及物料清单功能，对模型中的所有预制构件及平面进行出图（如图11所示），并导出本项目的物料清单表（如图12所示）。根据导出的图纸及清单直接通过智能生产管理平台对接构件厂，完成生产构件详图交付。

图11叠合板构件详图

图12预制构件物料清单

2. 铝模深化设计系统

项目从第二层墙柱~顶层墙柱均采用铝模板，设计人员通过铝模深化设计系统对本项目的铝模进行深化设计，实现设计阶段精准配模、高效输出图纸及料表数据。

（1）自动配模。设计人员通过运用铝模深化设计系统的自动配模功能选择需要配模的柱梁板墙等结构构件，程序会按照预设的配模规则自动生成符合规范要求的铝模板相关构件，减少了设计人员手动放置的机械性工作，提高了工作效率和配模的准确性。并且与预制构件模型实时交互，避免了因设计误差导致的漏浆等问题。

（2）图纸输出及物料清单。当设计人员配模完成后，可以通过程序选择所需出图的部位自动生成生产图纸（如图13所示），并且生成物料清单（如图14所示），简化了设计人员图纸输出的操作步骤，也节省了统计和筛选工程量的时间，减少了工程量统计错误的概率。

图13铝模生产加工图

图14铝模物料清单

3. 内墙板深化设计系统

项目内隔墙采用钢筋陶粒混凝土空心条板内隔墙，设计人员通过内墙板深化设计系统对本项目的内墙进行深化设计及图纸输出。

（1）内墙板拆分。设计人员通过BIM模型，对外墙、砌筑内墙和非砌筑内墙进行区分。将模型处理完成后，通过内墙板拆分将非砌筑内墙进行拆分（如图15所示），并且自动对拆分好的内墙板编号。

图152#楼装配式内隔墙拆分模型展示图

（2）图纸输出及物料清单。内墙板拆分完成后，可以通过程序一键生成内墙板构件详图（如图16所示），并且导出物料清单。导出的物料清单、生产加工数据及模型数据通过智能生产管理平台与项目进度计划关联，可进行构件生产、构件自动编码，实现一件一码，构件生产、运输、施工的实时跟踪。

图16预制内墙板详图

应用成效

（一）实现多专业同平台协同设计

项目通过装配式建筑深化设计平台，实现了多专业的装配式建筑设计，通过BIM技术在设计阶段将后期可能遇到的建造问题前置，如在外立面上通过协同配合，优化复杂节点构造，使得建筑整体更加适配工业化建造手段；在装配式设计时提前优化预制构件和铝模的支撑系统；提前在铝模和装配式内墙间预留压槽等一系列优化措施，很大程度上减少了设计阶段的错、漏、碰、缺，将同平台协同设计的优势在实际项目中实践。

（二）数字化设计实现装配式建筑“数字孪生”

项目在设计阶段利用BIM集成化应用，通过数字化设计将生产和建造场景虚拟呈现（如图17、18所示），实现蓝光公馆项目的“数字孪生”。