建筑业的数字化探索与实践.pdf

1、建筑业数字化探索与实践王翠坤2023年10月热烈祝贺中国建筑科学研究院成立70周年！目 录建筑业数字化展望建筑业数字化解决方案探索建筑业数字化的发展需求0101020203032建筑业数字化的发展需求第一部分2016年2015年2022年1月2021年3月中共中央办公厅、国务院办公厅国家信息化发展战略纲要把“数字中国”建设和发展信息经济作为信息化工作的重中之重。国务院国资委：关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知十三届全国人大四次会议中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要加快数字化发展，建设数字中国党的十九大报告：加强应用基础研究，实施国家重大科技项目，支撑

2、数字中国、智慧社会的建设。国务院“十四五”数字经济发展规划到2025年，数字经济迈向全面扩展期，数字经济核心产业增加值占GDP比重达到10%习近平总书记在第二届世界互联网大会开幕式上强调：中国正在实施互联网+行动计划，推进“数字中国”建设 数字化转型2017年2020年9月国家战略数字转型推进“数字中国”建设45主要方向（一）筑基础，夯实数字化转型技术支撑。（二）搭平台，构建多层联动的产业互联网平台。（三）促转型，加快企业“上云用数赋智”。（四）建生态，建立跨界融合的数字化生态。（五）兴业态，拓展经济发展新空间。（六）强服务，加大数字化转型支撑保障。2020.04.07 国家发展改革委、中央网

3、信办印发关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案的通知国家战略推进“上云用数赋智”行动汽车行业航空航天行业不同行业的数字化探索他山之石其他行业数字化、智能化的成功经验6设计日趋复杂成本要求严苛性能目标日益多元化(安全、成本、减碳、装配化率.)ZHA行业需求行业面临的挑战7行业发展的角度：我国城市发展已进入城市更新的重要时期，由过去大规模的增量建设，向存量的提质改造和增量的结构调整并重转变 30/60“双碳目标”人民对美好生活的向往，“好房子”的建设 举全行业之力打造数字住建需求行业需求 建筑行业数字化8从企业发展的角度：建筑业告别高增长时代，竞争加剧，建筑企业需要借助数字化，重新构

4、建新的核心竞争力建筑行业向绿色化、工业化、数字化转型发展是大势所趋大势所趋 建筑行业数字化9建筑业数字化解决方案探索第二部分 智能设计、智能施工、智能运维建筑业数字化解决方案探索智能运维超高层建筑安全运维实时监测和快速反馈BIM技术、人工智能智能施工设计施工运维一体化数字化质量安全进度建筑工业化和机器人提高设计质量提升设计效率助力设计创新智能设计建筑业数字化解决方案探索11碳排放施工便捷造价空间功能安全方式II方式I智能结构方案设计工程勘察设计是工程建设的先导和灵魂，提高工程勘察设计质量，充分发挥工程勘察设计行业在工程建设中的主导地位和引领作用。12建筑方案结构方案结构模型分析模型形状功能空间

5、表面纹理/通透度净高模块化拓扑网格传力路径结构体系尺寸/截面材料荷载施工顺序节点做法有限元分析截面属性内力需求/能力比关键词自然语言处理 NLP参数化模型图 Graph规范机器学习BIM模型优化算法规范偏微分方程有限元模型技术结构模型结构方案机器人类人-机智能结构方案设计结构设计过程的智能化路径13建筑方案结构方案结构模型分析模型结构模型结构方案机器人类人-机PKPM解决方案PKPM-AIDPKPMGH其它插件APIBIMBaseRevitRhino智能结构方案设计结构设计智能化技术方案14智能设计-结构智能辅助设计（PKPM-AID)智能辅助设计15工程师定规则，算法自动计算！智能结构方案设

6、计算法式设计16智能设计-结构智能辅助设计（PKPM-AID)1.1.智能截面优选模块智能截面优选模块：钢结构构件截面优选 次梁截面优选 地库梁截面优选 构件截面超限 减小梁高，增加结构使用层高 任何结构体系任何截面构件承构件承载力为基础的截面优选载力为基础的截面优选2.2.高级指标控制模块高级指标控制模块：针对大指标及构件指标不满足不满足的情况下，调整构件截面使得指标满足，同时控制结构造价尽可能低 针对大指标及构件指标满足满足的情况下，调整构件截面使得结构造价尽可能低，同时控制指标仍满足智能辅助设计17变量1变量2下限上限下限上限截面优选可行域截面优选最优设计目标函数等值线同时满足截面和整体

7、指标的可行域考虑整体指标后最优设计智能结构方案设计截面优选与指标控制18应力计算挠度、变形构件几何约束配筋要求构件之间几何约束型钢截面构造要求混凝土截面强度计算组合截面计算钢截面强度与稳定计算位移角约束扭转位移比约束扭转周期比约束层刚度比约束倾覆力矩比例约束层剪切承载力约束风舒适度约束满应力设计强度设计构造设计刚度设计智能结构方案设计包含的设计要求19框筒框剪框架框架框架框架框架框架框架框剪优化前682.002362.5143.3141.05128.51103.16679.8845.438.9724.5优化后616.089352.7129.8131.11116.1297.73474.344.3

8、535.719.5百分比9.7%2.7%9.4%7.0%9.6%5.3%7.0%2.3%8.4%20.4%0100200300400500600700800PKPM-AID 实际工程案例造价优化对比图优化前优化后百分比在安全前提下，提高设计效率和设计质量智能结构方案设计实际工程应用效果20中国院、四川省院、西南院、基准方中、上海天华、中建八局、上海中森、精工钢构、巴特勒、杭萧钢构等，百余家设计院、数百个实际工程应用PKPM-AID提高设计效率和设计质量智能结构方案设计行业应用情况21 持续推进施工图审查制度改革 完善施工图联合审查机制“十四五”工程勘察设计行业发展规划推进施工图审查数字化、智能

9、化扩大人工智能审查、BIM审查 强化施工图监管作用 严格落实建设、设计、审查责任 加大审查信息公开力度 聚焦结构、消防等安全审查智能审查助力施工图审查行业改革22智能审查助力施工图审查行业改革图审改革下，设计院应加强自审制度，保证设计质量施工图审查的发展史23地区1，2020年新建建筑工程图纸审查中，违反次数较多的规范及条文情况智能审查助力施工图审查行业改革以上条文以消防、结构专业为主24智能审查助力施工图审查行业改革地区2，2021年新建工程图纸审查中，结构专业违反较多的规范及条文情况以上条文大部分为可量化的构造措施类条文25此类问题特点：属于强制性条文，结构设计必须满足 涉及条文多，犯错频

10、率高 属于构件级构造措施要求，单根构件不满足对结构整体影响较小 构件数量众多、逐一校对耗时大解决方案：1、利用人工经验抽查关键构件结果2、采用软件工具校对结果，实现构件、条文全覆盖构造措施类问题智能审查助力施工图审查行业改革26智能审查助力施工图审查行业改革建筑、机电、消防（PKPM-AIChecker）结构专业（结构施工图审查）建筑、结构、机电、消防等专业探索智能审查27覆盖条文：建筑专业87条，机电专业20条，结构专业99条（2023.5月数据）206条疏散距离1条建筑类别及耐火等级6条平面布置19条疏散门及安全出口17条疏散楼梯13条电梯、消防电梯13条防火墙及分隔8条总数107条建筑专

11、业机电专业防火分区类1条空间关系2条梁审查26条总数99条结构专业自动喷水灭火系统3条其他7条管道布置8条室内消火栓系统9条柱审查28条剪力墙审查16条整体指标29条地区1易错条文TOP10，当前已实现/部分实现6条（2结构+4消防）智能审查智能审查助力施工图审查行业改革28智能审查助力施工图审查行业改革构造措施类问题，PKPM 混凝土施工图审查规范覆盖率90%以上29智能审查助力施工图审查行业改革构造措施类问题问题分类借助软件校审的主要成效：减轻人工核对配筋的工作量 有效规避强条和重要性条文 边设计边校审，提高内审效率额外收益：图面检查，减少笔误带来的图纸变更同类条文归并，协助设计人员对规范

12、理解经济性检查，控制构件细部用钢量对多家设计院的多个项目外审意见进行分类统计，其中配筋构造类意见的数量占比统计如下：采用校审软件校对后，能够显著降低构造措施类的强条数目0.3%1.9%2.6%1.2%5.2%10.6%12.5%7.4%住宅地库商业中心办公楼配筋构造类问题占比传统校审的工程PKPM软件校审的工程30BIM交付智能审查CIM平台自主BIMBase平台CIM平台智能审查助力施工图审查行业改革31智能审查助力施工图审查行业改革搭建智能审查系统，向CIM基础平台源源不断输送高质量BIM模型 某系统2020年10月正式运行以来，项目总数达1434个，参与的各类企事业单位达到832个，模型

13、总计达到17960个。项目与模型数量每月的增长量持续增加，总体呈现出加速增长的趋势。上传中83审查中298已审查1053建设单位496设计单位309审图机构27BIM施工图审查系统运行情况1 1 21451417202072020113221331522442944223146212725152837394133431170204060801001201406 月8 月11 月12 月1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月2020

14、202120222023项目完成审查数量政府审批与数据沉淀CIM平台数据底板32提高设计质量寻求最优方案提升业主满意度有效减少碳排放提高设计效率智能设计智能设计创造价值33建筑业数字化解决方案探索建筑业数字化解决方案探索智能运维超高层建筑安全运维实时监测和快速反馈BIM技术、人工智能智能施工设计施工运维一体化数字化质量安全进度建筑工业化和机器人提高设计质量提升设计效率助力设计创新智能设计34设计生产运输施工运维监管装配式建筑设计软件PKPM-PC/PS预制构件智慧工厂管理系统出库装车与运输轨迹跟踪绿建运维与动态评价系统BIM审查与质量追溯建筑工业化项目管理系统工程项目全生命周期数字化平台以数字

15、化平台和BIM技术为支撑，打通工程项目设计、生产、施工、运维数据。智慧施工设计施工运维一体化35项目规划项目立项设计施工生产制造测试运行运行维护工程在建竣工验收移交向业主交付两个工程数字交付实体交付数字化移交实体交付项目全生命周期智能建造平台通过项目的数字化交付，将设计数据和施工过程信息传递到运维阶段。智慧施工设计施工运维一体化36直观展示项目典型质量问题、安全隐患，并展示项目安全、质量亮点做法，供其他项目学习。通过基于BIM的质量安全管控平台，加强施工阶段的可视化质量安全交底、典型质量安全隐患监控，质量安全亮点做法宣传等。智慧施工基于BIM的质量安全管控37数字交付实体交付项目全生命周期智能

16、建造平依据公司质量管控流程，通过数字化平台，将每个工程项目的质量管理目标、质量管控过程和绩效考核等数字化、可视化、精细化，确保管理规范和责任清晰。质量目标管理质量控制管理质量考核管理质量分析项目质量目标项目质量策划项目质量制度质量检验质量检查与整改质量事故装配式PC构件进场验收装配式隐蔽工程验收装配式吊装过程管理分部分项工程质量验收质量检查质量整改质量复查质量奖励管理质量惩罚管理质量奖项质量统计分析质量看板质量事故记录质量知识库质量问题库智慧施工数字化质量管控流程38安全目标管理安全过程管理安全培训管理安全分析安全目标管理安全控制计划及方案安全管理制度安全体系管理安全事故管理危险源辨识与风险评

17、价安全应急预案重大危险源清单安全应急演练安全检查安全整改安全复查安全奖励管理安全惩罚管理安全奖项安全统计分析安全看板安全事故记录安全知识库安全问题库安全措施方案安全检查及整改安全考核管理安全培训计划安全培训记录安全专项措施职业健康专项措施基于安全知识库和危险源库，通过数字化平台，结合公司的安全管控体系，推动安全管理的数字化、可视化、精细化。智慧施工 数字化安全管控流程39可按分部-子分部-分项-检查项的逻辑（不同体系结构有可能不同）分别维护集团级工序验收、桩基验收、渗漏验收、安全验收知识库。现场施工、监理、项目部成员使用APP按统一的内容进行逐项验收，并通过总结对知识库进行不断完善沉淀形成集团

18、标准库。工序验收目录结构（如主体结构-砼工程-砼浇筑）工序验收指标配置（如砼浇筑主控项、一般项等）APP验收界面（如砼浇筑按主控项、一般项逐项对照验收）针对质量安全检查项的数字化验收，通过APP手机端高效简便，沉淀企业的质量安全知识积累。智慧施工数字化质量安全验收40面向建筑工业化，通过数字化和二维码技术，实现构件的设计、深化、生产、运输、现场安装等全过程一体化。生产管理构件管理运输管理采购管理建筑工业化构件清单BIM看板阶段看板计划管理进度管理质量文件合格证管理进场签收进场验收隐蔽工程订单管理订单确认运次管理进场管理运输信息构件安装构件交付智慧施工数字化赋能建筑工业化411-自动同步云端标准

19、构件2-多专业智能建模3-专业间智能提资4-装配式构件智能拆分5-结构抗震优化6-冲突智能检测7-建筑性能设计8-自动化一键成图9-智能统计工程量10-智能统计装配率11-生成审查报审文件12-设计数据对接构件加工基于标准构件库的智能拆分结构计算分析结果生成三维信息模型钢筋碰撞检查&参数化快速调整专业间提资-生成接线盒-钢筋调整智能设计：装配式建筑设计的标准化、智能化、协同设计42以设计为源头的数据中心，为全产业链数据应用提供支撑深圳市一六区视觉路666号1234-56789900生成各地指标计算表格对接工厂管理系统、加工设备对接多地装配式审查、管理系统对接审查数据对接指标计算交付物生成直接生

20、成图纸、BOM清单PKPM-PC数据中心对接revit南京信息管理平台轻量化查看对接各类加工厂管理系统三一叠合构件生产线德国安夫曼生产线43设计数据自动对接生产，实现构件自动化加工智慧工厂管理平台45构件可追溯性质量管控构件二维码标签生产环节质量检查环节入库环节46安全管理电子围栏、VR教育、临边防护、公共广播、安全巡检、门禁管理、深基坑监测、高支模防护、视频监控人员管理智能安全帽、劳务实名、消费、交底、访客登记、人脸对比、行为分析质量管理智能回弹仪、智能检测、质量巡检、二维码交底、质量样板、实测实量机具管理智能配电箱、塔机安全、施工电梯、车辆、定位、二维码巡检、卸料平台物料管理收验货系统、混

21、凝土标养、构件管理、混凝土测温、二维码应用、构件安装、无人值守地磅环境监测噪声扬尘、环境检测、消防报警、污水检测、节水节电、垃圾清运、全景监控目前建筑行业推动智能建造，在项目现场展开施工机器人或智能装备的应用，搭建基于BIM的物联网中台，解决机器人面临的多协议、多数据接口和数据交换问题。智慧施工数字化赋能施工机器人47建筑业数字化解决方案探索建筑业数字化解决方案探索智能运维超高层建筑安全运维实时监测和快速反馈BIM技术、人工智能智能施工设计施工运维一体化数字化质量安全进度建筑工业化和机器人提高设计质量提升设计效率助力设计创新智能设计48基于BIMBase平台的超高层建筑安全运维背景及意义数据来

22、源：世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）我国150m以上超高层建筑共计2963栋，位居世界第一世界最高建筑排名前10栋，中国占其中6栋，位居世界第一超高层建筑服役周期长、服役环境复杂，运行安全风险隐患多上海中心深圳平安广州东塔天津周大福北京中国尊台北101我国既有超高层建筑数量多、体量大518深圳赛格大厦振动事件保障超高层建筑运行安全意义重大超高层建筑人员密集，一旦出现安全事件损失严重、社会影响大部分超高层建筑服役已超过30年人员紧急疏散区域局部恐慌社会舆论关注调查处置耗时长经济损失大49基于BIMBase平台的超高层建筑安全运维现状及目标将 BIM技术、人工智能技术与结构分析、监测、评估

23、、预警相结合，融合物理模型与数字模型，研发超高层建筑运维平台，实现超高层建筑结构安全性态实时评估和突发事件的快速反馈。监测数据健康监测数据处理安全预警模型修正模型反馈实时计算BIMBase平台互为校核已有初步应用尚无实例50基于BIMBase平台的超高层建筑安全运维总体研究内容BIM平台振动信号数字图像结构监测系统采集！结构损伤位置结构损伤程度预测结构性态修正计算模型材料参数修正体系参数修正00.0050.010.0150.02020406080100120X主向层位移角楼层 PAPBPCPD1/1001/50L0259结构力学响应结构损伤结构性态智能感知技术结构响应智能分析技术损伤预测快速计

24、算互为校验模型修正超高层项目基于监测数据与仿真分析的实时结构性能评估及安全运维平台51研究内容监测数据处理展示监测内容监测项目荷载监测地震波加速度风速、风向、风压环境温湿度结构响应监测结构地震响应风振位移、加速度竖向变形结构倾斜不均匀沉降监测关键部位应力、应变结构振型、频率、阻尼比智能感知采集系统集成展示复杂超限工程监测平台信号传输数据处理 基于BIM平台三维展示功能，实现健康监测信息的集成显示，形成健康监测信息展示平台52研究内容结构响应实时分析技术荷载信息输入 -400-300-200-1000100200300400-400-300-200-10001002003004005101520

25、253035结构计算模型实时计算00.0050.010.0150.02020406080100120X主向层位移角楼层 PAPBPCPD1/1001/50L0259响应分析结构分析系统健康监测系统结构响应校核荷载监测响应监测0481216202017-01-132017-02-112017-03-122017-04-102017-05-09应力（MPa）5-HZ1-ST-MR15-HZ3-ST-MR1计算值BIMBase平台 利用平台，实现健康监测与结构分析深度融合，开发结构响应实时分析技术，与物理模型实时校核53研究内容结构损伤识别和状态评估技术监测的超高层建筑损伤定位05101520253

26、035-0.4-0.20.00.20.40.60.8MCCSM楼层号模型驱动数据驱动材料参数修正体系参数修正神经网络方法数据趋势分析局部损伤反演整体性能评估 基于监测数据和数值模型修正的双重驱动，实现损伤快速定位和结构状态快速评估54研究内容基于BIMBase的监测平台开发信息发布决策处置安全预警维护建议结构评估结果移动、桌面多平台覆盖BIMBase平台 融合结构分析技术进行结构状态评估，多端发布评估结果和预警信息55工作进展基于BIMBase超高层结构健康监测理论及技术框架采用位移、加速度、应变等多种传感器设备，智能感知结构整体和局部性态，实现前端数据实时采集传输。智能传感技术基于健康监测系

27、统获取的海量数据，利用神经网络等人工智能方法进行趋势分析和数据挖掘，实时评估结构安全状态。大数据分析建立工程数据库系统为核心的数据管理系统，实现海量监测数据的高效管理和快速处理。数据库技术基于参数化技术建立的结构分析模型，进行结构参数反演和结构响应计算，作为结构安全状态评估的依据。结构分析技术BIM平台作为数据处理、分析、展示中心，实现物理模型与分析模型的深度融合，为复杂超限工程建造及运维阶段健康监测系统赋能。BIM技术56工作进展基于BIMBase的监测平台开发大屏展示监测数据维护（传感器数据的接收、储存和处理）BIM模型管理（依托BIMBase）传感器数据整体模型的展示与维护传感器显示施工

28、进度展示传感器状态后端数据BIM模型数据中心监测预警结构状态评分传感器状态传感器预警信息环境荷载结构响应传感器数据结构数据前端页面平台架构设计57工作进展基于BIMBase的监测平台开发平台开发进展 基于BIMBase平台，超高层试点工程（中海成都超塔）BIM全信息模型及分层模型搭建完成分层BIM模型整体BIM模型58工作进展基于BIMBase的监测平台开发平台开发进展 搭建了基于BIMBase的健康监测平台，实现了结构信息、传感器和监测数据的实时获取与展示信息展示页面数据中心页面59工作进展试点工程中海成都超塔健康监测项目监测内容监测项目荷载监测地震波加速度风速、风向、风压环境温湿度结构响应

29、监测结构地震响应风振位移、加速度竖向变形结构倾斜不均匀沉降监测关键部位应力、应变结构振型、频率、阻尼比监测内容 共设置12类、近400个传感器，对荷载和结构响应进行全面实时监测桩应变计土压力计筏板应变计采集仪巨柱混凝土应变计巨柱钢应变计核心筒钢应变计核心筒混凝土应变计60小结数字化技术助力超高层建筑安全运维 我国既有超高层建筑数量多、体量大，安全运维面临较大挑战 传统的技术手段在应对安全运维存在困难，亟需借助数字化技术将 BIM技术、人工智能技术与结构分析、监测、评估、预警相结合 研发超高层建筑运维平台，融合物理模型与数字模型，实现实时安全状态评估和突发事件的快速反馈 数字化技术将成为保障超高层长期服役安全运维的重要手段，应用前景广阔61建筑业数字化展望第三部分展望 建筑业转向高质量发展，智能设计有利于提升设计效率和设计质量，让设计师更多关注设计，发挥设计在工程建设中的引领作用 智能工地是建筑业数字化、智能化转型的重要手段，通过实时监测管理工地环境、设备和人员等情况，提高工人安全和健康保障 数字化技术将成为结构安全运维的重要手段，应用前景广阔 以数字化平台和BIM技术为支撑，打通工程项目设计、生产、施工、运维数据，助力建筑业高质量发展数字化技术助力建筑业高质量发展63谢谢！THANKS64