基于BIM的施工圖審查系統(tǒng)

鄭 鵬 陳勝男 朱 磊

(北京構(gòu)力科技有限公司深圳分公司，深圳 518000)

2019年3月，國(guó)務(wù)院辦公廳要求改革工程項(xiàng)目審批流程，到2020年底基本建成全國(guó)統(tǒng)一的工程建設(shè)項(xiàng)目審批和管理體系，加快探索取消施工圖審查，實(shí)行告知承諾制和設(shè)計(jì)人員終身責(zé)任制。山西、南京、青島、深圳、廣州等地陸續(xù)出臺(tái)相應(yīng)改革方案，正式取消施工圖審查。隨著我國(guó)城市化進(jìn)展仍在加快，大量工程項(xiàng)目仍然在建，設(shè)計(jì)安全質(zhì)量尤其重要，從源頭把控建筑安全，圖紙審查工作仍然不能放松。目前大部分地區(qū)都是基于二維CAD人工圖紙審查，這種方式暴露出如下問(wèn)題：

(1)審查尺度不一。不同機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家對(duì)規(guī)范條文理解不同，導(dǎo)致對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量把控不一，審查質(zhì)量依靠相關(guān)審圖專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)水平；

(2)審查不全。規(guī)范條文眾多，審查時(shí)間有限依靠人工審查，不可避免會(huì)導(dǎo)致部分條文審查遺漏；

(3)審查效率不高。大量重復(fù)性人工勞動(dòng)，導(dǎo)致審查人員不能把主要精力放在重要條文審查；

(4)政府難以把控。主管部門(mén)無(wú)法及時(shí)獲取施工圖審查過(guò)程中各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，對(duì)施工圖設(shè)計(jì)、審查質(zhì)量的真實(shí)情況難以準(zhǔn)確掌握，監(jiān)管的有效性和時(shí)效性均不能得到保證。

目前國(guó)內(nèi)不少大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)針對(duì)施工圖審查開(kāi)展了大量的研究。清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種基于知識(shí)庫(kù)的IFC模型檢查方法，通過(guò)將IFC模型解析與建模為屬性標(biāo)簽圖，并存儲(chǔ)入圖數(shù)據(jù)庫(kù)，形成了可推理與靈活查詢(xún)的結(jié)構(gòu)化知識(shí)[6]； 華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究了集成運(yùn)用BIM技術(shù)、本體技術(shù)、識(shí)別推理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)BIM施工圖自動(dòng)識(shí)別與審查的可行性，通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)提取，通過(guò)與結(jié)構(gòu)化的規(guī)范條文進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)施工圖中存在的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)從BIM施工圖到審查清單輸出的自動(dòng)化[7]； 芬蘭的 Haartman 醫(yī)院大樓設(shè)計(jì)方利用 BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑工程的模型可視化、質(zhì)量檢查并生成分析報(bào)告； 意大利的 LADI項(xiàng)目設(shè)計(jì)者利用 BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了包括殘障人士專(zhuān)用衛(wèi)生間空間審查、殘障人士專(zhuān)用坡道坡度數(shù)據(jù)審查和防火門(mén)等門(mén)窗的開(kāi)啟方式審查等一系列的復(fù)雜規(guī)范審查工作[5]。這些研究都處于個(gè)別BIM專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域探索工作，若想真正實(shí)現(xiàn)施工圖BIM自動(dòng)審查，還需要有針對(duì)性地對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行體系化研究，結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目測(cè)試及推廣應(yīng)用才能將此技術(shù)真正用于工程實(shí)踐中，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用不斷迭代。

CIM(城市信息模型)平臺(tái)是一種融合了城市各類(lèi)時(shí)空信息的三維有機(jī)模型，主要包含BIM信息模型、IoT物聯(lián)網(wǎng)、GIS地理信息系統(tǒng)。在規(guī)劃報(bào)建、施工圖審查、竣工驗(yàn)收過(guò)程中，通過(guò)CIM平臺(tái)集成各類(lèi)數(shù)據(jù)，保證建設(shè)項(xiàng)目層層管控，數(shù)據(jù)層層傳遞，最終融合成CIM平臺(tái)的細(xì)胞單元，給智慧城市提供數(shù)據(jù)支撐[8]。

1 審查系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 數(shù)據(jù)交付

BIM設(shè)計(jì)軟件種類(lèi)繁多，不同軟件解決不同專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題，因此也誕生了各種不同的數(shù)據(jù)格式，比如市場(chǎng)常見(jiàn)的rvt、IFC、pbims等，因此審查系統(tǒng)首先需要解決不同軟件數(shù)據(jù)問(wèn)題，如果針對(duì)每款BIM軟件都開(kāi)發(fā)相應(yīng)的審查引擎會(huì)存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

(1)BIM軟件以國(guó)外為主，數(shù)據(jù)存在安全不可控的問(wèn)題；

(2)不同軟件開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致研發(fā)工作量巨大，如果軟件版本更新，勢(shì)必所有審查引擎都需要更新，此種方法只能治標(biāo)，不能解決根本問(wèn)題。

為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，需要一個(gè)中間的BIM數(shù)據(jù)來(lái)保證數(shù)據(jù)安全，且滿(mǎn)足審查技術(shù)交付要求。該系統(tǒng)需要針對(duì)市場(chǎng)上常用BIM設(shè)計(jì)軟件(Revit、Bentley、RIB、PKPM等)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)插件，導(dǎo)出中建數(shù)據(jù)格式，同時(shí)滿(mǎn)足審查要求的數(shù)據(jù)。三維施工圖模型數(shù)據(jù)文件如表1所示。

表1 三維施工圖模型數(shù)據(jù)文件

模型數(shù)據(jù)的好壞直接影響到審查的準(zhǔn)確性和完整性，模型數(shù)據(jù)不完整或包含信息不全則可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)審查，需要對(duì)提交的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，主要為以下兩個(gè)部分：

(1)構(gòu)件屬性，如建筑防火分區(qū)、防火門(mén)等；

(2)各專(zhuān)業(yè)全局屬性，如建筑類(lèi)別，耐火等級(jí)等。

1.1.1 建筑模型數(shù)據(jù)要求

根據(jù)建筑審查相關(guān)強(qiáng)制性條文，其中主要涉及建筑整體項(xiàng)目信息及構(gòu)件相關(guān)屬性信息。全局屬性包含：建筑單體信息、建筑單體構(gòu)件集、建筑單體空間區(qū)域信息、樓層信息、建筑人數(shù)、耐火等級(jí)等。構(gòu)件屬性以門(mén)為例，主要包含以下五項(xiàng)：

(1)名稱(chēng)編號(hào)：疏散門(mén)、戶(hù)門(mén)、安全出口、防火門(mén)等；

(2)高度、寬度、底標(biāo)高；

(3)所屬樓層；

(4)開(kāi)啟方向；

(5)防火等級(jí)。

1.1.2 結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)要求

根據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范審查信息要求，結(jié)構(gòu)BIM審查模型數(shù)據(jù)應(yīng)包含以下兩項(xiàng)內(nèi)容：

(1)三維BIM模型及對(duì)應(yīng)計(jì)算分析結(jié)果信息；

(2)二維DWG施工圖紙。

1.1.3 機(jī)電BIM專(zhuān)業(yè)

機(jī)電可量化條文主要為相關(guān)強(qiáng)制計(jì)算條文，模型數(shù)據(jù)需包含給排水、暖通和電氣專(zhuān)業(yè)模型。例如有無(wú)給排水系統(tǒng)、室外消防用水量、室內(nèi)消火栓用水量、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)及設(shè)置場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)等。除模型數(shù)據(jù)外，還應(yīng)包含機(jī)電全局屬性數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 機(jī)電全局屬性數(shù)據(jù)

1.2 規(guī)范條文梳理

針對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、給排水、電氣五大專(zhuān)業(yè)，消防、人防、裝配式、節(jié)能四大專(zhuān)項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行拆解，對(duì)相關(guān)重點(diǎn)條文進(jìn)行梳理，初步篩選出300余條可量化的規(guī)范強(qiáng)制性條文。其中涉及主要設(shè)計(jì)規(guī)范有：

(1)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(2)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》；

(3)《中小學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(4)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(5)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》；

(6)《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》；

(7)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》；

(8)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(9)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(10)《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》；

(11)《汽車(chē)庫(kù)，修車(chē)庫(kù)，停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》；

(12)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》；

(13)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(14)《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(15)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(16)《通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范》。

相關(guān)可量化條文如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》9.2.1條：縱向受力的普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋，其混凝土凈保護(hù)層厚度不應(yīng)小于鋼筋的公稱(chēng)直徑，且應(yīng)符合表9.2.1的規(guī)定。即包含整體模型屬性信息，也包含信息模型中構(gòu)件屬性信息，這些信息都需要再BIM模型中有可量化的表達(dá)。

1.2.1 建筑審查(包含消防部分內(nèi)容)

建筑審查根據(jù)條文審查，主要分為以下五大類(lèi)：

(1)構(gòu)件及區(qū)域?qū)傩詫彶?。例：防火分區(qū)面積是否符合標(biāo)準(zhǔn)；

(2)關(guān)聯(lián)構(gòu)件審查。例：消防機(jī)房間的防火墻耐火極限≥2小時(shí)；

(3)關(guān)聯(lián)構(gòu)件計(jì)算。例：疏散門(mén)到安全出口的距離是否符合標(biāo)準(zhǔn)；

(4)樓層審查(如避難層)。例：避難層的設(shè)置是否正確；

(5)指標(biāo)審查。例：建筑高度、建筑間距是否合規(guī)。

1.2.2 結(jié)構(gòu)審查

結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)主要實(shí)現(xiàn)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》三本規(guī)范中80%可量化條文智能審查。主要包含以下三個(gè)方面：

(1)整體計(jì)算指標(biāo)審查。 如結(jié)構(gòu)位移角、位移比、剛重比、樓層受剪承載力及周期比等是否滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)規(guī)范條文要求；

(2)梁、墻、柱構(gòu)件的規(guī)范審查。 針對(duì)單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行規(guī)范條文審查，如配筋率是否超限、抗剪截面是否滿(mǎn)足等；

(3)構(gòu)件計(jì)算結(jié)果與實(shí)配結(jié)果對(duì)比審查。 通過(guò)二維平法施工圖和計(jì)算配筋簡(jiǎn)圖對(duì)比，判斷設(shè)計(jì)人員配筋過(guò)程中是否存在配筋較小等問(wèn)題。

1.2.3 機(jī)電審查

BIM機(jī)電審查按照重點(diǎn)分為暖通、給排水和電氣等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行審查。平臺(tái)內(nèi)直接進(jìn)行自審，根據(jù)審查結(jié)果可實(shí)時(shí)定位、調(diào)整模型至滿(mǎn)足規(guī)范要求其中三個(gè)專(zhuān)業(yè)涉及的主要規(guī)范條文為：電力系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、建筑照明、排煙系統(tǒng)、防火閥、加壓送風(fēng)系統(tǒng)、消防給水、消火栓、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)等相關(guān)條文。

1.2.4 節(jié)能專(zhuān)項(xiàng)審查

BIM節(jié)能專(zhuān)業(yè)目前參照節(jié)能專(zhuān)項(xiàng)2本規(guī)范，主要針對(duì)建筑的熱工性能指標(biāo)以及可見(jiàn)光、窗墻比，氣密性等。BIM節(jié)能專(zhuān)業(yè)已支持的9條規(guī)范條文審查。節(jié)能審查分為以下幾個(gè)步驟：

(1)BIM平臺(tái)讀取建筑專(zhuān)業(yè)模型；

(2)設(shè)定維護(hù)熱工結(jié)構(gòu)參數(shù)；

(3)根據(jù)模型計(jì)算全樓墻體、屋面、外窗等性能；

(4)出具審查結(jié)果計(jì)算書(shū)。

1.2.5 裝配式專(zhuān)項(xiàng)審查

提交基于BIM的裝配式三維設(shè)計(jì)模型，依據(jù)當(dāng)?shù)匮b配式技術(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)裝配率進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算分值，判斷是否滿(mǎn)足當(dāng)?shù)卣蟆Ｆ渲兄饕婕把b配式專(zhuān)項(xiàng)審查條文為：豎向預(yù)制構(gòu)件占比、裝配率、水平構(gòu)件預(yù)制面積比、項(xiàng)目各分項(xiàng)評(píng)分值等。

1.3 規(guī)范條文拆解與知識(shí)圖譜建立

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采用結(jié)構(gòu)化自然語(yǔ)言拆解為領(lǐng)域規(guī)則庫(kù)。從BIM模型中提取出自動(dòng)語(yǔ)義模型，然后采用審查引擎進(jìn)行規(guī)范檢查并輸出審查結(jié)果。如結(jié)構(gòu)柱審查是否超限，首先需要核對(duì)柱相關(guān)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如：抗震等級(jí)、角柱、剪跨比、計(jì)算配筋值、截面信息、軸壓比及實(shí)配鋼筋值等； 然后結(jié)合相應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震、高規(guī)及混凝土規(guī)范進(jìn)行條文審查，來(lái)判斷是否滿(mǎn)足規(guī)范強(qiáng)制性條文要求。規(guī)范拆解如圖2所示。

圖2 規(guī)范拆解示意圖

1.4 輕量化平臺(tái)展示

為提高審查效率，需要快捷方便地展示審查結(jié)果，輕量化平臺(tái)正好能滿(mǎn)足該需求。該平臺(tái)需要滿(mǎn)足手機(jī)端、網(wǎng)頁(yè)端輕量化模型瀏覽，其中包含平面化表達(dá)、輕量化三維模型表達(dá)、符號(hào)化表達(dá)及實(shí)體鋼筋表達(dá)等多種表達(dá)方式，也可進(jìn)行信息查詢(xún)、空間測(cè)量、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)審查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及模型對(duì)比； 可將二、三維分開(kāi)在多個(gè)屏幕上對(duì)比查看，也可在三維模型下襯二維圖紙對(duì)照及檢查。

1.5 整體技術(shù)路線(xiàn)

首先采用相應(yīng)BIM設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，其次安裝相應(yīng)數(shù)據(jù)插件，然后導(dǎo)出公共數(shù)據(jù)格式(如GDG、XDB數(shù)據(jù))，審查引擎根據(jù)各專(zhuān)業(yè)BIM數(shù)據(jù)結(jié)合規(guī)范進(jìn)行審查。通過(guò)輕量化平臺(tái)對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示，并在網(wǎng)頁(yè)端口顯示三維審查結(jié)果，供審查人員參考。某審查項(xiàng)目技術(shù)框架如圖3所示。

圖3 某審查項(xiàng)目技術(shù)框架

2 項(xiàng)目系統(tǒng)驗(yàn)證及總結(jié)

通過(guò)云審查引擎對(duì)某工業(yè)建筑進(jìn)行三維施工圖規(guī)范審查，審查結(jié)果如圖4所示。

圖4 某工業(yè)建筑審查結(jié)果

主頁(yè)面顯示三維模型，頁(yè)面下端顯示違反強(qiáng)條規(guī)范，左端顯示具體規(guī)范條文，審查人員可以根據(jù)機(jī)器審查意見(jiàn)進(jìn)行判斷或者修改，以此作為審圖意見(jiàn)反饋給設(shè)計(jì)單位。項(xiàng)目通過(guò)審查后，根據(jù)各個(gè)專(zhuān)業(yè)違反強(qiáng)條數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖5所示。

圖5 條文審查統(tǒng)計(jì)

其中結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)違反82條，建筑專(zhuān)業(yè)違反64條，給排水專(zhuān)業(yè)14條，暖通專(zhuān)業(yè)4條，電氣專(zhuān)業(yè)3條。結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)混凝土規(guī)范9.2.1條違反8次，表明該條文在設(shè)計(jì)過(guò)程中容易違反，在審查過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)抽查，有助于提高審圖效率。最后通過(guò)某地應(yīng)用BIM三維施工圖審查系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)已完成審查項(xiàng)目90個(gè)，51個(gè)處于審查過(guò)程中，33個(gè)還未開(kāi)始審查，參與建設(shè)單位90家，設(shè)計(jì)單位99家，審查機(jī)構(gòu)17家，基本包含當(dāng)?shù)馗髦写笮驮O(shè)計(jì)、建設(shè)、審圖單位。該項(xiàng)目驗(yàn)證了BIM審查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維智能審圖是可行的，能夠有助于政府機(jī)構(gòu)從源頭上把控設(shè)計(jì)安全質(zhì)量問(wèn)題。審查項(xiàng)目及單位數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

圖6 審查項(xiàng)目及單位數(shù)統(tǒng)計(jì)

雖然上線(xiàn)項(xiàng)目很多，但是結(jié)合實(shí)際審查過(guò)程還存在以下問(wèn)題：

(1)圖模不一致，很多單位提交的模型屬于翻模圖紙，非正向設(shè)計(jì)；

(2)構(gòu)件屬性缺失，審查在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)于某些構(gòu)件需要集中；

(3)部分條文審查準(zhǔn)確性有待提高；

(4)審查條文數(shù)量不足，占比較??； 現(xiàn)行規(guī)范條文數(shù)量繁多，有些可以量化，有些需要人工來(lái)判斷才能解決；

(5)三維數(shù)字化交付不具有法律效力，審查的結(jié)果不能作為違反強(qiáng)條依據(jù)。

3 總結(jié)與展望

該系統(tǒng)目前雖然還存在一些問(wèn)題，但對(duì)當(dāng)?shù)谺IM的應(yīng)用起到非常明顯推動(dòng)作用。通過(guò)該系統(tǒng)，政府能夠有效監(jiān)管設(shè)計(jì)質(zhì)量，有助于推動(dòng)設(shè)計(jì)單位的BIM正向設(shè)計(jì)。本文從技術(shù)路線(xiàn)、項(xiàng)目測(cè)試、系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)方面進(jìn)行介紹，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證該系統(tǒng)的可行性，然而仍有以下幾個(gè)方面問(wèn)題急需解決：

(1)施工圖審查條文數(shù)量眾多，通過(guò)原始方式人工拆解存在工作量巨大，且規(guī)范存在更新迭代過(guò)程，引入AI技術(shù)，對(duì)規(guī)范條文進(jìn)行智能拆解，也是今后研究重點(diǎn)方向之一；

(2)規(guī)范很多條文來(lái)自于二維圖紙如設(shè)計(jì)說(shuō)明、消防設(shè)計(jì)專(zhuān)篇等，如何識(shí)別二維文字，智能融入三維BIM模型，實(shí)現(xiàn)二三維聯(lián)合審查，極大提高審查準(zhǔn)確性及條文數(shù)量；

(3)從某個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域出發(fā)，如消防或者結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)，做到強(qiáng)制條文全覆蓋，徹底實(shí)現(xiàn)某專(zhuān)業(yè)機(jī)器智能審查，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破。

三維施工圖數(shù)字審查有助于推動(dòng)BIM應(yīng)用及正向設(shè)計(jì)，推動(dòng)施工圖審查業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，推進(jìn)BIM審查系統(tǒng)在全專(zhuān)業(yè)、全領(lǐng)域、全流程落地應(yīng)用，系統(tǒng)還要繼續(xù)完善水、暖、電、人防、節(jié)能、裝配式建筑等審查內(nèi)容。引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，可將審查意見(jiàn)等重要信息記入BIM智能審查鏈，確保審查的公平、公正。針對(duì)不可量化的規(guī)范條文，采用知識(shí)圖譜和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工智能審查，最終將審查模型和審查大數(shù)據(jù)資產(chǎn)載入CIM平臺(tái)。該系統(tǒng)為全面提升項(xiàng)目報(bào)建審批數(shù)字化、信息化和智能化水平，為智慧城市管理奠定了基礎(chǔ)。