余宏亮， 程嗣睿， 王春宵， 魏 然， 張 弛

(1. 武漢科技大學(xué) 服務(wù)科學(xué)與工程研究中心， 湖北 武漢 430081； 2. 華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430074； 3. 武漢市建設(shè)工程設(shè)計(jì)審查辦公室， 湖北 武漢 430040)

建設(shè)工程施工圖設(shè)計(jì)文件審查作為提升勘查設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要手段，從2000年起以制度形式運(yùn)行了17年?？辈樵O(shè)計(jì)單位、圖審機(jī)構(gòu)、政府建設(shè)主管部門依據(jù)《房屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施工程施工圖設(shè)計(jì)文件審查管理辦法》的規(guī)定，以CAD軟件繪制的施工圖紙為載體，實(shí)現(xiàn)圖紙的生產(chǎn)、審查、監(jiān)管工作。2013年以后，我國(guó)住建部相繼頒布了《關(guān)于征求關(guān)于推薦BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》(2013)、《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》(2014)、《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型的指導(dǎo)意見》(2015)、《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》(2016)等一系列文件，推動(dòng)BIM(Building Information Modeling)技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，北京、上海、廣州等地也出臺(tái)相應(yīng)配套文件，要求在建筑設(shè)計(jì)中交付BIM模型作為工程設(shè)計(jì)成果。在以BIM設(shè)計(jì)模型為核心交付設(shè)計(jì)成果情景下，如何進(jìn)行設(shè)計(jì)成果審查將是圖審機(jī)構(gòu)和政府建設(shè)主管部門面臨的挑戰(zhàn)，二維紙質(zhì)或電子化的工程圖審查環(huán)境下積累的審查技術(shù)要點(diǎn)、方法流程是否還適合BIM設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)單位提交的BIM設(shè)計(jì)模型是否滿足技術(shù)審查的要求，都是我們需要研究的課題。

國(guó)外對(duì)于建設(shè)工程施工圖設(shè)計(jì)審查信息化的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是研發(fā)了若干實(shí)用性或?qū)嶒?yàn)性的審查平臺(tái)[1]，如新加坡電子政府系統(tǒng)CORENET子項(xiàng)目e-PlanCheck電子審查系統(tǒng)、挪威Statsbygg設(shè)計(jì)規(guī)則審查系統(tǒng)、澳大利亞EDM自動(dòng)審查軟件平臺(tái)、美國(guó)國(guó)際規(guī)范委員會(huì)(International Code Council，ICC)SMARTcodes平臺(tái)；二是針對(duì)部分建筑功能設(shè)計(jì)(如防火、消防等)進(jìn)行自動(dòng)審查，如Balaban等[2]針對(duì)部分代表性規(guī)范條文研究了防火通道設(shè)計(jì)合規(guī)性審查的實(shí)現(xiàn)方法；Choi等[3]對(duì)高層、復(fù)雜建筑在疏散通道設(shè)計(jì)合規(guī)性自動(dòng)審查方面的可行性進(jìn)行了研究；Malsane等[4]通過分析英國(guó)相關(guān)規(guī)范條文的特點(diǎn)，針對(duì)住宅防火規(guī)范條文提出了在BIM上實(shí)現(xiàn)建筑信息表達(dá)優(yōu)化的方法。國(guó)內(nèi)的研究集中在施工圖審圖業(yè)務(wù)的流程管理[5]和針對(duì)二維CAD圖紙的數(shù)字化審圖[6,7]。盧春峰等[8]提出基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)文件審查要點(diǎn)以及BIM審查模式下可能面臨模型輕量化、規(guī)范自動(dòng)化智能檢查、數(shù)字認(rèn)證和加密等問題。檢索文獻(xiàn)表明基于BIM模型的智能審查方法和信息系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外還少見報(bào)道。

本課題組研究如何利用信息技術(shù)對(duì)BIM設(shè)計(jì)模型為載體的建設(shè)工程設(shè)計(jì)成果進(jìn)行智能審查：即輸入BIM設(shè)計(jì)模型和必要的設(shè)計(jì)資料，在后臺(tái)規(guī)則庫、知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫支持下，利用推理機(jī)實(shí)現(xiàn)智能審查，輸出審查報(bào)告。在研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位交付的BIM設(shè)計(jì)模型不滿足設(shè)計(jì)文件審查的要求，也就是說模型設(shè)計(jì)精細(xì)度(Level of Design，LOD)不夠，我們參照國(guó)內(nèi)外BIM交付標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合中國(guó)建設(shè)工程設(shè)計(jì)文件審查的具體要求，提出如何構(gòu)建精細(xì)度滿足審查要求的BIM設(shè)計(jì)模型。

1 國(guó)內(nèi)外典型BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)的不足

1.1 美國(guó)LOD規(guī)范

《美國(guó)BIM模型發(fā)展程度規(guī)范》(Level of Development Specification[9]，LOD規(guī)范)是根據(jù)美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)(American Institute of Architects，AIA)的E202號(hào)文件而來。文件中以LOD來指稱BIM模型中的模型構(gòu)件(Element)在項(xiàng)目生命周期的不同階段中所預(yù)期的完整度，并定義了從LOD100～LOD500的五種LOD。這也是一直以來被廣為引用說明建筑信息模型內(nèi)容細(xì)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)。但是E202號(hào)文件中并沒有提出明確的、實(shí)質(zhì)性的模型構(gòu)件LOD定義。為了能更明確化對(duì)BIM模型的內(nèi)容與細(xì)節(jié)加以定義，以利用模型交付及應(yīng)用于跨專業(yè)、跨生命周期的共同作業(yè)，美國(guó)綜合營(yíng)造公會(huì)(Association of General Contractors，AGC)的BIM Forum工作小組從2011年開始，便于AIA合作發(fā)展LOD規(guī)范，將組成各個(gè)建筑系統(tǒng)的構(gòu)件的LOD更詳細(xì)地定義出來。此規(guī)范最大的精度LOD 500所包含的信息量仍然較少，并且表述模糊，無法滿足審查要求。以樓梯為例，只提出了裝修時(shí)的細(xì)部組件或材料需要標(biāo)明，但沒有給定需要標(biāo)明哪些具體信息，例如安裝位置，組件型號(hào)等，并且未說明樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要提供哪些數(shù)據(jù)。該規(guī)范是按照分部分項(xiàng)施工工序分類的，比如室內(nèi)構(gòu)造，室內(nèi)裝修等。

1.2 我國(guó)《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》

由中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院主編的GB/T50XXX-20XX《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》[10](下文簡(jiǎn)稱《交付標(biāo)準(zhǔn)》)已于2017年4月通過審查，于近期發(fā)布。此標(biāo)準(zhǔn)旨在完成BIM設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)的建立、傳遞和解讀，各專業(yè)之間的協(xié)同，工程設(shè)計(jì)參與各方的協(xié)作及設(shè)計(jì)質(zhì)量管控?！督桓稑?biāo)準(zhǔn)》5.2.2條規(guī)定建筑工程信息模型精細(xì)度(由信息粒度和建模精度組成)分為四個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)LOD100～LOD400。其中施工圖設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的模型精細(xì)度為L(zhǎng)OD300級(jí)精細(xì)度。5.3.1條規(guī)定建筑工程信息模型信息粒度應(yīng)由建筑基本信息系統(tǒng)、建筑屬性信息系統(tǒng)、建筑外圍護(hù)信息系統(tǒng)、建筑水系統(tǒng)設(shè)備信息系統(tǒng)、建筑電氣系統(tǒng)信息系統(tǒng)、建筑暖通信息系統(tǒng)等組成，《交付標(biāo)準(zhǔn)》5.3.3～5.3.10條僅規(guī)定了幾十項(xiàng)必需的屬性來反映信息粒度，這些信息不足以支撐施工圖審查的技術(shù)要求。5.4節(jié)建模精度規(guī)定了LOD100～LOD400模型精細(xì)度下BIM模型各類構(gòu)件的建模精度。以樓梯構(gòu)件為例，5.4.3條規(guī)定在LOD300建模精度下，樓梯應(yīng)建模，并應(yīng)輸入構(gòu)造層次信息；平臺(tái)板可用樓板替代，但應(yīng)在“類型”屬性中注明“樓梯平臺(tái)板”。而我們?cè)趯?duì)BIM設(shè)計(jì)模型樓梯構(gòu)件進(jìn)行合規(guī)性審查時(shí)發(fā)現(xiàn)，BIM設(shè)計(jì)模型中欠缺若干屬性信息(見表1)，以至于無法完成全部審查任務(wù)。

表1 BIM設(shè)計(jì)模型樓梯構(gòu)件合規(guī)性審查規(guī)則

2 面向智能審查的BIM設(shè)計(jì)模型精細(xì)度要求

上文所述《交付標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)BIM設(shè)計(jì)模型的交付要求主要考慮各專業(yè)在設(shè)計(jì)階段如何協(xié)調(diào)，BIM模型中的信息如何應(yīng)用于工程造價(jià)和施工管理。對(duì)于合規(guī)性審查，由于涉及的規(guī)范條文數(shù)目眾多，《交付標(biāo)準(zhǔn)》不可能細(xì)化覆蓋所有強(qiáng)制性條文。因此，為了使交付的BIM設(shè)計(jì)模型能滿足智能審查的要求，我們對(duì)BIM設(shè)計(jì)模型的精細(xì)度(包含信息粒度和建模精度)提出了具體要求。

建設(shè)工程設(shè)計(jì)成果智能審查是讓計(jì)算機(jī)既能理解BIM設(shè)計(jì)模型，也能理解規(guī)范條文。因此，我們需對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等專業(yè)的規(guī)范條文進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，一般采用IF...THEN語句進(jìn)行描述，這些結(jié)構(gòu)化的規(guī)范條文形成了審查規(guī)則，審查規(guī)則中包含了必要的審查屬性(如梯段凈寬，平臺(tái)凈高等)，因此要求BIM設(shè)計(jì)模型中至少需要包含這些屬性信息，也就是說對(duì)BIM設(shè)計(jì)模型的精細(xì)度提出了具體要求。然后，我們比照審查規(guī)則，檢查BIM設(shè)計(jì)模型(達(dá)到LOD300精細(xì)度)中相應(yīng)的構(gòu)件屬性是否能獲得，如果無法直接或間接獲得，本條審查規(guī)則就無法執(zhí)行，必須補(bǔ)充屬性，提高模型精細(xì)度。表2列出了需提升模型精細(xì)度的例子。

表2 結(jié)構(gòu)化條文與BIM設(shè)計(jì)模型精細(xì)度要求

3 提升BIM設(shè)計(jì)模型精細(xì)度的方法

由前文所述，設(shè)計(jì)單位交付的BIM設(shè)計(jì)模型之所以不滿足智能審查的要求，是由于模型中缺乏一些構(gòu)件屬性，這些欠缺技術(shù)參數(shù)直接影響審查規(guī)則的判定。要使BIM模型精細(xì)度滿足智能審查要求，需要建模設(shè)計(jì)師和軟件系統(tǒng)開發(fā)人員共同努力，在深刻理解審查技術(shù)規(guī)范和BIM設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上，通過整體規(guī)劃，在盡可能不改變建筑師BIM建模工作內(nèi)容條件下，由軟件系統(tǒng)開發(fā)人員設(shè)計(jì)多種不同的屬性獲取方式，從現(xiàn)有的模型數(shù)據(jù)中挖掘?qū)彶閷傩?，以滿足BIM設(shè)計(jì)模型精細(xì)度要求，同時(shí)也需由建筑師補(bǔ)充必要的構(gòu)件屬性，以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)成果智能審查系統(tǒng)運(yùn)行的需要。

3.1 將專業(yè)相關(guān)整體信息錄入EXCEL表格

《交付標(biāo)準(zhǔn)》5.3.1條規(guī)定建筑工程信息模型信息粒度由若干專業(yè)信息系統(tǒng)構(gòu)成，其內(nèi)容涵蓋建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、暖通設(shè)計(jì)等專業(yè)總說明中的重要信息。我們可以每個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)一張EXCEL表格，將表格鏈接到BIM設(shè)計(jì)模型，計(jì)算機(jī)通過讀取EXCEL表格就可獲得BIM設(shè)計(jì)模型中無法讀取的整體信息。表3為建筑設(shè)計(jì)專業(yè)整體信息表(部分內(nèi)容)。

表3 建筑設(shè)計(jì)專業(yè)整體信息表(部分內(nèi)容)

3.2 運(yùn)用各類計(jì)算方法間接獲取屬性值

計(jì)算機(jī)讀取BIM設(shè)計(jì)模型時(shí)，會(huì)遇到一些無法直接獲取的構(gòu)件屬性值，但某些屬性值可以通過計(jì)算獲得。我們根據(jù)計(jì)算的難易程度分為以下三類。

(1)簡(jiǎn)單算術(shù)計(jì)算

通過計(jì)算機(jī)讀取BIM設(shè)計(jì)模型直接獲取構(gòu)件的若干屬性值，通過簡(jiǎn)單的算術(shù)計(jì)算，能間接獲得其他屬性值。例如：JGJ 39-87《托兒所、幼兒園建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》3.6.5條 “樓梯欄桿垂直線飾間的凈距不應(yīng)大于0.11 m” 。BIM設(shè)計(jì)模型中可以直接讀取“欄桿間距” “欄桿直徑”屬性值(如圖1所示)，那么我們由垂直欄桿間凈距=欄桿間距-欄桿直徑，間接得到“垂直欄桿間凈距”的屬性值。

圖1 從BIM模型中讀取“欄桿間距”“欄桿直徑”屬性值

(2)空間幾何信息計(jì)算

某些審查規(guī)范條文中所需的屬性值不能在BIM設(shè)計(jì)模型中直接獲得，也不能通過簡(jiǎn)單算術(shù)運(yùn)算得到，這類值需通過空間幾何信息計(jì)算獲得。例如：GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》5.5.17條 “直通疏散走道的房間疏散門至最近安全出口的直線距離不應(yīng)大于表5.5.17的規(guī)定” 。BIM模型中沒有“直線距離”這一屬性值，需要設(shè)計(jì)算法來獲得。如圖2所示，為得到幾個(gè)門之間的直線距離，設(shè)計(jì)如下算法：

圖2 房間疏散門至最近安全出口的直線距離判定/mm

1)將兩門底部中點(diǎn)(坐標(biāo)為x1,y1,z1;x2,y2,z2)所構(gòu)成的直線與門高組成平面，再將面內(nèi)所有點(diǎn)的坐標(biāo)與構(gòu)件包含點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)(注：采用構(gòu)建平面而不是直線的方式檢查有無障礙，是為了防止因構(gòu)建表面預(yù)留有門窗洞口，構(gòu)建直線可能恰好穿過洞口，不產(chǎn)生坐標(biāo)重合，導(dǎo)致障礙判斷錯(cuò)誤，而構(gòu)建平面則可以避免此類情況發(fā)生)；

3.3 運(yùn)用智能推理獲取屬性值

GB 50096-2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》6.6.1規(guī)定 “七層及七層以上的住宅，應(yīng)對(duì)下列部位進(jìn)行無障礙設(shè)計(jì)：1 建筑入口；2 入口平臺(tái)；3 候梯廳；4 公共走道”，其中“建筑入口”這個(gè)屬性在BIM設(shè)計(jì)模型中無法取得。而我們知道專業(yè)人員在觀察BIM模型時(shí)，是在有足夠的知識(shí)儲(chǔ)備前提下進(jìn)行的，有許多常識(shí)性的認(rèn)識(shí)。如圖3，建筑師和技術(shù)規(guī)范審查人員都輕易判別這個(gè)建筑有兩個(gè)“建筑入口”這是常識(shí)。我們不能要求建造師在做BIM建模時(shí)，在每個(gè)建筑入口處都標(biāo)注，這即不合建筑師的工作習(xí)慣，也增加了不必要的工作量。而在計(jì)算機(jī)檢索BIM模型時(shí)，“建筑入口”僅僅是一個(gè)普通洞口，怎樣讓計(jì)算機(jī)具有一定智能，也能識(shí)別它。我們需要根據(jù)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)若干規(guī)則進(jìn)行判斷。以民用住宅建筑、辦公樓為例，我們推理的路徑是：(1)確定建筑結(jié)構(gòu)類型，分兩種情況：1)沒有架空層；2)首層為架空層。(2)根據(jù)建筑類型，若為情況1)，則判定首層功能屬性為“外部”的門為“建筑入口”；若為情況2)，則判定二層功能屬性為“外部”的門為“建筑入口”。

圖3 建筑物出入口判定

3.4 在BIM設(shè)計(jì)模型中增加屬性值

BIM設(shè)計(jì)模型中存在一些既無法獲取也不能通過間接計(jì)算得到的屬性，我們只能通過在對(duì)應(yīng)構(gòu)件屬性欄中添加“字段”，預(yù)設(shè)字段值，再通過建模人員手動(dòng)添加的方式來表征該屬性，在IFC(Industry Foundation Classes)格式文件中這些添加的字段會(huì)完整地呈現(xiàn)，從而保證添加的字段值與相關(guān)的屬性進(jìn)行對(duì)應(yīng)。為了不增加BIM建模人員工作量，需將人工添加的屬性數(shù)量降低到最低，同時(shí)通過對(duì)添加字段的典型取值進(jìn)行預(yù)設(shè)，以人工手動(dòng)選擇為主，進(jìn)一步降低手動(dòng)輸入的工作量。表4列舉了部分需添加的屬性。

表4 BIM設(shè)計(jì)模型中需添加的屬性(部分內(nèi)容)

4 結(jié) 語

面向建設(shè)工程設(shè)計(jì)成果智能審查系統(tǒng)必需依賴后臺(tái)的判定規(guī)則，結(jié)構(gòu)化的規(guī)范條文采用IF...THEN語句構(gòu)成判定規(guī)則集合。BIM設(shè)計(jì)模型必須提供判定規(guī)則運(yùn)行所需要的屬性值。本文從這個(gè)邏輯出發(fā)，提出BIM設(shè)計(jì)模型精細(xì)度要求，從將專業(yè)相關(guān)整體信息鏈接到模型，運(yùn)用各類計(jì)算方法間接獲取屬性值，運(yùn)用智能推理獲取屬性值，模型上增加屬性值四個(gè)方面提升BIM設(shè)計(jì)模型的精細(xì)度，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，可使BIM模型精細(xì)度提升至滿足智能審查要求的水平。需進(jìn)一步的研究工作包括：拓展研究范圍，考察更多建筑構(gòu)件對(duì)此方法的適用性，以及規(guī)范條文的屬性字段抽取和判定規(guī)則的自動(dòng)生成，BIM設(shè)計(jì)模型中屬性智能獲取算法改進(jìn)，BIM交付成果審查應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等。