建筑业的数字化探索与实践

热烈祝贺中国建筑科学研究院成立70周年！建筑业数字化探索与实践目录01

建筑业数字化的发展需求02

建筑业数字化解决方案探索03

建筑业数字化展望2建筑业数字化的发展需求第一部分有限公司chinaAcademyof

Building

Research中

建

科

研究院2016年2020年9月2022年1月2017年2021年3月十三届全国人大四次会议《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个

五年规划和2035年远景目标纲要》加快数字化发展，建设数字中国国务院《“十四五”数字经济发展规划》到2025年，数字经济迈向全面扩展期，数字经

济核心产业增加值占GDP比重达到10%习近平总书记在第二届世界互联网大会开幕式上强调：中国正在实施‘互联网+’行动计划，

推进“数字中国”建设中共中央办公厅、国务院办公厅

《国家信息化发展战略纲要》把“数字中国”建设和发展信息经济作为信息化工作的重中之重。党的十九大报告：加强应用基础研究，实施国家重大科技项目，支撑数字中国、智慧社会的建设。国务院国资委：《关于加快推进国有企业数字化

转型工作的通知》国家战略

数字转型推进“数字中国”建设

数字化

转型2015年4主要方向（一）筑基础，夯实数字化转型技术支撑。（二）搭平台，构建多层联动的产业互联网平台。（三）

促转型，加快企业“上云用数赋智”。（四）建生态，建立跨界融合的数字化生态。（五）兴业态，拓展经济发展新空间。（六）强服务，加大数字化转型支撑保障。国家战略

推进“上云用数赋智”行动2020.04.07

国家发展改革委、中央网信办印发《关于推进“上云用数赋智”行动

培育新经济发展实施方案》的通知5不同行业的数字化探索他山之石

其他行业数字化、智能化的成功经验航空航天行业汽车行业6©ZHA设计日趋复杂行业需求

行业面临的挑战性能目标日益多元化(安全、成本、减碳、装配化率...)成本要求严苛7行业需求

建筑行业数字化行业发展的角度：.我国城市发展已进入城市更新的重要时期

，

由过去大规模的增量建设

，

向存量的提质改造和增量的结构调整并重转变.30/60“双碳目标”.人民对美好生活的向往

，“好房子”的建设.举全行业之力打造‘数字住建’需求8大势所趋

建筑行业数字化从企业发展的角度：建筑业告别高增长时代

，竞争加剧

，建筑企业需要借助数字化

，重新构建新的核心竞争力建筑行业向绿色化、工业化、数字化转型发展

是大势所趋9建筑业数字化解决方案探索第二部分智能设计、智能施工、智能运维有限公司chinaAcademyof

Building

Research中

建

科

研究院建筑业数字化解决方案探索提高设计质量提升设计效率助力设计创新超高层建筑安全运维实时监测和快速反馈BIM技术、人工智能设计施工运维一体化数字化质量安全进度建筑工业化和机器人智能设计智能运维智能施工建筑业数字化解决方案探索11智能结构方案设计工程勘察设计是工程建设的先导和灵魂

，提高工程勘察设计质量，充分发挥工程勘察设计行业在工程建设中的主导地位和引领作用。造价空间功能安全方式II方式I施工便

捷碳排放12尺寸/截面材料荷载施工顺序节点做法BIM模型优化算法规范有限元分析

截面属性内力需求/能力比偏微分方程

有限元模型结构模型结构方案建筑方案结构方案结构模型形状功能空间表面纹理/通透度

净高模块化自然语言处理

NLP智能结构方案设计——结构设计过程的智能化路径参数化模型

图

Graph规范机器学习拓扑网格传力路径

结构体系分析模型人类机器人-机关键词技术13结构模型结构模型结构方案结构方案建筑方案分析模型智能结构方案设计——结构设计智能化技术方案PKPMGH其它插件APIBIMBaseRevitRhinoPKPM

-AID人类解决方案机器人-机PKPM14构件截面优选无需再依靠经验"拍截面"，程序自动搜索经济性最优的截面，让

"安全"与

"经济"不再成为需要取舍的两难。正向智能辅助设计建模初始基于AID，只需结构构件的布置位置和截面库，程序自动确定最优截面，大幅提高方案阶段的工作效率方案比选全面参与前期的正向设计过程，借助优化算法的高效性，在限定的时间内做多方案比选，从而参与到方案的优化。整体指标控制自动确定调整方向，让更高效的"算法调试"代替

"人工试错"

，快速帮助工智能设计-结构智能辅助设计（PKPM-AID)智能辅助设计●---------●15智能结构方案设计——算法式设计工程师定规则，算法自动计算！161.智能截面优选模块：

钢结构构件截面优选

次梁截面优选

地库梁截面优选

构件截面超限

减小梁高，增加结构使用层高

任何结构体系任何截面构件承

载力为基础的截面优选2.高级指标控制模块：

针对大指标及构件指标不满足的情

况下，调整构件截面使得指标满足，

同时控制结构造价尽可能低

针对大指标及构件指标满足的情况

下，调整构件截面使得结构造价尽

可能低，同时控制指标仍满足智能设计-结构智能辅助设计（PKPM-AID)智能辅助设计17智能结构方案设计——截面优选与指标控制截面优选最优设计考虑整体指标后最优设计同时满足截面和整

体指标的可行域目标函数

等值线截面优选可行域变量1变量2上限上限下限下限18满应力设计应力计算混凝土截面强度计

算挠度、变形风舒适度约束强度设计钢截面强度与稳定计算组合截面计算配筋要求层剪切承载力约束构造设计构件几何约束构件之间几何约束型钢截面构造要求倾覆力矩比例约束刚度设计位移角约束扭转位移比约束扭转周期比约束层刚度比约束智能结构方案设计——包含的设计要求19PKPM-AID实际工程案例造价优化对比图800

7006005004003002001000

优化前

优化后

百分比框筒框剪框架框架框架框架框架框架框架框剪优化前682.002362.5143.3141.05128.51103.16679.8845.438.9724.5优化后616.089352.7129.8131.11116.1297.73474.344.3535.719.5百分比9.7%2.7%9.4%7.0%9.6%5.3%7.0%2.3%8.4%20.4%在安全前提下，提高设计效率和设计质量智能结构方案设计——实际工程应用效果20智能结构方案设计——行业应用情况中国院、四川省院、西南院、基准方中、上海天华、中建八局、上海中森、精工钢构、巴特勒、杭萧钢构等，百余家设计院、数百个实际工程应用PKPM-AID提高设计效率和设计质量21持续推进施工图审查制度改革完善施工图联合审查机制“十四五”工程勘察设计行业发展规划

强化施工图监管作用

严格落实建设、设计、审查责任

推进施工图审查数字化、智能化

扩大人工智能审查、

BIM审查加大审查信息公开力度聚焦结构、消防等安全审查智能审查助力施工图审查行业改革

22图审改革下，设计院应加强自审制度，保证设计质量23施工图审查的发展史智能审查助力施工图审查行业改革智能审查助力施工图审查行业改革地区1，

2020年新建建筑工程图纸审查中，违反次数较多的规范及条文情况以上条文以消防、结构专业为主24智能审查助力施工图审查行业改革地区2，

2021年新建工程图纸审查中，结构专业违反较多的规范及条文情况以上条文大部分为可量化的构造措施类条文25此类问题特点：

属于强制性条文，结构设计必须满足

涉及条文多，犯错频率高

属于构件级构造措施要求，单根构件不满足对结构整体影响较小

构件数量众多、逐一校对耗时大解决方案：1、利用人工经验抽查关键构件结果2、采用软件工具校对结果，实现构件、条文全覆盖构造措施类问题智能审查助力施工图审查行业改革26智能审查助力施工图审查行业改革建筑、结构、机电、消防等专业探索智能审查建筑、机电、消防（PKPM-AIChecker）结构专业（结构施工图审查）27总数107条平面布置19条空间关系2条管道布置8条疏散楼梯13条疏散距离1条疏散门及安全出口17条电梯、消防电梯13条防火分区类1条防火墙及分隔8条建筑类别及耐火等级6条其他7条建筑专业

机电专业室内消火栓系统9条自动喷水灭火系统3条智能审查助力施工图审查行业改革覆盖条文：建筑专业87条，机电专业20条，结构专业99条（2023.5月数据）总数99条梁审查26条柱审查28条剪力墙审查16条整体指标29条结构专业地区1易错条文TOP10

，当前已实现/部分实现6条（2结构+4消防）

智能审查206条28构造措施类问题

，

PKPM混凝土施工图审查规范覆盖率90%以上智能审查助力施工图审查行业改革29问题分类办公楼商业中心地库住宅配筋构造类问题占比7.4%1.2%12.5%2.6%10.6%1.9%5.2%0.3%

传统校审的工程PKPM软件校审的工程借助软件校审的主要成效：

减轻人工核对配筋的工作量

有效规避强条和重要性条文

边设计边校审，提高内审效率额外收益：图面检查，减少笔误带来的图纸变更同类条文归并，协助设计人员对规范理解经济性检查，控制构件细部用钢量构造措施类问题对多家设计院的多个项目外审意见进行分类统计，

其中配筋构造类意见的数量占比统计如下：采用校审软件校对后，能够显著降低构造措施类的强条数目智能审查助力施工图审查行业改革30智能审查助力施工图审查行业改革自主BIMBase平台CIM平台CIM平台智能审查BIM交付31BIM施工图审查系统运行情况项目完成审查数量140120100806040200智能审查助力施工图审查行业改革搭建智能审查系统，向CIM基础平台源源不断输送高质量BIM模型68

1112123456

789101112123456

7891011121234

5678月月

月2020月月月月月月月

月2021月月月月月月月月月月月

月2022月月月月月月月月月

月2023月月月

某系统2020年10月正式运行以来，项目总数达1434个，参与的各类企事业

单位达到832个

，模型总计达到17960个。

项目与模型数量每月的增长量持续增加，总体呈现出加速增长的趋势。

14

1720

20

7

20

20

11322133

1522

29

2231

2127

25

152837394133434644445

1

41

12上传中83审查中298已审查1053建设单位496设计单位309审图机构27CIM平台数据底板

政府审批与数据沉淀11732智能设计创造价值提高设计效率提高设计质量寻求最优方案提升业主满意度有效减少碳排放智能设计33建筑业数字化解决方案探索提高设计质量提升设计效率助力设计创新超高层建筑安全运维实时监测和快速反馈BIM技术、人工智能设计施工运维一体化数字化质量安全进度建筑工业化和机器人智能设计智能运维智能施工建筑业数字化解决方案探索34设计生产运输

施工

运维监管装配式建筑设计软件PKPM-PC/PS出库装车与运输轨迹跟踪工程项目全生命周期数字化平台建筑工业化项目管理系统预制构件智慧工厂管理系统以数字化平台和BIM技术为支撑，打通工程项目设计、生产、施工、运维数据。智慧施工——设计施工运维一体化绿建运维与动态评价系统BIM审查与质量追溯35通过项目的数字化交付，将设计数据和施工过程信息传递到运维阶段。智慧施工——设计施工运维一体化实体交付设计项目向业主交付

两个工程数字交付实体交付数字

化移交项目

规划运行

维护移交施工验收运行在建测试竣工制造生产立项工程36通过基于BIM的质量安全管控平台，加强施工阶段的可视化质量安全交底、典型质量安全隐患监控，质量安全亮点做法宣传等。37直观展示项目典型质量问题、安全隐患，并展示项目安全、质量亮点做法，供其他项目学习。智慧施工——基于BIM的质量安全管控实体交付数字交付依据公司质量管控流程，通过数字化平台，将每个工程项目的质量管理目标、质量管控过程和绩效考核等质量知识库质量问题库

质量检查质量惩罚

管理质量复查

质量整改数字化、可视化、精细化，确保管理规范和责任清晰。

38质量控制管理智项慧目施全

建质造量平管控流程质量目标管理质量分析质量考核管理装配式PC构

件进场验收分部分项工

程质量验收装配式隐蔽

工程验收装配式吊装

过程管理质量检查与整改质量奖励

管理项目质量

策划项目质量

目标项目质量

制度质量事故记录质量统计分析质量事故质量检验质量看板质量奖项安全专项措施

安全问题库安全检查4

安全复查

安全整改安全事故记录安全培训计划安全培训记录安全奖励管理安全统计分析安全惩罚管理安全看板安全奖项基于安全知识库和危险源库，通过数字化平台，结合公司的安全管控体系，推动安全管理的数字化、可视化、精细化。

39安全知识库安全目标管理安全过程管理安全培训管理安全考核管理安全分析安全目标管理安全控制计划及

方案安全管理制度安全应急预

案危险源辨识

与风险评价安全应急演

练重大危险源

清单职业健康专

项措施智慧施工——数字化安全管控流程安全体系管理安全措施方案安全检查及整改安全事故管理智慧施工——数字化质量安全验收可按分部-子分部-分项-检查项的逻辑（不同体系结构有可能不同）分别维护集团级工序验收、桩基验收、渗漏验收、安全验收知识库。现场施工、监理、项目部成员使用APP按统一的内容进行逐项验收，并通过总结对知识库进行不断完善沉淀形成集团标准库。针对质量安全检查项的数字化验收，通过APP手机端高效简便，沉淀企业的质量安全知识积累。40⏩

APP验收界面

（如砼浇筑按主控项、

一般项逐项对照验收）▶️工序验收指标配置（如砼浇筑主控项、

一般项等）囚工序验收目录结构（如主体结构

-砼工程-砼浇筑）面向建筑工业化，通过数字化和二维码技术，实现构件的设计、深化、生产、运输、现场安装等全过程一体化。

41建筑工业化智慧施工——数字化赋能建筑工业化运输管理运次管理

运输信息进场签收进场验收

隐蔽工程

构件安装

构件交付计划管理进度管理质量文件合格证管理构件清单BIM看板

阶段看板采购管理构件管理生产管理进场管理订单管理

订单确认1-

自动同步云端标准构件2-多专业智能建模3-专业间智能提资4-装配式构件智能拆分5-结构抗震优化6-冲突智能检测7-建筑性能设计8-

自动化一键成图9-智能统计工程量10-智能统计装配率11-生成审查报审文件12-设计数据对接构件加工智能设计：装配式建筑设计的标准化、智能化、协同设计结构计算分析结果生成三维信息模型专业间提资-生成接线盒-钢筋调整钢筋碰撞检查&参数化快速调整基于标准构件库的智能拆分42交付物生成www.yiliushijue.com直接生成图纸、

BOM清单/对接工厂管理系统、加工设备

深圳市一六区视觉路666号1234-

56789900对接审查对接多地装配式审查、管理系统轻量化查看

对接各类加工厂管理系统以设计为源头的数据中心，为全产业链数据应用提供支撑PKPM-

PC数据中心生成各地指标计算表格三一叠合构件生产线南京信息管理平台德国安夫曼生产线数据对接指标计算对接revit……43

设计数据自动对接生产，实现构件自动化加工智慧工厂管理平台45构件可追溯性质量管控质量检查环节构件二维码标签入库环节生产环节46智慧施工——数字化赋能施工机器人安全管理电子围栏、

VR教育、

临边防护、

公共广播、

安全巡

检、

门禁管理、

深基坑监测、

高支模防护、

视频监控

、消防报警、污水检测、节水节电、目前建筑行业推动智能建造，在项目现场展开施工机器人或智能装备的应用，搭建基于BIM的物联网中台，解决机器人面临的多协议、多数据接口和数据交换问4题7。全景监控环境检测、、垃圾清运噪声扬尘收验货系统、

混凝土标养、

构件管理、混凝土测温、二

维码应用、

构件安装、

无人值守地磅智能配电箱、塔机安全、施工电梯、车辆、定位、二维

码巡检、卸料平台智能安全帽、劳务实名、消费、交底、访客登记、人

脸对比、行为分析智能回弹仪、智能检测、质量巡检、二维码交底、质

量样板、实测实量物料管理环境监测人员管理质量管理机具管理建筑业数字化解决方案探索提高设计质量提升设计效率助力设计创新超高层建筑安全运维实时监测和快速反馈BIM技术、人工智能设计施工运维一体化数字化质量安全进度建筑工业化和机器人智能设计智能运维智能施工建筑业数字化解决方案探索48风险隐患多

部分超高层建筑服役已超过30年

超高层建筑人员密集，

一旦出现安全事件损失严重、

社会影响大

保障超高层建筑运行安全意义重大

我国既有超高层建筑数量多、体量大

我国150m以上超高层建筑共计2963栋

，位居世界第一

世界最高建筑排名前10栋

，

中国占其中6栋

，位

居世界第一

超高层建筑服役周期长、服役环境复杂，运行安全区域局部恐慌人员紧急疏散社会舆论关注调查处置耗时长经济损失大基于BIMBase平台的超高层建筑安全运维——背景及意义数据来源：世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）5·18深圳赛格大厦振动事件天津

周大福北京

中国尊广州

东塔深圳

平安上海

中心台北

10149将BIM技术、人工智能技术与结构分析、监测、评估、预警相结合，融合物理模型与

数字模型，研发超高层建筑运维平台，实现

超高层建筑结构安全性态实时评估和突发事

件的快速反馈。数据处理安全预警基于BIMBase平台的超高层建筑安全运维——现状及目标尚无实例已有初步应用BIMBase平台监测数据模型反馈实时计算健康监测模型修正互为校核50振动信号采集数字图像结构监测系统结构损伤位置预测结构性态结构损伤程度楼层80604020000.005

0.010.015

X主向层位移角0.02结构力学响应结构损伤超高层项目基于监测数据与仿真分析的实时结构性能评估及安全运维平台BIM平台基于BIMBase平台的超高层建筑安全运维——总体研究内容L0259PAPBPCPD1/1001/50结构响应智能分析技术结构性态智能感知技术100120材料参数修正

体系参数修正模型修正互为校验快速计算损伤预测修正计算模型51研究内容——监测数据处理展示.

基于BIM平台三维展示功能，实现健康监测信息的集成显示，

形成健康监测信息展示平台监测内容监测项目荷载监测地震波加速度风速、风向、风压环境温湿度结构响应监测结构地震响应风振位移、加速度竖向变形结构倾斜不均匀沉降监测关键部位应力、应变结构振型、频率、阻尼比系统集成展示智能感知采集信号传输数据处理复杂超限工程监测平台524003002001000-100-200-300-400

3530252015105-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400201612840计算值5-HZ1-ST-MR15-HZ3-ST-MR12017-01-132017-02-112017-03-122017-04-102017-05-09结构计算模型实时计算120100L02598060PA40PCPD201/5000X主向层位移角响应分析研究内容——结构响应实时分析技术.

利用平台，实现健康监测与结构分析深度融合，开发结构响应实时分析技术，与物理模型实时校核BIMBase

平台结构响应校核结构分析系统健康监测系统荷

载监测响

应监测荷载信息

输入0.0050.010.0150.02应力

（

MPa）53楼层1/100PB研究内容——结构损伤识别和状态评估技术.

基于监测数据和数值模型修正的双重驱动，实现损伤快速定位和结构状态快速评估神经网络方法数据趋势分析材料参数修正体系参数修正0.80.60.40.20.0-0.2-0.405

101520253035楼层号整体性能评估数据驱动监测的超高层建筑局部损

伤反演模型驱动损伤定位54MCCSM研究内容——基于BIMBase的监测平台开发.

融合结构分析技术进行结构状态评估，

多端发布评估结果和预警信息BIMBase平台移动、桌面多平台覆盖结构评估结果决策处置维护建议安全预警信息发布55基于健康监测系统获取的海量数据，利用神经网络等人工智能方法进行趋

势分析和数据挖掘，实时

评估结构安全状态。等多种传感器设备，智能感知结构整体和局部性态，

实现前端数据实时采集传输。构分析模型，进行结构参数反演和结构响应计算，作为结构安全状态评估的

依据。展示中心，实现物理模型与分析模型的深度融合，为复杂超限工程建造及运维阶段健康监工作进展——基于BIMBase超高层结构健康监测理论及技术框架令

应变加速度、传感技术采用位移、智能心的数据管理系统，实现海量监测数据的高效管理和快速处理。

建立工

统为核

程数据库系数据库技术

测系统赋能。

BIM平台作为数