建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)及設(shè)計(jì)圖審查發(fā)展的研究

于利賢 吳振全

（北京市工程咨詢有限公司,北京 100124）

0 引言

建筑工程設(shè)計(jì)作為服務(wù)于建筑工程項(xiàng)目的技術(shù)性工作，其與勘察、造價(jià)、施工等活動(dòng)緊密相關(guān)。當(dāng)前，建筑業(yè)正處在轉(zhuǎn)型發(fā)展期，建筑工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性、法定性、經(jīng)濟(jì)性等特性日益凸顯，在理念上正向著創(chuàng)新、多元、可持續(xù)方向發(fā)展。而計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)的問世，從本質(zhì)上引發(fā)了建筑工程設(shè)計(jì)的變革，進(jìn)入新世紀(jì)，BIM 技術(shù)正把建筑工程設(shè)計(jì)推進(jìn)了高質(zhì)量發(fā)展的信息時(shí)代。本文從建筑工程設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)審查兩個(gè)方面闡述建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)的階段性發(fā)展，最后對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望。

1 建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展階段

1.1 人工設(shè)計(jì)階段

建筑工程在我國(guó)歷史悠久。在古代，建筑工程設(shè)計(jì)與施工界限模糊，施工的組織者往往就是設(shè)計(jì)者。此時(shí)的設(shè)計(jì)以宮殿、寺廟、皇家園林等木質(zhì)、隼牟結(jié)構(gòu)為主，設(shè)計(jì)工具包括墨斗、墨線等，設(shè)計(jì)注重威嚴(yán)、大氣。

在歐洲以大理石等石料作為建筑主要材料，由石匠、畫家、雕塑家按要求完成設(shè)計(jì)和施工。此時(shí)的設(shè)計(jì)以教堂等弧形拱頂、拱券結(jié)構(gòu)為主，設(shè)計(jì)主要工具包括標(biāo)尺、量角器等，設(shè)計(jì)注重神圣、儀式感。

1.2 平面設(shè)計(jì)信息化階段

在近代，隨著社會(huì)生產(chǎn)力不斷提高，建筑工程分工逐步細(xì)化，設(shè)計(jì)和施工逐漸分離開來，各自成為獨(dú)立的學(xué)科[1]。

工業(yè)革命促進(jìn)了專利價(jià)值的提升，申請(qǐng)專利必須提交帶有尺寸標(biāo)注的技術(shù)圖紙。二戰(zhàn)后，設(shè)計(jì)工程師為了提高制圖效率，將T 形尺、三角尺、刻度尺和量角器等設(shè)計(jì)工具組合成為通用繪圖機(jī)，見圖1所示。

圖1 通用繪圖機(jī)

建筑工程設(shè)計(jì)過程中需要通過大量計(jì)算驗(yàn)證建筑設(shè)計(jì)的可行性和準(zhǔn)確性，但由于計(jì)算機(jī)尚未普及，計(jì)算效率低下。而一旦出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，修改設(shè)計(jì)圖紙的工作非常繁復(fù)，甚至?xí)绊懺O(shè)計(jì)成果質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期。

計(jì)算機(jī)硬件機(jī)能決定了其在高速運(yùn)算和圖像輸出等方面相較于人工有著天然優(yōu)勢(shì)。20 世紀(jì)80 年代，隨著計(jì)算機(jī)的普及，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，以下簡(jiǎn)稱CAD）軟件[2]開始廣泛應(yīng)用。因其內(nèi)置了建筑模型庫，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)化圖集更加方便、快捷，定制圖形界面使用更加便捷，修改設(shè)計(jì)也變得更加精準(zhǔn)和簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)工程師只需要拷貝、粘貼便可輕松完成平面設(shè)計(jì)，這種高效的設(shè)計(jì)方式逐漸取代了人工設(shè)計(jì)繪圖，從本質(zhì)上引發(fā)了建筑工程設(shè)計(jì)的變革[3]。

20 世紀(jì)90 年代，我國(guó)逐漸推廣應(yīng)用CAD 軟件，CAD在我國(guó)的發(fā)展共分為5個(gè)階段，見表1所示。

表1 我國(guó)CAD發(fā)展階段

由表1 可以看出，雖然我國(guó)應(yīng)用CAD 軟件時(shí)間較晚，但普及速度較快。建筑工程平面設(shè)計(jì)信息化取代人工繪圖是時(shí)代發(fā)展的選擇。

1.3 三維可視化設(shè)計(jì)階段

21 世紀(jì)，隨著建筑工程的投資、規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)計(jì)需求變得越來越復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量要求也變得越發(fā)嚴(yán)格。雖然CAD軟件與時(shí)俱進(jìn)研發(fā)了3D版本，但是仍然無法滿足大型、結(jié)構(gòu)特殊建筑并且高效的設(shè)計(jì)需求。當(dāng)計(jì)算機(jī)硬件機(jī)能已可以輕松實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)化的虛擬建筑模型和環(huán)境輸出時(shí)，建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡(jiǎn)稱BIM）技術(shù)[4]應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)便成為信息化時(shí)代發(fā)展的必然結(jié)果[5]。

BIM 技術(shù)集成了多個(gè)功能的不同軟件。雖然BIM技術(shù)最早應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，但因其具有可視性、規(guī)范性、集成性、協(xié)調(diào)性、模擬性等諸多特性，應(yīng)用已經(jīng)逐漸擴(kuò)大到工程招標(biāo)、施工、運(yùn)營(yíng)等階段。BIM 技術(shù)將成為建筑工程全壽命周期的必備管理技術(shù)，其蘊(yùn)含的巨大潛力正被逐步發(fā)掘[6]。

全球著名咨詢公司Research and Market 于2020年4月發(fā)布的《建筑信息模型（BIM）市場(chǎng)報(bào)告：趨勢(shì)、預(yù)測(cè)與綜合分析》報(bào)告中提到，英國(guó)政府2016 年發(fā)布《政府建設(shè)戰(zhàn)略（2016-2020）》規(guī)定2016 年起所有中央政府投資的建設(shè)項(xiàng)目必須應(yīng)用BIM 技術(shù)并達(dá)到BIM Level-2 階段。2017 年英國(guó)數(shù)字建設(shè)中心成立，探索如何利用數(shù)字技術(shù)改善建筑環(huán)境，并配合英國(guó)外交和聯(lián)邦事務(wù)部開展國(guó)際BIM業(yè)務(wù)。根據(jù)英國(guó)《NBS國(guó)家BIM報(bào)告 2019》顯示，英國(guó)BIM應(yīng)用率已從2011年的13%提高至2019 年的69%，并于2019 年起協(xié)同國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）逐步將現(xiàn)行PAS1192 系列國(guó)家BIM 標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)過渡至ISO19650 國(guó)際BIM 標(biāo)準(zhǔn)。在我國(guó)，首次運(yùn)用BIM 技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目是北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)鳥巢。除此以外，在上海世博會(huì)德國(guó)國(guó)家館、南水北調(diào)配套工程、香港地鐵等建設(shè)項(xiàng)目中BIM 技術(shù)在促進(jìn)縮短建設(shè)周期、節(jié)約工程造價(jià)等方面發(fā)揮了重要作用[7]。上海市作為我國(guó)BIM 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)先的城市之一，2020 年BIM整體應(yīng)用率不足40%，相較于發(fā)達(dá)國(guó)家還存在較大的提升空間。

2 建筑工程設(shè)計(jì)圖審查的發(fā)展階段

2.1 設(shè)計(jì)院內(nèi)部審圖階段

建筑工程設(shè)計(jì)的根本目的是將創(chuàng)造性的建筑構(gòu)思設(shè)計(jì)輸出為具有可配置建設(shè)工程資源的建筑實(shí)體。建筑質(zhì)量安全關(guān)系到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全[8]，因此為了做好質(zhì)量控制，在施工圖設(shè)計(jì)完成后由設(shè)計(jì)院內(nèi)部組織專業(yè)資質(zhì)工程師對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行三級(jí)校審（即校對(duì)、審核、審定），驗(yàn)證設(shè)計(jì)完整性，以及是否滿足功能適用需求、達(dá)到建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。設(shè)計(jì)師、校審人員均需要簽字、蓋章，確保設(shè)計(jì)成果質(zhì)量。

設(shè)計(jì)院組織的內(nèi)部審查（以下簡(jiǎn)稱：內(nèi)審）雖然能夠在一定程度上保證設(shè)計(jì)成果質(zhì)量，但執(zhí)行過程中仍然存在改進(jìn)空間。例如，校審人員的經(jīng)驗(yàn)、水平不同會(huì)造成對(duì)設(shè)計(jì)理解以及施工階段可能遇到的問題預(yù)見性等方面存在不同意見。

建筑業(yè)的發(fā)展與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)緊密相關(guān)。改革開放后，建設(shè)工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，但設(shè)計(jì)周期越來越短，對(duì)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量提出了更高要求。有部分設(shè)計(jì)院迫于出圖時(shí)間壓力，沒有嚴(yán)格落實(shí)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部（以下簡(jiǎn)稱：建設(shè)部）要求的內(nèi)部三級(jí)校審，甚至出現(xiàn)先簽字、蓋章再進(jìn)行內(nèi)審的現(xiàn)象，使內(nèi)審流于形式。形同虛設(shè)的內(nèi)審會(huì)削弱了設(shè)計(jì)院內(nèi)部監(jiān)督的作用，而未經(jīng)內(nèi)審漏洞百出的設(shè)計(jì)成果，將嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和安全。

2.2 主管部門強(qiáng)制審圖階段

近年來，建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其作用不斷增強(qiáng)。為了加強(qiáng)對(duì)建設(shè)工程勘察、設(shè)計(jì)活動(dòng)的管理，保證建設(shè)工程勘察、設(shè)計(jì)質(zhì)量，保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。2000 年9 月，國(guó)務(wù)院令第293 號(hào)令《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例》中明確規(guī)定，國(guó)務(wù)院住房城鄉(xiāng)建設(shè)主管部門負(fù)責(zé)對(duì)全國(guó)的建設(shè)工程勘察、設(shè)計(jì)活動(dòng)實(shí)施統(tǒng)一監(jiān)督管理。施工圖設(shè)計(jì)文件審查機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)房屋建筑工程、市政基礎(chǔ)設(shè)施工程施工圖設(shè)計(jì)文件中涉及公共利益、公共安全、工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行審查。施工圖設(shè)計(jì)文件未經(jīng)審查批準(zhǔn)不得使用。同年，建設(shè)部令第81 號(hào)令《實(shí)施工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督規(guī)定》中明確規(guī)定施工圖設(shè)計(jì)文件審查單位應(yīng)當(dāng)對(duì)工程建設(shè)勘察、設(shè)計(jì)階段執(zhí)行強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的情況實(shí)施監(jiān)督。

這意味著，相對(duì)于設(shè)計(jì)院組織的內(nèi)審，進(jìn)行市場(chǎng)化改革，需要由審圖資質(zhì)機(jī)構(gòu)組織獨(dú)立外部審查（以下簡(jiǎn)稱外審），然后上報(bào)主管部門監(jiān)管。外審機(jī)構(gòu)在完成主管部門法定施工圖審查內(nèi)容的基礎(chǔ)上，更能兼顧經(jīng)濟(jì)性和精細(xì)化審查的內(nèi)容，充分考慮項(xiàng)目法人的利益。此外，也能協(xié)助建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的法規(guī)與技術(shù)之間的矛盾，做好設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)咨詢，提高施工圖審查質(zhì)量。總而言之，執(zhí)行施工圖設(shè)計(jì)文件法定性強(qiáng)制審查對(duì)保障工程質(zhì)量安全發(fā)揮著有效且重要的作用。

2.3 人工智能審圖階段

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)已由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展階段。制度供給是供給側(cè)改革的重要內(nèi)容，深入推進(jìn)簡(jiǎn)政放權(quán)，加快政府職能轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化事中事后監(jiān)管，能夠破除各種體制機(jī)制障礙，激發(fā)市場(chǎng)活力和社會(huì)創(chuàng)造力。

與此同時(shí)，2022年1月，住建部印發(fā)的《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出，“十四五”時(shí)期是加快建筑業(yè)轉(zhuǎn)型，高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵期。在此背景下，施工圖設(shè)計(jì)文件審查受到詬病的審查內(nèi)容過多、范圍過大，審查時(shí)間過長(zhǎng)等缺陷，已經(jīng)阻礙了建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2019 年3 月，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于全面開展工程建設(shè)項(xiàng)目審批制度改革的實(shí)施意見》國(guó)辦發(fā)〔2019〕11號(hào)中明確提出，加快探索取消施工圖審查（或縮小審查范圍）、實(shí)行告知承諾制和設(shè)計(jì)人員終身負(fù)責(zé)制等方面，盡快形成可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)。近3年來，北京、山東、山西、浙江等多地全面取消施工圖設(shè)計(jì)文件審查，執(zhí)行告知承諾制。

2020 年6 月，深圳市獲得住建部批準(zhǔn)成為首個(gè)人工智能審圖試點(diǎn)城市。2021 年1 月，深圳市建筑工程人工智能審圖系統(tǒng)正式上線試運(yùn)行。截止2021 年底，深圳已完成17 個(gè)住宅項(xiàng)目的智能審查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量問題約2000 個(gè)，單張施工圖設(shè)計(jì)文件審查平均耗時(shí)約6min。審查時(shí)間縮短，大幅提高了施工圖設(shè)計(jì)文件審查效率。

3 建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展展望

建筑工程設(shè)計(jì)應(yīng)用數(shù)字化手段極大豐富了設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作方法，提高了設(shè)計(jì)效率。建筑工程設(shè)計(jì)也不再是狹義的建筑造型、建模，而是包含了結(jié)構(gòu)、設(shè)備、造價(jià)等其他各專業(yè)。建筑工程設(shè)計(jì)將向著由各專業(yè)工程師組成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行一體化集成設(shè)計(jì)發(fā)展[9]。

無論是CAD 軟件還是BIM 技術(shù)，應(yīng)用信息技術(shù)輔助設(shè)計(jì)的本質(zhì)是將幾何圖形內(nèi)置為參數(shù)，進(jìn)而生成標(biāo)準(zhǔn)圖庫，通過圖形界面進(jìn)行人機(jī)交互的過程[10]。近年來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)被訓(xùn)練進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，利用算法將設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意快速輸出為設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)師從而能夠?qū)⒏嗑ν度氲骄?xì)化設(shè)計(jì)并進(jìn)一步提高質(zhì)量上。從長(zhǎng)期看，人工智能技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)?huì)得到更加深度的融合。

4 結(jié)束語

通過分析建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)，信息技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了建筑工程設(shè)計(jì)理論、方法的創(chuàng)新，促使生產(chǎn)率、設(shè)計(jì)成果質(zhì)量實(shí)現(xiàn)大幅提升。在建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下，推進(jìn)設(shè)計(jì)與信息技術(shù)深度融合，尤其是人工智能技術(shù)的引入，必將促進(jìn)建筑工程設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展。