《智能建造技术与装备》 课件 第八章 智能建造设计

智能建造技术与装备第八章：智能建造设计目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计一、智能建造设计概述概述建造设计——是指建筑物在建造之前，设计者按照建设任务，把施工过程用图纸和文件表达出来，作为建造工作中互相配合协作的共同依据。智能设计——是指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。数据挖掘、知识图谱、建筑设计、平面设计、时尚设计、交互设计、工业设计、智能产品设计……覆

盖

领

域一、智能建造设计概述智能设计五大特点5G塔机远程驾驶舱国内首个智能装备管理平台五大特点以传统CAD技术为数值计算和图形处理工具以设计方法学为指导，从根本上取决于对设计本质的理解以人工智能技术为实现手段，借助专家系统技术在知识处理上的强大功能提供强大的人机交互功能面向集成智能化一、智能建造设计概述智能建造设计特征分类工程上的智慧建造技术目前依据设计特征，智能设计主要可以分为标准化设计、参数化设计、基于BIM的性能化设计、基于BIM的协同设计以及BIM设计智能化5个方面。性能化设计协同设计设计智能化参数化设计标准化设计目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计二、标准化设计——概述标准化设计包含设计元素标准化、设计流程标准化、设计产品标准化，设计管理的标准化。以住宅设计为例，标准化户型、标准化空间、标准化装修等的设计与管理流程的标准化已经得到大量应用概述标准化设计的核心是将现有工作中的通用部分进行固化，形成统一模式进行输出，使标准化操作更加符合偏管理范畴。二、标准化设计——应用流程减少因组织人员流动、人员能力等问题带来的人为设计管控风险设计流程标准设计元素标准化产品标准化标准化设计的转型升级设计流程标准化是标准化设计的重要组成部分设计各专业之间协作的标准化设计管理过程中各环节的管理人员、管理规范、管理步骤等的标准化提高设计管理效率，并利于形成高效协作的设计和管理团队二、标准化设计——应用流程设计流程标准设计元素标准化产品标准化标准化设计的转型升级设计元素——设计绘图建模过程中的设计工具、设计步骤、模型或图纸的组成元素、参考规范、出图样式等。以模型或图纸的组成元素为例，模型和图纸的组成元素可以分为基本元素和组合元素两大类、设计基本元素包括墙体、门、窗、柱、标注等，而设计组合元素则包括构件库中的组合构件、功能房间、标准化工程做法等二、标准化设计——应用流程设计流程标准设计元素标准化产品标准化标准化设计的转型升级工程项目作为一种以建成成果为载体的对象，本身也是一种产品。工程项目产品的标准化设计既包含最终成果的标准化设计，也包含组成最终成果的部分单元的标准化设计。二、标准化设计——应用流程设计流程标准设计元素标准化产品标准化标准化设计的转型升级

企业层项目层岗位层通过搭建项目层设计数据标准体系，应用岗位层的数字化标准成果，使设计标准与施工的专业深化设计，做法标准等进行对接，实现项目设计与施工的数据贯通通过数据资产的沉淀和数据分析，形成标准化指导文件和制度、优化企业资源配置，实现企业管理最优化标准化设计模式将结合国内设计规范、设计单位设计经验、在构件标准化、流程标准化、变更协调、深化设计等方面，为设计人员提供一套标准化设计解决方案二、标准化设计——应用价值政府规划设计主管部门设计公司建设方施工企业设计参与方提高了行政审批手续效率规范行业的发展行为利于企业经验积累和标准化成果输出便于沟通提升设计成果质量、保证生产效率便于多专业衔接与多方配合数据标准是智能审查与智能设计的基础加强企业对内部开发的产品、工作流程、审图和最终成果的管控积累施工管理经验，形成固定的技术与施工范式施工质量和施工工艺标准的提升标准化设计的核心是将现有工作中的通用部分进行固化，形成统一模式进行输出，使标准化操作更加符合偏管理范畴。标准化的实施，对于建造参与的各方都有巨大的帮助。目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计三、参数化设计——概述参数化设计（ParametreDesisn）将结构的几何形态、材料属性等关键参数，进行抽象和参数化，根据需要进行优化和改进。“参数”实际上为数学领域的概念，而参数化设计则在广义上可理解为一种基于数字化技术的设计手段。参数化设计需要将设计的结果转变为参变量，这一过程可理解为参变量设计。设计领域的参变量可以理解为两种设计元素间的关系表现，参变量设计便是通过计算机建立这种关系，从而达到对设计结果的掌控。核心——将设计过程模块化，通过调整参数来实现设计的灵活性和可控性。参

数设

计三、参数化设计——应用流程常见的逻辑规则设计方法包括：吸引子算法可以理解为“场”的程序化。通过场的影响改变空间内对象与吸引子的距离关系，从而生成不同的形态。吸引子可同时进行多个场的叠加，并且可通过吸引力变化，对最终设计结果生成干预，在动态干预中寻找最佳设计结果。吸引子算法这种算法具有自相似性、反复迭代以及标度不变性等特征。其所生成的建筑形态更类似于自然界中的叶子脉络、雪花等。在参数设计中需要率先将一种规则反复作用于设计元素上，通过反复作用生成具有自然美感的设计结果。分形迭代算法在进行指定模块设计时采用无规则处理手段，使其在特定规则内进行随机变化。建筑设计师可以通过调节随机种子来改变生成的结果，并从众多生成方案中选取最符合预期的设计方案。随机算法020301三、参数化设计——应用流程非线性建筑的参数化设计流程设计师需要预选出建筑设计的关键影响因素进行数据化模拟常见因素包括人员流向影响、采光日照影响、周围建筑影响等通过编程软件分析这些因素间的关系及其对建筑造型的影响，从而获取基本的设计参数设计要求的数据化在经过上述处理以后，最终可以得到建筑参数化设计的非线性复杂形式，从可视化结果中可初步判断该形体是否符合预期。设计形体反馈与结构逻辑的确定加入在初始建模中未考虑的其他因素，与既有参数变量间的关系模型，通过对关系模型的演变与优化，从而生成尽可能涵盖各类因素的建筑设计方案。设计雏形的演变和优化在获取基本的设计参数以后，需要通过编程软件对参数间的关系进行描述，从而生成设计要求与建筑造型间的建筑数据关系模型。利用编程软件进行参数化建模三、参数化设计——应用价值设计案例参数化设计的应用领域已经非常广泛，包括工业设计、城市规划、建筑设计、景观设计等。在建筑领域，国家体育场、上海中心大厦、北京大兴国际机场等重大项目都有参数化设计应用在其中。大兴国际机场内部景观针对设计难点：以复杂结构支撑的空间网格结构的参数化设计为例。由于空间曲面复杂，单元和节数量庞大，节点与单元之间的连接非常繁琐。一般设计手段，结构工程师要在结构建模方面耗费大量的时间和精力参数化设计应用优势：应用参数化设计，空间网格结构可以自动建模，设计师可以快速将工作重点集中在计算结果和结构方案的分析优化上，也可以对建模进行多方案比较再进行后续设计。参数化设计三、参数化设计——应用价值以北京银河SOHO的参数化设计为例银河SOHO坐落于北京朝阳门，总建筑面积达330117m2，由扎哈·哈迪德建筑事务所设计完成，平面设计与结构初步设计中均使用BIAD完成。建筑设计中借鉴了中国院落的主题思想，创造了一个相互连通的内部空间结构。北京银河SOHO在设计初期阶段，选择使用“细分表面”确定建筑主表面的参数驱动几何体，其非线性参数化设计中，通过水平横切方式生成驱动式表面，采用表面几何体圆环和白色几何体插入的方式塑造流动性曲线结构。目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计四、基于BIM的性能化设计——概述BIM的性能化设计内容四、基于BIM的性能化设计——应用流程性能化关联图四、基于BIM的性能化设计——应用流程基于BIM的室外环境性能化设计典型应用流程4321选择项目所在省份、城市、系统自动匹配对应的气象、环境与地域资源数据选择环境参数设定最后可将建立模型、选用的气象数据、专业参数、模拟分析数据、效果图与判定结论自动输出形成可溯源的报告书输出结果建立待建项目与周边构筑物及物体相关专业参数基于BIMBase建立建筑、道路、绿化、水体等；根据植被类型（乔木、灌木等）指定叶片渗透系数等专业参数。模拟计算调用不同内核进行模拟分析，生成居住区平面与建筑立面噪声强度云图四、基于BIM的性能化设计——应用流程基于BIM的室内环境性能化设计典型应用流程4321选择项目所在省份、城市、系统自动匹配对应的气象、环境与地域资源数据选择环境参数设定最后可将建立模型、选用的气象数据、专业参数、模拟分析数据、效果图与判定结论自动输出形成可溯源的报告书输出结果建立待建项目或直接读取BIM模型建立包含墙、门窗、楼板、照明、空调系统等设定各类材料，如钢筋混凝土、岩棉板等，对应不同的热工性能模拟计算调用不同内核进行模拟分析，生成风速云图与空气龄云图，采光系数分布云图与照度达标小时云图等四、基于BIM的性能化设计——应用流程基于BIM的结构性能设计典型应用流程——抗震性能设计为例对于钢筋混凝土结构，当采用抗震性能设计时。主要流程如下：4321根据结构使用年限和抗震设防区划确定地震加速度水准和地震影响系数最大值。选定地震动水准根据性能水准，执行正截面与斜截面设计或弹塑性计算选择性能目标根据房屋高度、外观规则形状等级等，选择适用的性能目标根据性能目标选择性能水准四、基于BIM的性能化设计——应用价值BIM设计的重点在于，所结合的性能化分析都以BIM的参数化模型为中心。模型与性能化分析之间的联系不断往返确定，每一次分析后的修改都基于建筑模型，每一种分析都与其他分析相辅相成。性能化设计所采用的性能水准是基于结构中构件破坏的不同程度的宏观定义，因此与我国抗震设防的三水准紧密契合，相对于常规设计方法而言，构件的抗震性能非常明确。目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计五、基于BIM的协同设计——概述协同设计是以在设计院各专业间、项目各参与方/角色之间展开基于设计过程和设计成果的信息交互共享为特征的设计组织形式。数字化和信息技术的发展，重新定义了协同设计，协同设计转变为基于网络设计通信手段和设计过程的组织管理方法，可以实现各专业之间的数据可视化和共享。建筑转结构利用建筑结构模型利用建筑、结构、机电模型建筑设计结构设计机电设计绿化设计五、基于BIM的协同设计——概述典型应用场景基于BIM的协同设计有两个典型场景：在设计的各个专业之间，通过专业间智能提资进行协同的方式。在设计企业内，借助BIM的数模一体化和可视化优势，各参与方以统一的设计数据源为基础以可视化和参数化使设计成果更加合理落地，满足全参与方的数据交互需求。专业间协同使设计由离散的分步设计向基于同一模型的全过程设计转变，通过BIM模型连接各专业设计数据，使协同效率更高，设计质量更优跨角色协同五、基于BIM的协同设计——应用流程基于广联达协同设计平台的BIM协同设计流程43251协同平台的轻量级查看和渲染功能，支持项目负责人进行阶段性汇报，根据阶段性需要进行成果封装及交付项目交付支持各专业设计师在平台中开展设计交底及会商，各参与方开展设计协同各专业、各参与方协同企业管理者通过协同企业管理者可创建企业虚拟组织，对企业数字化构件库进行管理及分配项目配置项目负责人以企业分配的资源为基础，进行项目的分工及工作单元的创建项目配置及管理项目负责人在协同平台进行轻量化的设计成果检查，进行碰撞检查、版本对比、净高分析等，完成项目的成果检查质量管理五、基于BIM的协同设计——应用流程PKPM-BIM基于中心数据库的构件级协同设计流程在该情景下，全专业均将采用集成在PKPM-BIM平台上的成熟应用模块：PKPM-AC（建筑模块）、PKPM-PC（结构及装配式模块）和PKPM-BIM机电模块。此时，各专业模型可进行平台内的无缝对接与参照，并进行专业间信息的传递与应用，协同融合度及匹配度最高，例如：建筑模型中用户指定的图层内容可转化直接为结构模型构件；结构计算后优化的构件截面尺寸可反提资至建筑模型作为参考；机电模型内的设备信息可与装配式模型互通，直接完成预制构件内的预留预埋设计。五、基于BIM的协同设计——应用价值基于BIM的协同设计，将设计全专业、全参与方围绕数据交互平台开展工作的软件数据连接，打破了软件间的数据壁垒将协同基础由文件提升为数据，支撑设计数据高效精准传递，用户可按需检索、查询设计数据，改变协作模式以设计数据为核心辅助管理决策者进行智能分析，产业上下游数据传递，赋能建筑全生命周期基于BIM的协同设计平台化方式，用户可以在模型中或轻量化浏览状态下进行问题的及时追踪，审查设计成果以基于BIM的协同设计平台为中枢，提供满足全参与方可共享设计内容的交互平台，打破专业间的语言隔阂赋能建筑全生命周期提高设计质量提升工作效率提高项目效率发挥数据价值目录五、基于BIM的协同设计六、BIM设计智能化一、智能建造设计概述二、标准化设计三、参数化设计四、基于BIM的性能化设计六、BIM设计智能化——概述及应用BIM设计智能化是指在建筑信息模型的信息应达到系统化、标准化、规范化、专业化基础上，采用计算机模拟人类的思维活动，成为设计人员的重要辅助工具，通过计算机自学习机制