世互未来中心项目：AI+BIM国产化软件设计全过程应用
转自：中国建设新闻网
在建筑设计中，BIM模型中融合了其中各方面的数据。人工智能可以帮助我们分析设计中的大量数据，利用计算机学习算法发现潜在的设计问题或优化建议、自动扫描和检测模型中的冲突，还可以自动评估设计方案的性能、效率和可持续性，并提供改进建议。有助于设计师在早期阶段发现并解决问题，提高设计质量和效率，减少后续施工阶段的错误和成本。
一、项目概况
世互未来中心生产研发基地项目选址于浙江省杭州市钱塘区，规划地块位于新加坡科技园内。项目总建筑面积29320平方米。其中，地上建筑面积21270平方米，地下建筑面积8079平方米，建筑高度99米。结构主体采用现浇框架核心筒结构，外部采用全幕墙设计。
工程包含一个高层生产研发用房及一个两层的地下车库。其中，生产研发厂房主要是与科技创业产品生产孵化相关联的实施性生产用房，是科技园区的最基础条件。工程以结合人工智能与BIM数字化设计为主要应用目标。
二、建筑设计AI辅助设计
（一）方案设计
1、AI方案设计
造型设计：利用Midjourney生成前期方案的概念图，可通过ChatGPT将概念图转换为纯文字提示词；前期概念方案阶段收集的案例参考图片，可作为参考图片让StableDiffusion进行模型训练，生成适用于该项目的Lora模型或是Hypernetwork超网络模型。
在StableDiffusion中，添加Lora训练模型或者Hypernetwork超网络训练模型，利用ChatGPT辅助生成的纯文字提示词以及负面提示词进行效果图的控制生成，通过Controlnet的线稿控制程度调整对效果图进行控制，不断修改提示词以实现更接近预想的效果。
2、AI设计平面
通过与ChatGPT的交互沟通生成语义文本控制的Python代码，将该代码导入Grasshopper-Python生成建筑平面图。后续亦可继续与ChatGPT对话，向其表述对于原Python代码脚本的修改意见，即可实现人通过语义文本控制AI设计建筑平面或总平面的目标。
（二）优化设计
1、风环境优化
通过Grasshopper的Butterfly插件对项目场地进行风环境分析，利用开源CFD软件OpenFOAM来进行模拟分析，使用Grasshopper将CFD分析的结果导入Rhino显示，最后还可以利用Grasshopper进行后续的数据处理。根据分析结果，便于我们优化建筑朝向及基础建筑形体。
2、节能优化
借助Ladybug以及Galapagos做一个自动寻优的运算，整栋楼根据参数有规律地旋转，再通过Ladybug以及Honeybee进行辐射运算和能耗计算。建筑最终能耗与辐射量的计算结果可作为后续幕墙优化的参考依据。
3、幕墙优化
通过Grasshopper对立面造型进行控制，通过对杆件的排布以及长宽比进行函数调整，获得立面效果的变化。增加干扰点，使得立面竖向遮阳杆件可以根据上述辐射量的数据结果调节到合适的角度。
4、优化数据AI优化
与ChatGPT交互沟通生成Python代码。根据Rhino.Python或者Grasshopper.Python识别脚本生成的结果，继续与ChatGPT沟通，目标是修改原有脚本生成一个更高效和优化的版本，或者使用“improve_code”命令来获取一些改进建议，以实现人通过语义文本借助AI来优化脚本。
三、二三维一体化施工图设计
在二三维协同设计过程中，二维图纸更易于人工读取和使用，而融合了建筑信息的三维模型则更易于计算机识别分析。故此，我们将二维图纸转化为三维模型，利用AI模型翻译软件对模型进行评估和调整，导出生成更合理的二维图纸。在反复的二三维的联动中，图纸与模型内的冲突和错误不断地被修正，最终可以得到更加精准的设计图纸和建筑模型。
1、平面图纸的解析和识别
在AI软件解析完图纸内容，对识别出来的图元数据进行调整确认后。系统根据图元信息，映射模型对象库，将CAD图元重建为具备工程语义的三维模型对象并利用云平台进行展示。
此时生成的三维模型与二维图纸内容一一对应，设计师仍可以在图纸空间对图纸进行修改，三维模型将随图纸修改自动同步调整。
2、AI识图大语言模型
通过StableDiffusion大语言模型训练，识别DWF文件，对二维图纸图元进行语义识别，进而生成BIM三维数字模型，形成计算机可读结构化数据。通过AI识图的图形数据与结构化数据翻译的中间件，实现二维图纸与三维结构化数据的转换翻译。
3、数据模型AI自动设计
楼梯间自动设计即在AI自动识别的楼梯筒图纸中对主观参数进行设置，随后AI将自动排布楼梯间，生成多种布置，只需人工选择最优方案写入模型和图纸即可。
AI根据模型自动识别建筑外表面，点击想要布置幕墙的区域，外墙一键变幕墙，即可实现幕墙自动设计。
完成参数设置后，AI便开始识别结构扩初图纸，布置各层梁、板、墙柱等结构构件并配筋，生成可供后续深化和计算的初步模型，这样就完成结构设计了。
机电自动设计即导入AI自动生成的模型后软件将自动对建筑功能、体量进行判断，并根据现行规范确定工程用电负荷等级，消防用水量等信息，从而确定机电系统方案，并自动生成机电三维模型。
4、导出设计图纸
三维模型调整完成后，便可导出生成二维的设计图纸，不仅可以直接提交给建筑相关部门审查，也能用于项目概算、预算。当有修改意见时，可再次迅速导入AI模型软件生成三维模型，继续进行模型调整，并导出生成修改图纸，以此实现二三维一体化施工图设计。
四、国产化BIM数维软件三维辅助设计
当项目需要更为精细、准确的模型时，则需要将AI模型软件生成的三维建筑模型导入数维软件，进一步进行深化调整。
1、建筑专业
将AI生成的三维模型导入数维软件中，由建筑设计人员根据顶、剖、底、深度4个值进行深化调整，核实是否满足设计需求。针对标准层较多的建筑，采用标准层功能映射关系，完成模型调整。
在出图方面，建筑专业设计时需要三道尺寸标注，通过智能识别建筑外围构件，快速标注门窗洞口的第三道尺寸线，平面和立面的所有尺寸都自动标注完成，与对齐标注完全一致，从而提高设计效率。
2、结构专业
首先，通过直接导入AI结构模型，就可以生成结构专业三维模型，经过结构专业设计人员的局部调整和细化即可完成结构模型。
其次，选择计算模型后导入结构构件计算信息，即可进行后续自动出图工作。在配筋出图设置功能内选择合适的配筋出图参数后，可自动完成相应标准层的平法施工图。
检查平法施工图可手动调整局部配筋，确认无误后即可导出本地CAD文件。
3、机电专业
将AI模型软件生成的机电三维模型导入数维软件中，直接生成可编辑的机电三维模型，并可对其进行深化设计。
五、设计算量一体化
数维软件的建筑、结构和机电三个专业，都可以通过GFC格式，设计师按照规范建模之后，把成果直接导出到广联达土建和安装算量平台，继续进行工程算量工作。
首先，对本工程的各种工程做法进行设定，接着再对项目的基本情况和工程量计量清单计算规则进行设置，便可计算生成工程量汇总表，整个计算过程仅需几分钟。
在工程中，将数维软件生成的工程量清单与预算单位的清单进行对比，达到了100%一致。和传统算量方式相比，导出算量清单的总时长减少了近50%。从某种意义上，BIM算量比传统算量更为准确，通过数维软件进行算量，提升了效率和准确率。
六、总结
人工智能与BIM的结合，将为建筑行业带来更多的自动化、智能化和可持续发展的机会。AI通过分析建筑设计中的大量数据，自动评估设计方案的性能、效率和可持续性，提高设计的质量和效率。BIM模型中融合了建筑各方面的数据，AI则可以通过数据分析和算法来识别模型中潜在的冲突和问题。
AI与BIM的结合，可以更有效地将二维的设计图纸与三维的建筑模型进行联动，从而实现联动与可视化设计。这种结合可以显著改善设计质量，提高施工效率，为建筑项目的成功交付和运营提供强大的支持。
（作者单位为浙江工业大学工程设计集团有限公司）