基于BIM的施工图审查系统

郑 鹏 陈胜男 朱 磊

(北京构力科技有限公司深圳分公司，深圳 518000)

2019年3月，国务院办公厅要求改革工程项目审批流程，到2020年底基本建成全国统一的工程建设项目审批和管理体系，加快探索取消施工图审查，实行告知承诺制和设计人员终身责任制。山西、南京、青岛、深圳、广州等地陆续出台相应改革方案，正式取消施工图审查。随着我国城市化进展仍在加快，大量工程项目仍然在建，设计安全质量尤其重要，从源头把控建筑安全，图纸审查工作仍然不能放松。目前大部分地区都是基于二维CAD人工图纸审查，这种方式暴露出如下问题：

(1)审查尺度不一。不同机构和专家对规范条文理解不同，导致对设计质量把控不一，审查质量依靠相关审图专家经验水平；

(2)审查不全。规范条文众多，审查时间有限依靠人工审查，不可避免会导致部分条文审查遗漏；

(3)审查效率不高。大量重复性人工劳动，导致审查人员不能把主要精力放在重要条文审查；

(4)政府难以把控。主管部门无法及时获取施工图审查过程中各环节存在的问题，对施工图设计、审查质量的真实情况难以准确掌握，监管的有效性和时效性均不能得到保证。

目前国内不少大学和研究机构针对施工图审查开展了大量的研究。清华大学团队提出了一种基于知识库的IFC模型检查方法，通过将IFC模型解析与建模为属性标签图，并存储入图数据库，形成了可推理与灵活查询的结构化知识[6]； 华中科技大学团队研究了集成运用BIM技术、本体技术、识别推理技术等实现BIM施工图自动识别与审查的可行性，通过系统开发实现相关技术参数的自动提取，通过与结构化的规范条文进行对比，发现施工图中存在的设计错误，实现从BIM施工图到审查清单输出的自动化[7]； 芬兰的 Haartman 医院大楼设计方利用 BIM 技术实现了建筑工程的模型可视化、质量检查并生成分析报告； 意大利的 LADI项目设计者利用 BIM 技术实现了包括残障人士专用卫生间空间审查、残障人士专用坡道坡度数据审查和防火门等门窗的开启方式审查等一系列的复杂规范审查工作[5]。这些研究都处于个别BIM专业的领域探索工作，若想真正实现施工图BIM自动审查，还需要有针对性地对系统开发、标准等关键点进行体系化研究，结合实际的项目测试及推广应用才能将此技术真正用于工程实践中，并通过实际应用不断迭代。

CIM(城市信息模型)平台是一种融合了城市各类时空信息的三维有机模型，主要包含BIM信息模型、IoT物联网、GIS地理信息系统。在规划报建、施工图审查、竣工验收过程中，通过CIM平台集成各类数据，保证建设项目层层管控，数据层层传递，最终融合成CIM平台的细胞单元，给智慧城市提供数据支撑[8]。

1 审查系统关键技术研究

1.1 数据交付

BIM设计软件种类繁多，不同软件解决不同专业的问题，因此也诞生了各种不同的数据格式，比如市场常见的rvt、IFC、pbims等，因此审查系统首先需要解决不同软件数据问题，如果针对每款BIM软件都开发相应的审查引擎会存在以下两个问题：

(1)BIM软件以国外为主，数据存在安全不可控的问题；

(2)不同软件开发，导致研发工作量巨大，如果软件版本更新，势必所有审查引擎都需要更新，此种方法只能治标，不能解决根本问题。

为了解决以上两个问题，需要一个中间的BIM数据来保证数据安全，且满足审查技术交付要求。该系统需要针对市场上常用BIM设计软件(Revit、Bentley、RIB、PKPM等)开发对应插件，导出中建数据格式，同时满足审查要求的数据。三维施工图模型数据文件如表1所示。

表1 三维施工图模型数据文件

模型数据的好坏直接影响到审查的准确性和完整性，模型数据不完整或包含信息不全则可能无法实现审查，需要对提交的模型数据进行检查，主要为以下两个部分：

(1)构件属性，如建筑防火分区、防火门等；

(2)各专业全局属性，如建筑类别，耐火等级等。

1.1.1 建筑模型数据要求

根据建筑审查相关强制性条文，其中主要涉及建筑整体项目信息及构件相关属性信息。全局属性包含：建筑单体信息、建筑单体构件集、建筑单体空间区域信息、楼层信息、建筑人数、耐火等级等。构件属性以门为例，主要包含以下五项：

(1)名称编号：疏散门、户门、安全出口、防火门等；

(2)高度、宽度、底标高；

(3)所属楼层；

(4)开启方向；

(5)防火等级。

1.1.2 结构模型数据要求

根据结构相关规范审查信息要求，结构BIM审查模型数据应包含以下两项内容：

(1)三维BIM模型及对应计算分析结果信息；

(2)二维DWG施工图纸。

1.1.3 机电BIM专业

机电可量化条文主要为相关强制计算条文，模型数据需包含给排水、暖通和电气专业模型。例如有无给排水系统、室外消防用水量、室内消火栓用水量、自动喷水灭火系统及设置场所火灾危险等级等。除模型数据外，还应包含机电全局属性数据，如图1所示。

图1 机电全局属性数据

1.2 规范条文梳理

针对建筑、结构、机电、给排水、电气五大专业，消防、人防、装配式、节能四大专项规范进行拆解，对相关重点条文进行梳理，初步筛选出300余条可量化的规范强制性条文。其中涉及主要设计规范有：

(1)《住宅设计规范》；

(2)《建筑设计防火规范》；

(3)《中小学设计规范》；

(4)《自动喷水灭火系统设计规范》；

(5)《消防给水及消火栓系统技术规范》；

(6)《建筑防排烟系统技术标准》；

(7)《高层建筑混凝土结构技术规程》；

(8)《建筑抗震设计规范》；

(9)《混凝土结构设计规范》；

(10)《建筑防排烟系统技术标准》；

(11)《汽车库，修车库，停车场设计防火规范》；

(12)《公共建筑节能设计标准》；

(13)《人民防空地下室设计规范》；

(14)《建筑给排水设计规范》；

(15)《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》；

(16)《通风与空调工程施工规范》。

相关可量化条文如《混凝土结构设计规范》9.2.1条：纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土净保护层厚度不应小于钢筋的公称直径，且应符合表9.2.1的规定。即包含整体模型属性信息，也包含信息模型中构件属性信息，这些信息都需要再BIM模型中有可量化的表达。

1.2.1 建筑审查(包含消防部分内容)

建筑审查根据条文审查，主要分为以下五大类：

(1)构件及区域属性审查。例：防火分区面积是否符合标准；

(2)关联构件审查。例：消防机房间的防火墙耐火极限≥2小时；

(3)关联构件计算。例：疏散门到安全出口的距离是否符合标准；

(4)楼层审查(如避难层)。例：避难层的设置是否正确；

(5)指标审查。例：建筑高度、建筑间距是否合规。

1.2.2 结构审查

结构专业主要实现《高层建筑混凝土结构技术规程》《建筑抗震设计规范》《混凝土结构设计规范》三本规范中80%可量化条文智能审查。主要包含以下三个方面：

(1)整体计算指标审查。 如结构位移角、位移比、刚重比、楼层受剪承载力及周期比等是否满足结构规范条文要求；

(2)梁、墙、柱构件的规范审查。 针对单个构件进行规范条文审查，如配筋率是否超限、抗剪截面是否满足等；

(3)构件计算结果与实配结果对比审查。 通过二维平法施工图和计算配筋简图对比，判断设计人员配筋过程中是否存在配筋较小等问题。

1.2.3 机电审查

BIM机电审查按照重点分为暖通、给排水和电气等专业进行审查。平台内直接进行自审，根据审查结果可实时定位、调整模型至满足规范要求其中三个专业涉及的主要规范条文为：电力系统、火灾自动报警系统、建筑照明、排烟系统、防火阀、加压送风系统、消防给水、消火栓、自动喷水灭火系统和给排水系统等相关条文。

1.2.4 节能专项审查

BIM节能专业目前参照节能专项2本规范，主要针对建筑的热工性能指标以及可见光、窗墙比，气密性等。BIM节能专业已支持的9条规范条文审查。节能审查分为以下几个步骤：

(1)BIM平台读取建筑专业模型；

(2)设定维护热工结构参数；

(3)根据模型计算全楼墙体、屋面、外窗等性能；

(4)出具审查结果计算书。

1.2.5 装配式专项审查

提交基于BIM的装配式三维设计模型，依据当地装配式技术评价标准，对装配率进行自动计算分值，判断是否满足当地政府要求。其中主要涉及装配式专项审查条文为：竖向预制构件占比、装配率、水平构件预制面积比、项目各分项评分值等。

1.3 规范条文拆解与知识图谱建立

标准规范采用结构化自然语言拆解为领域规则库。从BIM模型中提取出自动语义模型，然后采用审查引擎进行规范检查并输出审查结果。如结构柱审查是否超限，首先需要核对柱相关结构化数据，如：抗震等级、角柱、剪跨比、计算配筋值、截面信息、轴压比及实配钢筋值等； 然后结合相应结构抗震、高规及混凝土规范进行条文审查，来判断是否满足规范强制性条文要求。规范拆解如图2所示。

图2 规范拆解示意图

1.4 轻量化平台展示

为提高审查效率，需要快捷方便地展示审查结果，轻量化平台正好能满足该需求。该平台需要满足手机端、网页端轻量化模型浏览，其中包含平面化表达、轻量化三维模型表达、符号化表达及实体钢筋表达等多种表达方式，也可进行信息查询、空间测量、专业数据审查、数据统计及模型对比； 可将二、三维分开在多个屏幕上对比查看，也可在三维模型下衬二维图纸对照及检查。

1.5 整体技术路线

首先采用相应BIM设计软件进行三维模型设计，其次安装相应数据插件，然后导出公共数据格式(如GDG、XDB数据)，审查引擎根据各专业BIM数据结合规范进行审查。通过轻量化平台对结果进行展示，并在网页端口显示三维审查结果，供审查人员参考。某审查项目技术框架如图3所示。

图3 某审查项目技术框架

2 项目系统验证及总结

通过云审查引擎对某工业建筑进行三维施工图规范审查，审查结果如图4所示。

图4 某工业建筑审查结果

主页面显示三维模型，页面下端显示违反强条规范，左端显示具体规范条文，审查人员可以根据机器审查意见进行判断或者修改，以此作为审图意见反馈给设计单位。项目通过审查后，根据各个专业违反强条数量进行统计分析，如图5所示。

图5 条文审查统计

其中结构专业违反82条，建筑专业违反64条，给排水专业14条，暖通专业4条，电气专业3条。结构专业混凝土规范9.2.1条违反8次，表明该条文在设计过程中容易违反，在审查过程中应该重点抽查，有助于提高审图效率。最后通过某地应用BIM三维施工图审查系统统计，现已完成审查项目90个，51个处于审查过程中，33个还未开始审查，参与建设单位90家，设计单位99家，审查机构17家，基本包含当地各中大型设计、建设、审图单位。该项目验证了BIM审查系统实现三维智能审图是可行的，能够有助于政府机构从源头上把控设计安全质量问题。审查项目及单位数统计如图6所示。

图6 审查项目及单位数统计

虽然上线项目很多，但是结合实际审查过程还存在以下问题：

(1)图模不一致，很多单位提交的模型属于翻模图纸，非正向设计；

(2)构件属性缺失，审查在计算过程中，对于某些构件需要集中；

(3)部分条文审查准确性有待提高；

(4)审查条文数量不足，占比较小； 现行规范条文数量繁多，有些可以量化，有些需要人工来判断才能解决；

(5)三维数字化交付不具有法律效力，审查的结果不能作为违反强条依据。

3 总结与展望

该系统目前虽然还存在一些问题，但对当地BIM的应用起到非常明显推动作用。通过该系统，政府能够有效监管设计质量，有助于推动设计单位的BIM正向设计。本文从技术路线、项目测试、系统验证三个方面进行介绍，通过实践验证该系统的可行性，然而仍有以下几个方面问题急需解决：

(1)施工图审查条文数量众多，通过原始方式人工拆解存在工作量巨大，且规范存在更新迭代过程，引入AI技术，对规范条文进行智能拆解，也是今后研究重点方向之一；

(2)规范很多条文来自于二维图纸如设计说明、消防设计专篇等，如何识别二维文字，智能融入三维BIM模型，实现二三维联合审查，极大提高审查准确性及条文数量；

(3)从某个专业领域出发，如消防或者结构专业，做到强制条文全覆盖，彻底实现某专业机器智能审查，实现质的突破。

三维施工图数字审查有助于推动BIM应用及正向设计，推动施工图审查业务的转型升级，推进BIM审查系统在全专业、全领域、全流程落地应用，系统还要继续完善水、暖、电、人防、节能、装配式建筑等审查内容。引入区块链技术，可将审查意见等重要信息记入BIM智能审查链，确保审查的公平、公正。针对不可量化的规范条文，采用知识图谱和机器学习等技术实现人工智能审查，最终将审查模型和审查大数据资产载入CIM平台。该系统为全面提升项目报建审批数字化、信息化和智能化水平，为智慧城市管理奠定了基础。