BIM模型智能审查技术研究与城市轨道交通工程应用*

高乐财，王国光，曾派永，曾 敏，赵修艮

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江华东工程数字技术有限公司，浙江 杭州311122；3.浙江省工程数字化技术研究中心，浙江 杭州 310014）

随着BIM技术在国内外的推广和应用，以三维数字化技术为基础，将建筑工程全生命周期的各类信息加以整合并进行有效管理已成为一种全新设计模式。与此同时，在全新设计模式下，人们对BIM模型的要求也逐渐从“做出来看的可视化模型”转变为“可以真正拿来用的信息模型”[1]。这种全新三维设计模式指不完全利用既有成果进行导向性设计，核心设计工作以BIM思维搭建协同工程框架，所有设计信息均搭载在BIM模型的工作模式[2]。这种模式下的工程项目势必会产生大量的BIM模型，模型综合质量水平将决定应用深度及价值实现程度。

基于BIM模型的应用，要以BIM模型具有足够的建模深度、良好的模型质量以及符合行业规范要求为前提，满足模型审查方面的功能需求。但与传统的图纸成果审查相比，因模型和图纸的信息表现状态不尽相同，按照传统图纸审查的流程与方式直接转变的人工BIM模型审查存在效率、全面性、客观性、一致性等利弊问题，因此研究一种针对BIM模型完整性、合规性等质量方面进行智能审查的方法至关重要[3]。经调研发现，相比国外，我国基于信息技术的BIM模型智能审查方法还尚处于探索研究阶段，针对BIM模型智能审查的软件工具也还比较少见。

1 国内外发展现状

目前国内外城市轨道交通行业BIM应用主流软件平台为Autodesk系列和Bentley系列。其中，Navisworks和Navigator两个软件均提供了碰撞检查、审查批注等模型审查工具，可支持常规的管线综合等单项应用，但缺乏针对BIM模型设计全过程的审查工具，以下通过分析国内外相关产品，总结目前数字化审查产品的逻辑方法及缺陷。

1.1 国外相关产品现状

芬兰Solibri公司的Solibri Model Checker软件主要用于建筑信息模型的完整性、建筑质量协同化验证、物理安全分析等各方面的检查和分析[3]。同时，它已经初步实现基于内嵌在程序中的单专业设计合规性检查代码，对多条消防疏散类规范进行设计准确性检查[4]。Solibri Model Checker侧重于建筑、结构专业的检查，在机电专业等方面涉及内容有限。

韩国的庆熙大学、韩国智能建筑以及韩吉尔信息技术有限责任公司联合21所合作的研究机构正在致力于研究一套基于BIM的设计质量评估系统，目前只完成其概念框架的设计以及未来目标的定位。该系统集质量检查、标准优化、信息提取、成果提交以及设计协调于一体，还融入了节能设计的理念，主要分为简要评估、成本、协作、检验、逻辑及提交等板块[5]。

1.2 国内相关产品现状

广联达BIM审图是广联达公司旗下的一款专业的BIM审查类软件。目前支持Revit、Tekla Structure（Xsteel）、MagiCAD等主流BIM建模软件以及广联达算量软件，以国内建筑行业标准为基础，针对设计和施工准备的常规审图，提供了诸如碰撞检查结果分析管理、门窗开启、空间净高、楼梯规范检查等多种规则检查模式。广联达BIM审图软件优势在于本土技术和适应性，但其检查规则多为系统内置，不利于增加和组合，很难满足设计过程中的多样需求[5]。

鲁班云模型检查是鲁班公司基于云的应用产物，通过云端及时更新知识规则库，保证用户第一时间使用最新的功能和规则，具备属性合理性、建模遗漏、建模合理性、自定义检查等大类功能。其优势更偏向于国内第三方BIM咨询单位进行建模再进行图模一致性检查及后续应用的工作模式，在单专业设计合规性检查及交付模型数据标准检查方面也有一定涉及。

湖南省BIM审查系统是构力科技承担研发的中国首个省级BIM数字化审查系统。其基于BIM智能化审查技术、结构化自然语言编制了领域规则库，研发了BIM辅助审查工具，目前已具备建筑、结构、水、暖、电、人防、消防、节能及装配式等专业的三维辅助审查和结构、建筑消防专业部分条款的智能审查功能。

1.3 BIM模型智能审查工具的方法及逻辑

通过对国内外BIM模型智能审查软件的评估研究，发现各软件工具的基本思路大同小异，基本都分成四个阶段：规则翻译阶段、模型提取阶段、审查计算阶段、审查结果阶段[6]。

因国内行业规范标准的差异性，目前审查工具逻辑中第一阶段规则翻译会一定程度受限于行业规范的差异及规范条款的可翻译性，导致研发运维工作巨大；因国内BIM业务模式的多样性，目前审查工具逻辑中第二阶段模型提取会受制于模型深度影响，国内特有的第三方BIM单位“翻模”工作模式一定程度上很难保障模型所包含信息完整程度；而第三阶段与第四阶段主要受限于规则与信息之间对比及分析技术的影响。

2 BIM模型智能审查工具研发

2.1 不同阶段BIM模型成果要求分析

BIM标准是三维协同设计的纲领性文件，是指导和规范数字工程实施管理的准绳，也是技术落地的保障。型参考、标准设置及存储管理、重复性等检查，有利于设计成果数字化交付和模型全生命周期管理。

2.2 BIM模型智能审查工具实施方法

根据不同阶段的BIM模型成果要求的分析，经过需求论证、产品设计、demo沟通、开发交底、编码测试等环节，研究团队开发了BimStation Checker工具，可面向工程项目多个阶段、多个专业，对BIM模型进行全面性智能审查，给出BIM模型质量方面具体客观的评价，为后续BIM模型深度应用提供工具支持。BimStation Checker工具的方法步骤如图1所示。城市轨道交通工程专业覆盖多，各专业之间关系错综复杂，构建行业领域的信息模型标准体系，用标准规范和解决工程信息模型创建、编码、交付有关的技术问题和三维协同项目实施有关的管理问题，是实现轨道交通工程三维协同设计的基础。

图1 BimStation Checker工具整体研究框架图

中国电建华东勘测设计研究院有限公司（以下简称华东院）作为国内领先的三维协同设计解决方案供应商，基于近20年的基建领域工程项目三维协同设计技术和管理标准化经验，已在绍兴、成都、深圳等城市轨道交通工程项目中建立成套的BIM标准体系，涵盖应用指南、实施管理、协同管理、模型成果、数据编码、模型审查、数字化交付等方面，指导了相关工程项目三维协同设计的实施，提高了城市轨道交通工程BIM应用成果质量和工作实效，为BIM模型智能审查的研究奠定了重要基础。

通过分析上述标准中不同阶段BIM模型成果要求、BIM模型审查要求，数字化审查大致可分为以下三大类。

（1）单专业设计合规性检查：用于初步设计、施工图设计、深化设计阶段等设计阶段，旨在对设计模型是否符合相关国家、行业及地方设计规范的专业性审查，含疏散路径检验、净高检验、无障碍环境空间验证、门窗正常使用空间验证、空间可视域校验、特殊面积检查、管线连接有效性检查等。

（2）多专业协同性检查：用于设计及施工阶段，基于“碰撞检查”功能延伸出针对各专业间的净高分析、协同一致性、协调性检查，含各专业模型间接口检查、差异分析、管线综合、大型设备运输路径检查等涉及空间关系、施工要素的检查。

（3）交付模型数据标准检查：用于各阶段交付，旨在对模型进行BIM技术性审查，含对模型的命名、几何信息、基本属性信息、专业属性信息、编码信息、模

（1）分析相关国家及行业的设计标准、国家及行业的BIM标准建立检查规则池，按照相关分类方式形成规则库，通过语法分析、语义分析等自然语言处理技术把规则转换为计算机语言。

（2）对轨道交通BIM模型进行分析、提出信息，得到适用于模型智能审查的中间格式。

（3）通过检查规则代码与中间格式模型的计算分析，生成BIM模型智能审查结果页面，审查结果与模型构件层联动，具备及时反馈定位能力，可支持用户及时修订模型等。

（4）针对审查结果，基于行业或者企业模板，生成专业格式的审查报告。

（5）通过对大量审查报告的大数据分析、整理等数据挖掘，检查原有规则库并不断迭代规则库，完善BIM模型智能审查工具。

2.3 BIM模型智能审查工具介绍

BimStation Checker工具主要包括基础工具、属性检查、合规性检查、分析类检查四大功能模块。

（1）基础工具包含快速清理、ID定位元素、显示构件信息设置、构件信息展示框。在设计过程中，需要实时查看模型构件基本信息，例如构件的尺寸以及定位。目前在OpenBuildings软件中，构件信息显示工具将“元素信息”中的部分常用信息提取出来并转换成符合设计习惯的表达样式，支持用户自定义显示内容，置于方便查看的位置，并固定在视图上，如图2所示。当选中下一个构件时，工具自动更新构件属性信息，同时计算构件标高信息，以提高检查效率。

图2 构件信息便捷显示

（2）属性检查包含检查规则设定、模型检查、属性完善、批量导入属性。为满足BIM模型后期工程量计算、材料查询、施工管理及移交运维等应用，模型中构件的关键工程属性必须是完善的。模型检查工具主要用于对模型属性的漏缺检查以及工程过程中第三方的模型抽查等，比如设计人员对设计模型材质、设计参数等进行检查，施工人员对竣工模型中材料供应商、实际材质、设计参数检查等，以及对构件重复性进行检查，如图3所示。属性完善工具则是对检查出来有错漏缺的构件属性进行单个或批量补充。

图3 模型属性检查

（3）合规性检查包含检查规则设置、模型检查。通过检查规则设置，内置大量标准规则库，支持用户组合相应的规则形成行业、专业、阶段、应用型的规则组；通过模型检查完成计算分析，在结果页面会自动根据模型审查标准进行问题等级分类，支持用户自行调整问题等级，检查项右键可反查、定位问题点。

（4）分析类检查包括碰撞检查分析、净高分析等。碰撞检查分析区别于常规的碰撞检查，内置20多种碰撞规则模板，支持用户组合使用，也具备碰撞问题等级分类及反查功能；净高分析工具能够识别房间或楼板等区域，计算分析区域净高及最小净高构件并输出净高分布图，以不同颜色表示不同净高区间，在施工深化设计阶段用来进行方案讨论、优化。

3 项目实践应用

绍兴轨道交通1号线由主线和支线组成，总长34.1km，主要为地下线。工程总投资约240亿元，于2017年1月开工，预计2021年6月全线完工，总工期约54个月。华东院受建设单位委托承担绍兴城市轨道交通1号线全线工程数字化技术应用和总体咨询管理工作。在项目建设过程中，华东院通过建设轨道交通工程数字化标准体系，搭建三维数字化协同设计与建设管理平台，创新实现了建设单位对项目前期管理、设计管理、施工管理、移交管理等全要素的精细化管控。其中，工程造价应用指施工单位基于设计单位移交的施工图模型进行基于BIM技术的工程量统计应用，然后轻量化模型发布至项目建设管理平台，通过与工程进度的关联，随着项目实施推进，系统读取模型带有的量价属性生成实时已完成工程量清单，辅助工程造价管理。

该项目使用Bentley+华东院自主研发产品基于模型的工程量统计软件解决方案，通过读取模型中的工程分类属性，自动获取映射的清单编码，自动编制或根据需要手动编制清单项，批量给同类构件挂清单，按照设定的计算规则，可直接由设计模型得到工程量清单，同时支持对接市面上主流计价软件完成成本计算。

为保障基于BIM技术的工程量统计应用及基于web技术的平台BIM计算支付管理应用正常的开展，故通过BimStation Checker工具对模型进行应用前的模型审查工作。施工单位进场后，由设计单位移交施工图模型及施工图，施工单位接收资料后，对资料的完整性进行复核。施工单位通过BimStation Checker工具进行模型属性完整性、模型重合性、构件有效性等三个方面的审查，并反馈意见给设计单位。设计单位针对模型属性缺少问题，通过工具中的模型属性完善功能进行补充；针对模型重复性及构件有效性问题，通过意见文件导入审查工具快速定位问题点并修订。在通过工具审查后的模型，施工单位可以基于模型进行工程量统计应用，并基于模型轻量化技术发布至项目管理平台，开展计量支付等造价应用。基于BimStation Checker工具的模型智能审查如图4所示，整个流程如图5所示。

图4 基于BimStation Checker工具的模型智能审查

图5 基于BimStation Checker工具的实际应用全过程流程

4 结论

文章分析在城市轨道交通工程三维设计模式下不同阶段的BIM模型成果技术要求，研究开发BIM模型智能审查工具（BimStation Checker），并基于项目实例对工具进行了实践应用，具体如下：（1）BimStation Checker通过属性、合规性、分析类三种维度的检查，可在一定程度上确保模型应用的质量。（2）基于BIM标准、国家标准、行业标准开展BIM模型审查，是带动参建各方参与BIM应用的新契机。（3）后续可以考虑将设计性原则与构件进行智能匹配，达到在模型创建或维护过程中具备相应的提醒机制，类似程序开发工具中的代码实时翻译并检查语法错误的功能，将大量设计问题提前封闭在设计环节中。（4）根据国内项目的现状及云计算发展趋势，可以考虑建立云端的智能检查系统，在线进行模型审查，有利于模型审查的标准化流程、软硬件配置、模型版本管控等。（5）可以思考能否引入AI和大数据技术，通过后台对BIM模型智能审查工具使用过程中案例数据的挖掘、分析，补充完善规则库资源池，进一步提高智能审查识别的精确性。