BIM 土建計量軟件在CAD 圖紙智能識別中的應用
——以大同某新建中學宿舍項目為例

張河山 謝躍文 王昊

(1.濟南科金信息技術有限公司；2.住房和城鄉建設部信息中心；3.麗山健康（山東）集團有限公司)

土建工程計算是工程造價工作中的重要一環，工程量計算的速度，直接影響工程管理的進程。所以，工程量的快速計算是造價工作的重中之重。

傳統手工計算土建工程量的流程為：熟悉建筑和結構的CAD 施工圖，查找圖集和規范，確定工程量如各種梁、板、柱的數量，規格，混凝土標號，所在層數，最后按照土建工程量計算規則進行統計和計量。

目前采用傳統的手工計算工程量的設計及施工單位仍不在少數，面對工程量較大、圖紙較為復雜、構建多極設計方案變更時工程量調整十分繁瑣，存在工作量大、耗時多，效率低等問題，傳統的手工計算工程量已無法滿足復雜項目的計量要求，需要進行更加精細化的數字化成本管控。隨著BIM 技術不斷發展，國內出現了像廣聯達、魯班、神機妙算等在內的工程計量軟件，可提供更加精細化、全面化、數字化的成本管控平臺。

BIM 土建算量一體化平臺軟件，除直接建立土建模型，還可智能識別一般項目中的CAD 圖紙，提取圖紙中梁、板、柱、墻、門窗洞等構件信息，形成三維模型，并根據所提取的信息實現估概算、招投標預算、施工過程、竣工結算全過程土建報表，以及算量、提量、檢查、審核等全流程算量功能，提升操作人員作業效率與能力，幫助設計和施工單位做出更加精細化成本管控。在此，通過對曾參與的山西大同某新建中學宿舍項目的CAD 圖紙識別和建模算量，梳理土建 BIM 算量軟件在一般項目CAD 圖紙智能識別和建模過程中的思路、方法、流程和主要問題的解決方案，為其他各類一般項目的土建計量工作提供借鑒和參考。

1.項目概況

項目為新建山西大同某中學項目，總體布局分為教學區、餐飲活動區、宿舍區三大區。宿舍區位于地塊的東南側，見彩色總圖的紅色區域，總體呈“Z”字形布局。宿舍一層北側為統一的主入口，方便管理。宿舍面積約6500 平方米，一共四層，鋼筋混凝土框架結構。均為內廊式，北側設置盥洗室、衛生間、淋浴間等輔助空間，并配有活動室。宿舍為4 層，層高3.6m，并設置連廊連接北側圖書行政樓和西側食堂及風雨操場（圖1）。

圖1 新建山西大同某中學項目，南側為宿舍樓部分

2.CAD 圖紙智能識別原理及技術前提

BIM 土建算量一體化平臺軟件基于已有的BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術，使設計、施工、運營和建設單位各方依據共享的BIM 模型實現項目全周期的協同合作。軟件除繪制、一鍵導入 BIM 三維設計模型，還可智能識別一般項目中的CAD 圖紙，通過提取圖紙中構件標識來確定構件信息，同時提取圖紙中的邊框線來確定構件位置，完成構件的定義和繪制，形成梁、板、柱、墻、門窗洞等構件，最終形成三維 BIM 土建計量模型，并根據所提取的信息實現精細化算量。對應繪制過程的定義、繪制及編輯構件，相應的智能識別過程為選擇、識別與校核構件（圖2）。

圖2 繪制與識別流程的對照

軟件功能的實現基于以下技術前提：

（1）內置計量規范及規則：BIM 土建計量平臺軟件內置了《房屋建筑與裝飾工程計量規范》及全國各省市清單定額計算規則、22G 新平法、過程結算183、G101 系列平面表示方法鋼筋規則，包容了工程量計算在不同地區的差異性。

（2）客戶端/服務器架構：基于CS 的架構，即Client/Server (客戶機/服務器) 架構。客戶端程序采用了基于內核插件的架構，主要完成用戶的具體的業務,能夠實現模塊級的快速擴展和更新。服務器端充分利用了云，BIM,大數據等技術，高效提供數據管理、數據共享及系統維護金快速的服務更新與優化。

（3）人工智能算法系統：BIM 土建計量軟件明確定義了與上游三維設計軟件的接口定義及數據規范，對建筑業務進行了模型抽象，采用了模式識別等人工智能算法，將二維圖形進行三維轉化，可快速智能化識別CAD 圖紙中的軸網、柱、梁、板、墻等各類構件信息。解決二維到三維，設計模型到預算模型的重建，并通過拓撲關系有效提升轉換的準確率；通過智能識別CAD 進行導圖，可準確建模、提升建模速度和工程計算的工作效率。

（4）三維顯示引擎：BIM 土建計量軟件采用了公司自主研發的 GDB（Geometric DataBase）幾何數據庫，三維建模及扣減算法，基于功能強大、可方便調用三維和二維底層圖形庫的專業的圖形程序接口OpenGL(Open Graphics Library，高性能圖形算法行業標準）的三維顯示引擎，使用多線程充分挖掘多核芯片的機器性能，能支持大規模的復雜建筑模型場景的構造，顯示及運算。形成的三維立體BIM 模型便于工程造價領域的單位和從業者直觀便捷地觀看BIM 土建計量產品，幫助客戶解決項目全過程計量業務，持續提升工作效能。

3.算量識別在項目中的應用

CAD 導圖方式智能識別圖紙的思路、流程及方法，包含前期準備，主體構件，獨立基礎，二次結構，裝修，提效功能的導圖操作。通過實際新建工程-山西大同某中學這一項目，梳理主要構件的識別流程。在進行CAD 識別之前，要進行的前期準備流程。首先應新建工程，選擇圖紙計算和鋼筋規則、確定抗震等級等；在圖紙管理中添加項目的CAD 圖紙，并識別樓層表，確定樓層信息；最后提取CAD 平面圖中的軸線和標注，進行軸網的自動識別。

中學宿舍這一項目的結構形式鋼筋混凝土框架結構，本篇主要對結構專業平面圖中的現澆構件梁板柱進行討論，暫不考慮砌塊墻和門窗構件。識別流程主要按照柱、梁、板的順序進行。

3.1 豎向承重構件——柱的識別

如圖為中學宿舍結構平面的第三層，柱子的布置較為規則，按照柱網規則布置在連廊、房間、走道和樓梯間四周，連廊與連廊，連廊與宿舍之間設變形縫。在軟件導航欄“柱選項”中選擇“柱（Z）”，同時在“建模”菜單欄中選擇“識別柱”，按照提示分別進行“提取邊線”“提取標注”“自動識別”，彈出“識別柱”對話框，即完成了自動識別 CAD 圖中框柱的識別，并彈出校核柱圖元的選項，在柱定義界面顯示完畢。如圖平面圖中的紫色方框即為識別完成的柱，在三位視角下可以看到轉換完成的立體柱（圖3-圖5）。同樣，柱表、柱大樣以及細分類別的暗柱、構造柱、砌體柱的識別可以用同樣方法完成。

圖5 智能識別柱-三維視圖

3.2 豎向傳力及承重構件——梁的識別

本項目中豎向傳力及承重構件梁，沿縱橫軸線布置于房間橫墻和縱墻下，主要有有搭接在柱上的主梁和搭接在主梁上的次梁。在軟件導航欄“梁選項”中選擇“梁（L）”，同時在“建模”菜單欄中選擇“識別梁”，按照提示分別進行“提取邊線”“提取標注”（包含集中標注和原位標注），最后“自動識別梁”，可以實現全部梁的識別。梁識別完成，梁構件即定義完畢，并自動完成校核。對于CAD 圖紙中無法自動識別的梁，可通過“點選識別梁”，在對話框中輸入尺寸和梁的名稱進行手動標記。如圖平面圖中的粉色部分即為識別完成的梁，在三位視角下可以看到轉換完成的不同尺寸的梁。同樣，連梁、圈梁的識別可以用同樣方法完成。梁的吊筋同樣可通過“識別吊筋”功能進行自動識別。

3.3 水平承重構件——板的識別

本項目中的水平承重構件，現澆樓板搭接于梁上,所有板長邊與短邊長度之比小于2.0，按雙向板計算。在軟件導航欄“板選項”中選擇“現澆板（B）”，同時在“建模”菜單欄中選擇“識別板”，按照提示分別進行“提取板標識”“提取板洞線”（可識別樓梯及挑空部分并自動預留出板洞的位置），最后“自動識別板”，可以實現全部板的識別。板識別完成，板構件即定義完畢，并自動完成校核。

3.4 其他構件的識別

對于一般項目中，除上述梁板柱構件外，還有墻、基礎、門窗洞口、二次結構、裝修等構件，也可通過相似的方法，完成對以上構件的識別。掌握CAD 處理構件的思路和方法，實現快速建模，清晰實際工作中應如何應用的思路，便于應用到實際工作中，提高建模效率。

3.5 匯總計算

通過對中學宿舍項目的軸網、柱、梁、板的結構構件按順序智能識別并形成三維模型后，構件信息即存儲于新建工程中。最后，對于CAD 結構圖紙中的梁、板、柱構件進行工程量的統計。在菜單欄“工程量”選項卡中的“匯總”分組中選擇“匯總計算”功能。選擇樓層或全樓所需統計的構件，完成匯總計算。在“工程量”選項卡的“報表”分組中選擇“查看報表”選項，在報表頁面內的左側樹中選擇需要預覽的“土建報表量”，右側頁面就會顯示出報表預覽界面。在構件匯總分析中選擇“構件繪圖輸入工程量匯總表”，即對剛才識別與定義的梁、現澆板和柱的工程量體積、混凝土強度等級和結構類別進行了概括統計；在構件匯總分析中選擇“繪圖輸入工程量匯總表”，即對單獨的柱、梁和現澆板根據編號進行包括體積、底面模板面積、數量和板厚等的詳細統計。做法匯總分析還可依次生成清單部位計算書、清單定額匯總表、構件做法匯總表等。在不同項目中，設計和施工單位可以根據造價文件的實際需要，選擇所需工程量報表類型，以便做出更加精細化成本管控。

4.結語

本文以山西大同某新建中學宿舍實際項目為例，從平面較規整、功能簡單的宿舍項目出發，通過BIM 土建算量一體化平臺軟件自動識別提取圖紙中梁、板、柱等構件信息，形成三維模型，實現工程量計算，研究BIM 土建算量一體化平臺軟件在CAD 圖紙智能識別中的應用。軟件對其他大型公共建筑、地下車庫、超高層等工程量大、審核繁復、算量周期長的項目，同樣可實現CAD 圖紙智能識別，快速建模及更加精細化成本管控，實現高效信息溝通和透明化的計量，對技術及管理層一般及更加復雜項目的土建算量具有普適意義。