馮川川 聶永明 馮川 雷蕾 顧宏曄 吳自成

(1.北京構(gòu)力科技有限公司，2.中建研科技股份有限公司)

2018 年5 月國務(wù)院辦公廳《關(guān)于開展工程建設(shè)項目審批制度改革試點的通知》，對工程建設(shè)項目審批制度進行全流程、全覆蓋改革，努力構(gòu)建科學(xué)、便捷、高效的工程建設(shè)項目審批和管理體系，確立北京市、天津市、上海市、重慶市、沈陽市、大連市、南京市、廈門市、武漢市、廣州市、深圳市、成都市、貴陽市、渭南市、延安市和浙江省為試點地區(qū)。2020年6月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于開展城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺建設(shè)的指導(dǎo)意見》，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工信部、中央網(wǎng)信辦聯(lián)合推進部省市三級CIM 基礎(chǔ)平臺建設(shè)應(yīng)用與自主可控BIM 等軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展互促共進，支撐工程建設(shè)項目BIM報建及計算機輔助審批，建立完備的信息安全和數(shù)據(jù)保密管理體系，實現(xiàn)CIM 基礎(chǔ)平臺與各信息平臺數(shù)據(jù)融合。

1.行業(yè)背景

2022 年1 月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，其中明確提出：“強化施工圖審查作用，全面推廣數(shù)字化審查，探索推進 BIM 審查和人工智能審查”。率先在廣州、廈門、南京、雄安新區(qū)、北京城市副中心開展運用BIM 系統(tǒng)進行工程建設(shè)項目審查審批和城市信息模型平臺建設(shè)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、審批流程和管理規(guī)范，完成電子化工程建設(shè)項目的報建和審查，初步實現(xiàn)BIM 模型數(shù)據(jù)的智能審查。

2.工程項目審查狀況

全國各級政府都在積極推進工程建設(shè)項目審批制度的改革，主要原因在于現(xiàn)階段建設(shè)項目審批各參與方存在各類問題。

政府主管部門和審查單位面臨審查任務(wù)量大、時間緊、引入BIM 技術(shù)后人工審查困難；各專業(yè)審查指標(biāo)眾多、計算復(fù)雜、工作量大；各地審查人員尺度不一、規(guī)范理解不同，導(dǎo)致政府統(tǒng)一監(jiān)管困難；BIM 模型交付標(biāo)準(zhǔn)和審查平臺不完善，導(dǎo)致BIM 成果數(shù)據(jù)孤島。

設(shè)計單位同樣面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，隨著項目任務(wù)量加重、設(shè)計周期一再縮短，作圖時間緊張，常規(guī)校審流程無法保證，項目設(shè)計成果難免忙中出錯，甚至留下安全隱患（如圖1）。

圖1 行業(yè)各參與方工程審查痛點

3.解決方案

智能審查有著高效、精準(zhǔn)、全面等先進優(yōu)勢，利用AI智能識別圖紙模型進行全面審查，實現(xiàn)問題精準(zhǔn)定位，支持國家強條智能審查，審圖結(jié)果在線校驗，自動生成審圖結(jié)果。突破經(jīng)驗限制，解放審圖人力，大幅降低圖紙審查成本，助力設(shè)計質(zhì)量提升。

實現(xiàn)智能審查需要兩個基本能力，教會機器“識圖”和“懂規(guī)則”。一方面計算機可以從圖紙和模型中識別和提取到設(shè)計信息；另一方面計算機對規(guī)范條文進行語義分析和訓(xùn)練人工智能，建立審查程序，利用程序?qū)δＰ托畔⑦M行檢查，對成果可以三維可視化展示（如圖2）。

圖2 智能審查技術(shù)路線

智能審圖和人工審圖相比有巨大優(yōu)勢。機器擅長識別，“審圖”的基礎(chǔ)是“識圖”，能準(zhǔn)確識別各種各樣的圖紙模型、提取其中的設(shè)計信息，是智能審圖的前提。機器強大的學(xué)習(xí)能力，把多年來沉淀下來的設(shè)計缺陷案例算法和圖紙審查數(shù)據(jù)輸入到機器中，讓它“持續(xù)學(xué)習(xí)”，AI 就能在審圖時發(fā)現(xiàn)到這些問題。在AI 審圖的背后，是對大數(shù)據(jù)有著極大“饑餓感”的機器學(xué)習(xí)模型，數(shù)據(jù)就像養(yǎng)料，可以讓算法越來越聰明。

通過人工智能語言將規(guī)范進行標(biāo)注與解析，結(jié)合智能決策算法，通過合理的定義規(guī)則關(guān)系，抽取同類規(guī)則，結(jié)合范式方法和學(xué)習(xí)方法，對定量和定性規(guī)則采取不同的處理方案，兼顧效率和準(zhǔn)確性。遵循以下的設(shè)計邏輯：通過模塊化編程，實現(xiàn)邏輯抽??；通過對邏輯關(guān)系的抽象定義，開發(fā)不同的功能模塊函數(shù)庫；通過函數(shù)復(fù)合，實現(xiàn)復(fù)雜關(guān)系的理解（如圖3）。

圖3 規(guī)范條文解析成機器語言

通過圖形算法可部分實現(xiàn)規(guī)范條文的智能審查，機器不可審條文通過人工審查協(xié)同完成，綜合提高審查效率。如：建筑設(shè)計防火規(guī)范中的疏散門間距、疏散距離、樓梯間屬性等條文，在人工審查時需要逐層逐個房間、疏散門進行審查，耗費時間長。通過計算機智能審查，可以在短時間內(nèi)對每層每個房間每個點進行疏散距離審查、疏散門間距進行審查等，審查更加精細(xì)化，同類問題實現(xiàn)一次告知（如圖4）。

圖4 三維模型的疏散距離智能審查

對于具體的某項內(nèi)容的規(guī)定，智能審查可以將各類特殊情況窮舉，做到極致，如走道凈寬的審查，各種復(fù)雜圖形可以精確計算（如圖5）。

圖5 各種情況復(fù)雜圖形凈寬算法

（1）面與面：兩個墻面之間距離(P1)。

（2）端點到面：柱子到墻面(P2)。

（3）端點到端點：柱子棱角到墻角距離(P3；P4)。

（4）輪廓到面：柱子輪廓到墻面距離(P5)。

（5）輪廓到端：圓形柱子到墻角距離(P6)。

（6）復(fù)合空間：P 字形走道、走道與空間直連(P7；P8)。

4.BIM 智能審查建設(shè)情況

中國建筑科學(xué)研究院自1988 年創(chuàng)立PKPM 軟件品牌，發(fā)展為擁有關(guān)鍵核心技術(shù)，我國建筑設(shè)計行業(yè)龍頭軟件企業(yè)，積極拓展新加坡等國外市場。始終把服務(wù)公益事業(yè)、推進行業(yè)技術(shù)進步作為己任，致力于解決我國工程建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，真正成為中國建筑業(yè)科技發(fā)展的引領(lǐng)者。

構(gòu)力科技秉承中國建研院使命愿景，聚焦“綠色化”“工業(yè)化”“信息化”“數(shù)字化”“智慧化”方向，打造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品和整體解決方案，致力于成為建設(shè)行業(yè)軟件與信息化發(fā)展的引領(lǐng)者。

積極承擔(dān)解決建筑行業(yè)“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)“BIM 平臺”的自主研發(fā)，打造自主知識產(chǎn)權(quán)的PKPM-BIM 平臺，成為建筑行業(yè)國產(chǎn)BIM 二次開發(fā)平臺，建立我國自主BIM 的軟件生態(tài)?；谧灾鰾IM 平臺推出PKPM-BIM 全專業(yè)協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)、裝配式建筑全流程集成應(yīng)用系統(tǒng)、BIM 報建審批系統(tǒng)、智慧城區(qū)管理系統(tǒng)等BIM 全產(chǎn)業(yè)鏈整體解決方案，助力我國建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與升級。

近三年在全國十幾個地市參與建設(shè)BIM 智能審查平臺，累計已有3000 多個工程項目完成了BIM 審查。通過BIM模型規(guī)范的智能審查，提升建筑設(shè)計質(zhì)量，減少返工的次數(shù)，縮短審批時間。同時提升了建筑行業(yè)的BIM 應(yīng)用（如圖6）。

圖6 全國BIM 報建智能審查建設(shè)情況

5.二維智能審查應(yīng)用案例

考慮CAD 圖紙依然是當(dāng)前設(shè)計行業(yè)法定有效設(shè)計成果，設(shè)計師在圖紙中表達(dá)所有設(shè)計信息，保證項目圖紙文件的數(shù)據(jù)完整。而BIM 模型由于缺乏法律依據(jù)，且當(dāng)前圖模不一致的問題難以解決，模型審出問題的有效性低，推廣落地BIM 模型審查難度較大。在此背景下，研究人工智能技術(shù)基于CAD 二維施工圖審查應(yīng)用，具備更高的可行性和行業(yè)效益。

中國建研院基于BIM 審查的技術(shù)積累和應(yīng)用實踐，以及PKPM 結(jié)構(gòu)軟件多年的市場打磨和人工智能等新技術(shù)的引進，開發(fā)的PKPM-AIChecker 軟件，基于CAD 實現(xiàn)全專業(yè)施工圖智能審查。產(chǎn)品為CAD 端插件，主要面向設(shè)計企業(yè)與審圖單位。可快速審查施工圖圖紙是否滿足規(guī)范中高頻、核心審查條文，約10 分鐘內(nèi)完成一棟單體圖紙審查。目前已實現(xiàn)智能審查的條文有建筑87 條、結(jié)構(gòu)99 條、給排水20 條。推出以來，已有近百個項目利用軟件進行了智能審查，提高了設(shè)計校審質(zhì)量。

以下列舉各專業(yè)核心條文的審查案例：

5.1 受力鋼筋配筋率——《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55008-2021 4.4.8

規(guī)范4.4.8 第2 款規(guī)定：建筑混凝土框架梁的縱向受拉鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于規(guī)定的最小值。

某框架二層梁配筋圖：對數(shù)百道框架梁的配筋進行智能審查，檢查出KL25 第2 跨，KL35 第2 跨，KL47 第2 跨受拉鋼筋配筋率不滿足最小配筋率要求，點擊審查結(jié)果可以快速定位，并實時修改。

審查結(jié)果同時給出不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50010-2010（2015 年版）第9.2.1 條縱筋凈距要求、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010（2016 年版）6.3.1 條框架梁截面規(guī)定、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010（2016 年版）6.3.4 條箍筋加密區(qū)肢距規(guī)定（如圖7）。

圖7 混凝土結(jié)構(gòu)配筋審查實例

5.2 鋼結(jié)構(gòu)截面校對——《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55006-2021

根據(jù)結(jié)構(gòu)計算模型和平面施工圖，通過智能審查軟件，可快速對比圖紙上構(gòu)件截面與模型中對應(yīng)截面是否一致，雙擊意見可定位具體構(gòu)件，方便查看。當(dāng)前圖紙修改后，可實時點擊一鍵校審再次審查，保證鋼結(jié)構(gòu)計算與施工圖實際設(shè)計截面的統(tǒng)一（如圖8）。

圖8 鋼結(jié)構(gòu)截面審查實例

5.3 前室尺寸——《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018 年版）7.3.5

規(guī)范7.3.5 第2 款規(guī)定：“前室的使用面積不應(yīng)小于6.0m2，前室的短邊不應(yīng)小于2.4m?！?/p>

浙江某住宅項目：對消防電梯前室的使用面積和短邊尺寸進行智能審查，圖紙共審查8 個對象，通過5 個，不通過3 個。其中3 層、4 層、5 層消防電梯前室短邊尺寸為2.3m，不滿足應(yīng)不小于2.4m 的要求（如圖9）。

圖9 建筑消防對前室尺寸審查實例

5.4 防火門屬性——《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018 年版）6.4.3

規(guī)范6.4.3 第2 款規(guī)定：“疏散走道通向前室以及前室通向樓梯間的門應(yīng)采用乙級防火門?！?/p>

上海某住宅項目：對疏散走道、前室、樓梯間的門進行了審查，圖紙共審查210 個對象，通過184 個，不通過26 個。其中2～27 層公共走道通向前室的門未采用乙級防火門，不滿足規(guī)范要求（如圖10）。

圖10 建筑消防對防火門屬性審查實例

5.5 安全出口——《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018 年版）5.5.25

規(guī)范5.5.25 第2 款規(guī)定：“建筑高度大于27m、不大于54m 的建筑，當(dāng)每個單元任一層的建筑面積大于650m2，或任一戶門至最近安全出口的距離大于10m 時，每個單元每層的安全出口不應(yīng)少于2 個。”

河北某住宅項目：對每層的安全出口進行了審查，圖紙共審查64 個對象，通過62 個，不通過2 個。其中首層每個單元有戶門至最近安全出口距離大于10m，未按要求設(shè)置2 個安全出口，不滿足規(guī)范要求（如圖11）。

圖11 建筑消防對安全出口審查實例

5.6 防火間距——《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018 年版）6.2.5

規(guī)范6.2.5 規(guī)定：住宅建筑外墻上相鄰戶開口之間的墻體寬度不應(yīng)小于1.0m；小于1.0m 時，應(yīng)在開口之間設(shè)置突出外墻不小于0.6m 的隔板。

北京某住宅項目，對每層平面圖中相鄰戶型窗間墻寬度進行了審查，圖紙共審查24 個對象，通過12 個，不通過12 個。其中每層A2 戶型與A3 戶型相鄰戶開口之間的墻體寬度為0.2m，不滿足規(guī)范要求的1.0m，且未設(shè)置隔板（如圖12）。

圖12 建筑消防對防火間距審查實例

5.7 消火栓布置審查——《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB 50974-2014 7.4.6

該項目中，審查出戶型中存在最不利點未被2 股充實水柱保護到，不符合規(guī)范要求（如圖13）。

圖13 建筑消防對消火栓布置審查實例

5.8 疏散距離審查——《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018 年版）5.5.17 和5.5.29

該項目中，審查每個房間的疏散距離并顯示疏散路徑，提示不滿足的房間（如圖14）。

圖14 建筑消防對疏散距離審查實例

6.價值和展望

傳統(tǒng)的施工圖審查工作中存在很多諸如檢查數(shù)量、尺寸等重復(fù)量性勞動，這部分工作技術(shù)含量低、耗時多，直接影響審查效率和質(zhì)量。智能審圖系統(tǒng)有助于將審查專家精力放在技術(shù)含量更高的審查工作中，從而降低人力資源成本、緩解企業(yè)和政府的經(jīng)濟壓力，避免因設(shè)計疏漏帶來的工程質(zhì)量問題。

長遠(yuǎn)來看，機器在智能審圖過程中積累下來的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，為項目數(shù)據(jù)的自動錄入、圖紙模型的自動管理等延展應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，備案后的成果可納入CIM 平臺，構(gòu)建智慧園區(qū)、數(shù)字孿生體等城市公共數(shù)據(jù)底座，完成由BIM 到CIM 的周期循環(huán)。同時，智能審查系統(tǒng)積累的設(shè)計大數(shù)據(jù)可以進一步為建筑項目的節(jié)能設(shè)計、綠色建筑群設(shè)計、建筑材料需求控制和比例分析，引領(lǐng)我國城市化建設(shè)發(fā)展更具現(xiàn)代化、多元化和科技化。