BIM 土建计量软件在CAD 图纸智能识别中的应用——以大同某新建中学宿舍项目为例

张河山 谢跃文 王昊

(1.济南科金信息技术有限公司；2.住房和城乡建设部信息中心；3.丽山健康（山东）集团有限公司)

土建工程计算是工程造价工作中的重要一环，工程量计算的速度，直接影响工程管理的进程。所以，工程量的快速计算是造价工作的重中之重。

传统手工计算土建工程量的流程为：熟悉建筑和结构的CAD 施工图，查找图集和规范，确定工程量如各种梁、板、柱的数量，规格，混凝土标号，所在层数，最后按照土建工程量计算规则进行统计和计量。

目前采用传统的手工计算工程量的设计及施工单位仍不在少数，面对工程量较大、图纸较为复杂、构建多极设计方案变更时工程量调整十分繁琐，存在工作量大、耗时多，效率低等问题，传统的手工计算工程量已无法满足复杂项目的计量要求，需要进行更加精细化的数字化成本管控。随着BIM 技术不断发展，国内出现了像广联达、鲁班、神机妙算等在内的工程计量软件，可提供更加精细化、全面化、数字化的成本管控平台。

BIM 土建算量一体化平台软件，除直接建立土建模型，还可智能识别一般项目中的CAD 图纸，提取图纸中梁、板、柱、墙、门窗洞等构件信息，形成三维模型，并根据所提取的信息实现估概算、招投标预算、施工过程、竣工结算全过程土建报表，以及算量、提量、检查、审核等全流程算量功能，提升操作人员作业效率与能力，帮助设计和施工单位做出更加精细化成本管控。在此，通过对曾参与的山西大同某新建中学宿舍项目的CAD 图纸识别和建模算量，梳理土建 BIM 算量软件在一般项目CAD 图纸智能识别和建模过程中的思路、方法、流程和主要问题的解决方案，为其他各类一般项目的土建计量工作提供借鉴和参考。

1.项目概况

项目为新建山西大同某中学项目，总体布局分为教学区、餐饮活动区、宿舍区三大区。宿舍区位于地块的东南侧，见彩色总图的红色区域，总体呈“Z”字形布局。宿舍一层北侧为统一的主入口，方便管理。宿舍面积约6500 平方米，一共四层，钢筋混凝土框架结构。均为内廊式，北侧设置盥洗室、卫生间、淋浴间等辅助空间，并配有活动室。宿舍为4 层，层高3.6m，并设置连廊连接北侧图书行政楼和西侧食堂及风雨操场（图1）。

图1 新建山西大同某中学项目，南侧为宿舍楼部分

2.CAD 图纸智能识别原理及技术前提

BIM 土建算量一体化平台软件基于已有的BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术，使设计、施工、运营和建设单位各方依据共享的BIM 模型实现项目全周期的协同合作。软件除绘制、一键导入 BIM 三维设计模型，还可智能识别一般项目中的CAD 图纸，通过提取图纸中构件标识来确定构件信息，同时提取图纸中的边框线来确定构件位置，完成构件的定义和绘制，形成梁、板、柱、墙、门窗洞等构件，最终形成三维 BIM 土建计量模型，并根据所提取的信息实现精细化算量。对应绘制过程的定义、绘制及编辑构件，相应的智能识别过程为选择、识别与校核构件（图2）。

图2 绘制与识别流程的对照

软件功能的实现基于以下技术前提：

（1）内置计量规范及规则：BIM 土建计量平台软件内置了《房屋建筑与装饰工程计量规范》及全国各省市清单定额计算规则、22G 新平法、过程结算183、G101 系列平面表示方法钢筋规则，包容了工程量计算在不同地区的差异性。

（2）客户端/服务器架构：基于CS 的架构，即Client/Server (客户机/服务器) 架构。客户端程序采用了基于内核插件的架构，主要完成用户的具体的业务,能够实现模块级的快速扩展和更新。服务器端充分利用了云，BIM,大数据等技术，高效提供数据管理、数据共享及系统维护金快速的服务更新与优化。

（3）人工智能算法系统：BIM 土建计量软件明确定义了与上游三维设计软件的接口定义及数据规范，对建筑业务进行了模型抽象，采用了模式识别等人工智能算法，将二维图形进行三维转化，可快速智能化识别CAD 图纸中的轴网、柱、梁、板、墙等各类构件信息。解决二维到三维，设计模型到预算模型的重建，并通过拓扑关系有效提升转换的准确率；通过智能识别CAD 进行导图，可准确建模、提升建模速度和工程计算的工作效率。

（4）三维显示引擎：BIM 土建计量软件采用了公司自主研发的 GDB（Geometric DataBase）几何数据库，三维建模及扣减算法，基于功能强大、可方便调用三维和二维底层图形库的专业的图形程序接口OpenGL(Open Graphics Library，高性能图形算法行业标准）的三维显示引擎，使用多线程充分挖掘多核芯片的机器性能，能支持大规模的复杂建筑模型场景的构造，显示及运算。形成的三维立体BIM 模型便于工程造价领域的单位和从业者直观便捷地观看BIM 土建计量产品，帮助客户解决项目全过程计量业务，持续提升工作效能。

3.算量识别在项目中的应用

CAD 导图方式智能识别图纸的思路、流程及方法，包含前期准备，主体构件，独立基础，二次结构，装修，提效功能的导图操作。通过实际新建工程-山西大同某中学这一项目，梳理主要构件的识别流程。在进行CAD 识别之前，要进行的前期准备流程。首先应新建工程，选择图纸计算和钢筋规则、确定抗震等级等；在图纸管理中添加项目的CAD 图纸，并识别楼层表，确定楼层信息；最后提取CAD 平面图中的轴线和标注，进行轴网的自动识别。

中学宿舍这一项目的结构形式钢筋混凝土框架结构，本篇主要对结构专业平面图中的现浇构件梁板柱进行讨论，暂不考虑砌块墙和门窗构件。识别流程主要按照柱、梁、板的顺序进行。

3.1 竖向承重构件——柱的识别

如图为中学宿舍结构平面的第三层，柱子的布置较为规则，按照柱网规则布置在连廊、房间、走道和楼梯间四周，连廊与连廊，连廊与宿舍之间设变形缝。在软件导航栏“柱选项”中选择“柱（Z）”，同时在“建模”菜单栏中选择“识别柱”，按照提示分别进行“提取边线”“提取标注”“自动识别”，弹出“识别柱”对话框，即完成了自动识别 CAD 图中框柱的识别，并弹出校核柱图元的选项，在柱定义界面显示完毕。如图平面图中的紫色方框即为识别完成的柱，在三位视角下可以看到转换完成的立体柱（图3-图5）。同样，柱表、柱大样以及细分类别的暗柱、构造柱、砌体柱的识别可以用同样方法完成。

图5 智能识别柱-三维视图

3.2 竖向传力及承重构件——梁的识别

本项目中竖向传力及承重构件梁，沿纵横轴线布置于房间横墙和纵墙下，主要有有搭接在柱上的主梁和搭接在主梁上的次梁。在软件导航栏“梁选项”中选择“梁（L）”，同时在“建模”菜单栏中选择“识别梁”，按照提示分别进行“提取边线”“提取标注”（包含集中标注和原位标注），最后“自动识别梁”，可以实现全部梁的识别。梁识别完成，梁构件即定义完毕，并自动完成校核。对于CAD 图纸中无法自动识别的梁，可通过“点选识别梁”，在对话框中输入尺寸和梁的名称进行手动标记。如图平面图中的粉色部分即为识别完成的梁，在三位视角下可以看到转换完成的不同尺寸的梁。同样，连梁、圈梁的识别可以用同样方法完成。梁的吊筋同样可通过“识别吊筋”功能进行自动识别。

3.3 水平承重构件——板的识别

本项目中的水平承重构件，现浇楼板搭接于梁上,所有板长边与短边长度之比小于2.0，按双向板计算。在软件导航栏“板选项”中选择“现浇板（B）”，同时在“建模”菜单栏中选择“识别板”，按照提示分别进行“提取板标识”“提取板洞线”（可识别楼梯及挑空部分并自动预留出板洞的位置），最后“自动识别板”，可以实现全部板的识别。板识别完成，板构件即定义完毕，并自动完成校核。

3.4 其他构件的识别

对于一般项目中，除上述梁板柱构件外，还有墙、基础、门窗洞口、二次结构、装修等构件，也可通过相似的方法，完成对以上构件的识别。掌握CAD 处理构件的思路和方法，实现快速建模，清晰实际工作中应如何应用的思路，便于应用到实际工作中，提高建模效率。

3.5 汇总计算

通过对中学宿舍项目的轴网、柱、梁、板的结构构件按顺序智能识别并形成三维模型后，构件信息即存储于新建工程中。最后，对于CAD 结构图纸中的梁、板、柱构件进行工程量的统计。在菜单栏“工程量”选项卡中的“汇总”分组中选择“汇总计算”功能。选择楼层或全楼所需统计的构件，完成汇总计算。在“工程量”选项卡的“报表”分组中选择“查看报表”选项，在报表页面内的左侧树中选择需要预览的“土建报表量”，右侧页面就会显示出报表预览界面。在构件汇总分析中选择“构件绘图输入工程量汇总表”，即对刚才识别与定义的梁、现浇板和柱的工程量体积、混凝土强度等级和结构类别进行了概括统计；在构件汇总分析中选择“绘图输入工程量汇总表”，即对单独的柱、梁和现浇板根据编号进行包括体积、底面模板面积、数量和板厚等的详细统计。做法汇总分析还可依次生成清单部位计算书、清单定额汇总表、构件做法汇总表等。在不同项目中，设计和施工单位可以根据造价文件的实际需要，选择所需工程量报表类型，以便做出更加精细化成本管控。

4.结语

本文以山西大同某新建中学宿舍实际项目为例，从平面较规整、功能简单的宿舍项目出发，通过BIM 土建算量一体化平台软件自动识别提取图纸中梁、板、柱等构件信息，形成三维模型，实现工程量计算，研究BIM 土建算量一体化平台软件在CAD 图纸智能识别中的应用。软件对其他大型公共建筑、地下车库、超高层等工程量大、审核繁复、算量周期长的项目，同样可实现CAD 图纸智能识别，快速建模及更加精细化成本管控，实现高效信息沟通和透明化的计量，对技术及管理层一般及更加复杂项目的土建算量具有普适意义。