《智能建造技術與裝備》 課件 第八章 智能建造設計

智能建造技術與裝備第八章：智能建造設計目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計一、智能建造設計概述概述建造設計——是指建筑物在建造之前，設計者按照建設任務，把施工過程用圖紙和文件表達出來，作為建造工作中互相配合協(xié)作的共同依據(jù)。智能設計——是指應用現(xiàn)代信息技術，采用計算機模擬人類的思維活動，提高計算機的智能水平，從而使計算機能夠更多、更好地承擔設計過程中各種復雜任務，成為設計人員的重要輔助工具。數(shù)據(jù)挖掘、知識圖譜、建筑設計、平面設計、時尚設計、交互設計、工業(yè)設計、智能產(chǎn)品設計……覆

蓋

領

域一、智能建造設計概述智能設計五大特點5G塔機遠程駕駛艙國內(nèi)首個智能裝備管理平臺五大特點以傳統(tǒng)CAD技術為數(shù)值計算和圖形處理工具以設計方法學為指導，從根本上取決于對設計本質的理解以人工智能技術為實現(xiàn)手段，借助專家系統(tǒng)技術在知識處理上的強大功能提供強大的人機交互功能面向集成智能化一、智能建造設計概述智能建造設計特征分類工程上的智慧建造技術目前依據(jù)設計特征，智能設計主要可以分為標準化設計、參數(shù)化設計、基于BIM的性能化設計、基于BIM的協(xié)同設計以及BIM設計智能化5個方面。性能化設計協(xié)同設計設計智能化參數(shù)化設計標準化設計目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計二、標準化設計——概述標準化設計包含設計元素標準化、設計流程標準化、設計產(chǎn)品標準化，設計管理的標準化。以住宅設計為例，標準化戶型、標準化空間、標準化裝修等的設計與管理流程的標準化已經(jīng)得到大量應用概述標準化設計的核心是將現(xiàn)有工作中的通用部分進行固化，形成統(tǒng)一模式進行輸出，使標準化操作更加符合偏管理范疇。二、標準化設計——應用流程減少因組織人員流動、人員能力等問題帶來的人為設計管控風險設計流程標準設計元素標準化產(chǎn)品標準化標準化設計的轉型升級設計流程標準化是標準化設計的重要組成部分設計各專業(yè)之間協(xié)作的標準化設計管理過程中各環(huán)節(jié)的管理人員、管理規(guī)范、管理步驟等的標準化提高設計管理效率，并利于形成高效協(xié)作的設計和管理團隊二、標準化設計——應用流程設計流程標準設計元素標準化產(chǎn)品標準化標準化設計的轉型升級設計元素——設計繪圖建模過程中的設計工具、設計步驟、模型或圖紙的組成元素、參考規(guī)范、出圖樣式等。以模型或圖紙的組成元素為例，模型和圖紙的組成元素可以分為基本元素和組合元素兩大類、設計基本元素包括墻體、門、窗、柱、標注等，而設計組合元素則包括構件庫中的組合構件、功能房間、標準化工程做法等二、標準化設計——應用流程設計流程標準設計元素標準化產(chǎn)品標準化標準化設計的轉型升級工程項目作為一種以建成成果為載體的對象，本身也是一種產(chǎn)品。工程項目產(chǎn)品的標準化設計既包含最終成果的標準化設計，也包含組成最終成果的部分單元的標準化設計。二、標準化設計——應用流程設計流程標準設計元素標準化產(chǎn)品標準化標準化設計的轉型升級

企業(yè)層項目層崗位層通過搭建項目層設計數(shù)據(jù)標準體系，應用崗位層的數(shù)字化標準成果，使設計標準與施工的專業(yè)深化設計，做法標準等進行對接，實現(xiàn)項目設計與施工的數(shù)據(jù)貫通通過數(shù)據(jù)資產(chǎn)的沉淀和數(shù)據(jù)分析，形成標準化指導文件和制度、優(yōu)化企業(yè)資源配置，實現(xiàn)企業(yè)管理最優(yōu)化標準化設計模式將結合國內(nèi)設計規(guī)范、設計單位設計經(jīng)驗、在構件標準化、流程標準化、變更協(xié)調(diào)、深化設計等方面，為設計人員提供一套標準化設計解決方案二、標準化設計——應用價值政府規(guī)劃設計主管部門設計公司建設方施工企業(yè)設計參與方提高了行政審批手續(xù)效率規(guī)范行業(yè)的發(fā)展行為利于企業(yè)經(jīng)驗積累和標準化成果輸出便于溝通提升設計成果質量、保證生產(chǎn)效率便于多專業(yè)銜接與多方配合數(shù)據(jù)標準是智能審查與智能設計的基礎加強企業(yè)對內(nèi)部開發(fā)的產(chǎn)品、工作流程、審圖和最終成果的管控積累施工管理經(jīng)驗，形成固定的技術與施工范式施工質量和施工工藝標準的提升標準化設計的核心是將現(xiàn)有工作中的通用部分進行固化，形成統(tǒng)一模式進行輸出，使標準化操作更加符合偏管理范疇。標準化的實施，對于建造參與的各方都有巨大的幫助。目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計三、參數(shù)化設計——概述參數(shù)化設計（ParametreDesisn）將結構的幾何形態(tài)、材料屬性等關鍵參數(shù)，進行抽象和參數(shù)化，根據(jù)需要進行優(yōu)化和改進?！皡?shù)”實際上為數(shù)學領域的概念，而參數(shù)化設計則在廣義上可理解為一種基于數(shù)字化技術的設計手段。參數(shù)化設計需要將設計的結果轉變?yōu)閰⒆兞浚@一過程可理解為參變量設計。設計領域的參變量可以理解為兩種設計元素間的關系表現(xiàn)，參變量設計便是通過計算機建立這種關系，從而達到對設計結果的掌控。核心——將設計過程模塊化，通過調(diào)整參數(shù)來實現(xiàn)設計的靈活性和可控性。參

數(shù)設

計三、參數(shù)化設計——應用流程常見的邏輯規(guī)則設計方法包括：吸引子算法可以理解為“場”的程序化。通過場的影響改變空間內(nèi)對象與吸引子的距離關系，從而生成不同的形態(tài)。吸引子可同時進行多個場的疊加，并且可通過吸引力變化，對最終設計結果生成干預，在動態(tài)干預中尋找最佳設計結果。吸引子算法這種算法具有自相似性、反復迭代以及標度不變性等特征。其所生成的建筑形態(tài)更類似于自然界中的葉子脈絡、雪花等。在參數(shù)設計中需要率先將一種規(guī)則反復作用于設計元素上，通過反復作用生成具有自然美感的設計結果。分形迭代算法在進行指定模塊設計時采用無規(guī)則處理手段，使其在特定規(guī)則內(nèi)進行隨機變化。建筑設計師可以通過調(diào)節(jié)隨機種子來改變生成的結果，并從眾多生成方案中選取最符合預期的設計方案。隨機算法020301三、參數(shù)化設計——應用流程非線性建筑的參數(shù)化設計流程設計師需要預選出建筑設計的關鍵影響因素進行數(shù)據(jù)化模擬常見因素包括人員流向影響、采光日照影響、周圍建筑影響等通過編程軟件分析這些因素間的關系及其對建筑造型的影響，從而獲取基本的設計參數(shù)設計要求的數(shù)據(jù)化在經(jīng)過上述處理以后，最終可以得到建筑參數(shù)化設計的非線性復雜形式，從可視化結果中可初步判斷該形體是否符合預期。設計形體反饋與結構邏輯的確定加入在初始建模中未考慮的其他因素，與既有參數(shù)變量間的關系模型，通過對關系模型的演變與優(yōu)化，從而生成盡可能涵蓋各類因素的建筑設計方案。設計雛形的演變和優(yōu)化在獲取基本的設計參數(shù)以后，需要通過編程軟件對參數(shù)間的關系進行描述，從而生成設計要求與建筑造型間的建筑數(shù)據(jù)關系模型。利用編程軟件進行參數(shù)化建模三、參數(shù)化設計——應用價值設計案例參數(shù)化設計的應用領域已經(jīng)非常廣泛，包括工業(yè)設計、城市規(guī)劃、建筑設計、景觀設計等。在建筑領域，國家體育場、上海中心大廈、北京大興國際機場等重大項目都有參數(shù)化設計應用在其中。大興國際機場內(nèi)部景觀針對設計難點：以復雜結構支撐的空間網(wǎng)格結構的參數(shù)化設計為例。由于空間曲面復雜，單元和節(jié)數(shù)量龐大，節(jié)點與單元之間的連接非常繁瑣。一般設計手段，結構工程師要在結構建模方面耗費大量的時間和精力參數(shù)化設計應用優(yōu)勢：應用參數(shù)化設計，空間網(wǎng)格結構可以自動建模，設計師可以快速將工作重點集中在計算結果和結構方案的分析優(yōu)化上，也可以對建模進行多方案比較再進行后續(xù)設計。參數(shù)化設計三、參數(shù)化設計——應用價值以北京銀河SOHO的參數(shù)化設計為例銀河SOHO坐落于北京朝陽門，總建筑面積達330117m2，由扎哈·哈迪德建筑事務所設計完成，平面設計與結構初步設計中均使用BIAD完成。建筑設計中借鑒了中國院落的主題思想，創(chuàng)造了一個相互連通的內(nèi)部空間結構。北京銀河SOHO在設計初期階段，選擇使用“細分表面”確定建筑主表面的參數(shù)驅動幾何體，其非線性參數(shù)化設計中，通過水平橫切方式生成驅動式表面，采用表面幾何體圓環(huán)和白色幾何體插入的方式塑造流動性曲線結構。目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計四、基于BIM的性能化設計——概述BIM的性能化設計內(nèi)容四、基于BIM的性能化設計——應用流程性能化關聯(lián)圖四、基于BIM的性能化設計——應用流程基于BIM的室外環(huán)境性能化設計典型應用流程4321選擇項目所在省份、城市、系統(tǒng)自動匹配對應的氣象、環(huán)境與地域資源數(shù)據(jù)選擇環(huán)境參數(shù)設定最后可將建立模型、選用的氣象數(shù)據(jù)、專業(yè)參數(shù)、模擬分析數(shù)據(jù)、效果圖與判定結論自動輸出形成可溯源的報告書輸出結果建立待建項目與周邊構筑物及物體相關專業(yè)參數(shù)基于BIMBase建立建筑、道路、綠化、水體等；根據(jù)植被類型（喬木、灌木等）指定葉片滲透系數(shù)等專業(yè)參數(shù)。模擬計算調(diào)用不同內(nèi)核進行模擬分析，生成居住區(qū)平面與建筑立面噪聲強度云圖四、基于BIM的性能化設計——應用流程基于BIM的室內(nèi)環(huán)境性能化設計典型應用流程4321選擇項目所在省份、城市、系統(tǒng)自動匹配對應的氣象、環(huán)境與地域資源數(shù)據(jù)選擇環(huán)境參數(shù)設定最后可將建立模型、選用的氣象數(shù)據(jù)、專業(yè)參數(shù)、模擬分析數(shù)據(jù)、效果圖與判定結論自動輸出形成可溯源的報告書輸出結果建立待建項目或直接讀取BIM模型建立包含墻、門窗、樓板、照明、空調(diào)系統(tǒng)等設定各類材料，如鋼筋混凝土、巖棉板等，對應不同的熱工性能模擬計算調(diào)用不同內(nèi)核進行模擬分析，生成風速云圖與空氣齡云圖，采光系數(shù)分布云圖與照度達標小時云圖等四、基于BIM的性能化設計——應用流程基于BIM的結構性能設計典型應用流程——抗震性能設計為例對于鋼筋混凝土結構，當采用抗震性能設計時。主要流程如下：4321根據(jù)結構使用年限和抗震設防區(qū)劃確定地震加速度水準和地震影響系數(shù)最大值。選定地震動水準根據(jù)性能水準，執(zhí)行正截面與斜截面設計或彈塑性計算選擇性能目標根據(jù)房屋高度、外觀規(guī)則形狀等級等，選擇適用的性能目標根據(jù)性能目標選擇性能水準四、基于BIM的性能化設計——應用價值BIM設計的重點在于，所結合的性能化分析都以BIM的參數(shù)化模型為中心。模型與性能化分析之間的聯(lián)系不斷往返確定，每一次分析后的修改都基于建筑模型，每一種分析都與其他分析相輔相成。性能化設計所采用的性能水準是基于結構中構件破壞的不同程度的宏觀定義，因此與我國抗震設防的三水準緊密契合，相對于常規(guī)設計方法而言，構件的抗震性能非常明確。目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計五、基于BIM的協(xié)同設計——概述協(xié)同設計是以在設計院各專業(yè)間、項目各參與方/角色之間展開基于設計過程和設計成果的信息交互共享為特征的設計組織形式。數(shù)字化和信息技術的發(fā)展，重新定義了協(xié)同設計，協(xié)同設計轉變?yōu)榛诰W(wǎng)絡設計通信手段和設計過程的組織管理方法，可以實現(xiàn)各專業(yè)之間的數(shù)據(jù)可視化和共享。建筑轉結構利用建筑結構模型利用建筑、結構、機電模型建筑設計結構設計機電設計綠化設計五、基于BIM的協(xié)同設計——概述典型應用場景基于BIM的協(xié)同設計有兩個典型場景：在設計的各個專業(yè)之間，通過專業(yè)間智能提資進行協(xié)同的方式。在設計企業(yè)內(nèi)，借助BIM的數(shù)模一體化和可視化優(yōu)勢，各參與方以統(tǒng)一的設計數(shù)據(jù)源為基礎以可視化和參數(shù)化使設計成果更加合理落地，滿足全參與方的數(shù)據(jù)交互需求。專業(yè)間協(xié)同使設計由離散的分步設計向基于同一模型的全過程設計轉變，通過BIM模型連接各專業(yè)設計數(shù)據(jù)，使協(xié)同效率更高，設計質量更優(yōu)跨角色協(xié)同五、基于BIM的協(xié)同設計——應用流程基于廣聯(lián)達協(xié)同設計平臺的BIM協(xié)同設計流程43251協(xié)同平臺的輕量級查看和渲染功能，支持項目負責人進行階段性匯報，根據(jù)階段性需要進行成果封裝及交付項目交付支持各專業(yè)設計師在平臺中開展設計交底及會商，各參與方開展設計協(xié)同各專業(yè)、各參與方協(xié)同企業(yè)管理者通過協(xié)同企業(yè)管理者可創(chuàng)建企業(yè)虛擬組織，對企業(yè)數(shù)字化構件庫進行管理及分配項目配置項目負責人以企業(yè)分配的資源為基礎，進行項目的分工及工作單元的創(chuàng)建項目配置及管理項目負責人在協(xié)同平臺進行輕量化的設計成果檢查，進行碰撞檢查、版本對比、凈高分析等，完成項目的成果檢查質量管理五、基于BIM的協(xié)同設計——應用流程PKPM-BIM基于中心數(shù)據(jù)庫的構件級協(xié)同設計流程在該情景下，全專業(yè)均將采用集成在PKPM-BIM平臺上的成熟應用模塊：PKPM-AC（建筑模塊）、PKPM-PC（結構及裝配式模塊）和PKPM-BIM機電模塊。此時，各專業(yè)模型可進行平臺內(nèi)的無縫對接與參照，并進行專業(yè)間信息的傳遞與應用，協(xié)同融合度及匹配度最高，例如：建筑模型中用戶指定的圖層內(nèi)容可轉化直接為結構模型構件；結構計算后優(yōu)化的構件截面尺寸可反提資至建筑模型作為參考；機電模型內(nèi)的設備信息可與裝配式模型互通，直接完成預制構件內(nèi)的預留預埋設計。五、基于BIM的協(xié)同設計——應用價值基于BIM的協(xié)同設計，將設計全專業(yè)、全參與方圍繞數(shù)據(jù)交互平臺開展工作的軟件數(shù)據(jù)連接，打破了軟件間的數(shù)據(jù)壁壘將協(xié)同基礎由文件提升為數(shù)據(jù)，支撐設計數(shù)據(jù)高效精準傳遞，用戶可按需檢索、查詢設計數(shù)據(jù)，改變協(xié)作模式以設計數(shù)據(jù)為核心輔助管理決策者進行智能分析，產(chǎn)業(yè)上下游數(shù)據(jù)傳遞，賦能建筑全生命周期基于BIM的協(xié)同設計平臺化方式，用戶可以在模型中或輕量化瀏覽狀態(tài)下進行問題的及時追蹤，審查設計成果以基于BIM的協(xié)同設計平臺為中樞，提供滿足全參與方可共享設計內(nèi)容的交互平臺，打破專業(yè)間的語言隔閡賦能建筑全生命周期提高設計質量提升工作效率提高項目效率發(fā)揮數(shù)據(jù)價值目錄五、基于BIM的協(xié)同設計六、BIM設計智能化一、智能建造設計概述二、標準化設計三、參數(shù)化設計四、基于BIM的性能化設計六、BIM設計智能化——概述及應用BIM設計智能化是指在建筑信息模型的信息應達到系統(tǒng)化、標準化、規(guī)范化、專業(yè)化基礎上，采用計算機模擬人類的思維活動，成為設計人員的重要輔助工具，通過計算機自學習機制