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高品质绿色建筑设计方法与智慧协同平台

文章来源：发布者：发布时间：2022-11-20 14:23:23阅读：次

项目名称：高品质绿色建筑设计方法与智慧协同平台

所属专项：城镇可持续发展关键技术与装备

指南方向(榜单任务)：4.高品质绿色建筑设计方法与智慧协同平台

创新分类：技术开发

申报单位：天城智（重庆）智能城市规划设计有限公司

项目申报纪实

2022年9月21日上午9：10—11：45时段，由天城智（重庆）智能城市规划设计有限公司董事长、首席科学家陈树铭博士领衔、联合两所建筑类优势学科的985高校、建造央企等单位参加的2022年度国家重点专项揭榜挂帅项目进入了最后一轮项目论证会。

最终与我司团队对垒的是由中国工程院院士崔愷领衔的中国建筑设计研究院、清华大学等国家队组成的揭榜挂帅团队。我司答辩团队面对由院士任项目负责、五位院士任顾问的强大国家队，在辩论中披坚执锐、棋逢对手；尤为精彩的是在揭榜团队互相质询环节，双方就什么是真正的高品质绿色建筑、智慧协同平台、双碳背景下的绿色建筑进行了激烈辩论。科技部项目论证主持人点评这是一场精彩的对决。值得一提的是，本次揭榜挂帅答辩环节部分采纳了我们提交给21世纪议程管理中心的建议。

2022年9月底，该榜单发榜，我方在决赛中遗憾败北；但经历了该项目申报的整个过程，公司得到了全方位的锻炼，整合了对天城智设及母公司天衍智技术体系认可的顶级科研团队，虽败犹荣。

从项目申报筹划、参加单位遴选，从资格预申报形式审查、预申报书评审、省市形式审查及推荐，再到最终的答辩审查，历时四个月；这期间凝聚了整个团队辛勤的汗水，多少个不眠之夜、多少场技术研讨、多少次迭代完善，历经数次过关斩将，进入最后一轮对决；在此过程中得到了建造行业国家一流技术团队的认可和大力支持，得到了主流行业专家的行业鼎力支撑，对作为牵头单位的天城智设来说，更充分理解了建筑行业逻辑，客观上极大的推动了由天城智设及母公司天衍智目前所推动的智能建造4.0产业化进程，扩大了同频共振的顶及行业朋友圈及行业影响力。这是继天衍智2021年12月参与国家颠覆性创新大赛获得优胜奖项目之后，面向主流科技的又一关键步伐。

通过本揭“揭榜挂帅”项目，系统的将国家正在推动的高品质绿色建筑设计方法与我司正打造的建造行业智慧协同平台进行了细致的研究和梳理，虽项目揭榜未中标，但该项目核心内容正在加快持续推进，相关研发支撑建造业走智能建造产业化之路，是我们必须也必然要实现的，让我们在产业化江湖中见！

作为本“揭榜挂帅”项目申报纪实，将申报项目研究背景供相关人员了解。

随着全球气候变暖、能源短缺、环境污染等问题日益加剧，自上世纪80年代，绿色建筑概念逐渐成为国际建筑业重要发展目标；我国从上世纪90年代开始研究并发展绿色建筑技术，至今已建成大规模绿色建筑以及形成大量研究成果。

绿建技术涵盖材料、设计理论、设计平台、施工设备与工艺、资源+能源+电力供给与转换、建筑热+水+暖通+气系统、建筑成套设备、建筑装配式工厂、终端使用产品，以及建筑物联网等各方面，国内外在这些领域均在持续取得进展：

绿建设计新理念中低碳、生态、本土、简约、品质设计元素得到体现；设计系列工具软件CAD+CAE+BIM+GIS走向集成化，并与大数据+AI+数字孪生+元宇宙融合向智能设计进阶；增材、本土、环保、低碳、高性能等绿建材料不断创新与应用；与建筑场景匹配的清洁能源、储能、氢能、热电转换、系统绿建等创新成套技术，形成独立化应用；装配建筑工厂、智慧工地、施工智能装备、施工新工艺等智能建造技术形成定点应用；建筑功能空间节能产品与声光热空气品质技术、物联网，形成联动应用。

建筑体系中各绿建技术作用类似“整体中医理论”，单个绿建技术发展遵循“短板理论”而不是“长项理论”，存在创新发展的价值天花板。

尽管国内外在绿建领域进步显著，但是实际运维效果与设计指标相差大，成为“图纸上绿色建筑”，运维市场是绿建好坏最终评判者，“绿建技术痛点问题”凸显：

从材料到成套技术、设备，从设计到施工、运维、物联网，各技术点仍是各自为主，关联专业间、上下流程间难以形成协同，形成不了建造过程、建筑空间与建筑功能上的协同；绿建设计实质为“设计+绿建技术A”、“设计+绿建技术B”的独立设计模式，并采用各自最佳指标；施工中绿建技术A、B之间是否形成空间冲突、功能冲突，如何实现功能互补与优化组合等，取决于设计人水平；绿建技术运行逻辑由于没有在前置设计中得到体现，设计与运行二张皮，运行效果与需求者所需性价比差距大，实际导致绿建运行停摆；这个问题归结起来就是：如何系统解决绿建前置协同设计问题。

CAD+CAE+BIM+GIS系列工具软件基于数据接口交换所形成的文件，实质是缺乏建筑底层逻辑的碎片数据；工具软件使用函数功能，只体现了专业知识逻辑性强、规则标准化高的内容部分；大量设计经验知识以可意会不可言传方式固化为设计师个人常识；主流AI+5G+算力等新技术对建造产业渗透性低于2%；以数据+规则驱动的协同设计，实质脱离不了人的主导，本质是升级版人人协同设计，无法从根本上解决主流协同设计痛点。

当前，疫情已在形成长期影响、国际纷争频发，整体建筑产业从设计到施工、再到房地产业，全面内卷化；设计是龙头，所有绿建技术最终都是通过设计落地的；设计、施工内卷化，实质是设计师与施工员内卷化；亟待推动整体建造技术革命，打造不依赖于设计师与施工员的智能化设计与施工技术体系，形成快速、低价与精准产业效应。

因应对气候变化与避免“人类对气候造成危险的破坏”，于2015年《巴黎协定》达成全球气候协议；自此各国相继提出中和路线与碳中和目标，2020年中国提出“3060”双碳承诺：2030年前碳排放量达峰值、2060年前碳中和。

能源是人类除了水、空气与粮食外赖以生存的基本需求物，是人类社会推动经济发展、改善生活的关键性引擎；因此，保障经济社会能源需求与供给同时增长，是社会经济发展基本面；而双碳则是要求不管能源需求如何发展，最终必须实现碳中和；显然二者是一对矛盾体。

可以说，除非核聚变技术与生物工厂化吸碳技术中有一项取得根本突破，实现大规模产业化应用；否则全球双碳战略都必须走：从主观意愿和客观限制二个层面彻底改变人类传统消费生活方式，针对消费体系实现严格双碳落地，并按照刚性要求倒逼人类统筹一切社会经济活动遵循双碳的发展道路。

建筑作为人类生存的主要载体，绿建自然成为双碳主战场；纵观中国乃至全球能源供需情况，双碳注定会成为国家强制性指标，要求绿建在运维环节落地双碳、经受住运维双碳落地的检验。

当前，国家正大力推动各产业数字化转型，智能建造与建筑工业化协同发展成为大趋势，旨在通过建筑业颠覆式技术创新，来彻底解决整体建筑产业内卷化、“运维双碳成效成为评价绿建根本标准”等一系列问题，并推动绿建数字产业创新发展。

当前绿建技术创新与产业化特点是：虽然绿建技术发展成果显著但是单项绿建技术发展已到天花板；建筑产业内卷化环境下，绿建技术创新发展与产业化应用环境恶劣，亟待创新突破；国家双碳战略的落地，给与绿建技术更大使命与创新发展要求；国家走自主科技创新与内循环新经济发展道路，给与绿建技术更高要求与发展动力。

显然绿建技术发展不再取决于绿建自身技术圈，而是需要一场颠覆式技术创新：以绿建运维环节落地双碳为中心，实现不受设计人为影响的技术范式，构建基于计算机智能系统理解的综合BIM模型（含专业知识逻辑）驱动的设计知识工业流水线技术、工业流水线施工技术和建筑物自适应互动运维管理三大范式，实现建筑物全生命周期与全专业环节的一体化有机联动与协同。

申报项目简介

研究背景

建筑业是创建幸福中国、发展智能建造与建筑工业化的主战场；二十年来绿建技术取得显著进展，但老百姓对绿建性价比与体验感严重不足，亟待创新突破；随着国家双碳战略进入落地倒计时，作为人居载体的建筑，自然成为双碳主战场，这赋予了绿建更高使命：需要按照市场应用需求与长期运行要求的双碳落地为根本，再造绿建体系，深入全面创新研究高品质绿色建筑设计方法与智慧协同平台技术体系。

研究目标

①基于BIM模型驱动的集成施工工艺与运行需求前置的高品质绿色建筑设计技术，形成研发范式。

②基于BIM模型驱动的融汇本土文化、技术与材料的高品质绿色建筑成套技术，形成研发范式。

③基于BIM模型驱动的木结构、钢结构、清水混凝土三类本土化、长寿化、低碳化集成创新建构技术，形成研发范式。

④基于BIM模型驱动与建筑知识规则逻辑驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台与三维BIM设计产品工具，形成开发范式。

⑤基于BIM模型驱动的“设计—建造—运维”协同的集成创新工程示范，形成产业化范式。

研究内容

基于绿建痛点、双碳融合、建筑业内卷化破局以及智能建造与建筑工业化协同发展需求，开展绿建设计新理论准则及原理、设计方法、颠覆式创新设计技术与标准研究；再造绿建设计技术体系。

集成创新典型绿建相关的被动式技术、空间功能转换、氢能热电联供、错峰电力储能、电锅炉储热、品质鲜风系统等，结合创新设计理论与智慧协同平台，打造成套技术，解决设计、施工、运行一体化协同瓶颈。

集成创新木结构、清水混凝土、钢结构三大本土绿建技术，结合创新设计理论与智慧协同平台，打造成套技术，解决设计、施工、运维一体化协同瓶颈。

面向建筑空间协同、建筑专业协同、建设流程协同和建筑师协同四大痛点问题，解决高品质绿色建筑多专业智慧协同平台与三维BIM工具自主研发瓶颈问题。

应用本项目系列研究成果，解决各典型气候区域工程示范“设计—建造—运维”一体化落地瓶颈问题。

技术路线

以一体化BIM技术全面深度整合建筑专业技术与绿建技术，作为项目研发主线；以典型高品质绿色建筑专业领域的理论、方法、标准与流程及关键技术研究，作为项目研发基本内容；以核心支撑软件系统开发和参数数据库建设等，作为项目研发抓手；以相关绿建技术创新理论的分析研究，作为项目研发理论验证支撑；以项目研发技术应用于典型协同工程示范，作为项目研发实践检验支撑。

研究基础和团队

天城智，拥有“建造工程三维BIM智能正向设计及一体化平台”、地质智能建模、矢量地表智能建模、全矢量数字地球平台等关键技术，针对建造业专业底层逻辑基本形成“智能建造4.0”核心成果，是本项目绿建设计方法创新与智慧协同平台开发的关键基础。

（其他协作团队节略）

预期成果和效益

（节略）

第一部分国内外现状及趋势分析

建筑体系中各绿建技术作用类似“整体中医理论”，单个绿建技术发展遵循“短板理论”而不是“长项理论”，存在创新发展的价值天花板。

表1-1 国外从事相关研究的主要机构及典型成果

序号	机构名称	相关研究内容	典型成果
1	牛津布鲁克斯大学低碳建筑中心	基于地理信息系统 (GIS) 的城市能源建模、智能能源社区以及在不同气候条件下设计低能耗建筑。	基于气候适应的医疗建筑脱碳研究；具有集成机械通风 (T-COSY) 的经济高效覆层系统。以用户使用为导向的智慧能源辅助工具。书籍： Evaluating retrofit performance: A process map
2	英国低碳研究中心（Low Carbon Research Institute）	太阳能光伏、氢能、大规模发电和海洋等可再生能源在建筑中的应用	建筑改造前期能耗评估工具；基于可再生能源发电和存储的家庭和运输碳排放方法。
3	澳大利亚低碳生活联合研究中心（Low Carbon Living CRC）	①低碳建筑综合技术 ②低碳社区营造 ③低碳社区与企业参与	建筑环境脱碳技术；近零碳建筑技术。专著：《建成环境脱碳》、《净零碳建成环境》； 11部低碳建成环境指南；若干低碳建筑、社区评价工具。
4	科廷大学	建筑信息建模、建筑信息技术、虚拟、增强和混合现实、计算机支持的协同设计/工作、设计和施工中的移动	BIM技术在施工和工程维护应用。人机交互研究，IC-远程施工的快速解决方案。
5	欧特克公司	面向建筑师，辅助设计绘图；人机交互地进行BIM建模与三维设计。	AutoCAD系列软件。 REVIT三维BIM建模软件。

表1-2 国内从事相关研究的主要机构及典型成果

序号	机构名称	相关研究内容	典型成果
1	清华大学	在绿色建筑与建筑节能、城市热环境缓解、室内热环境调节、建筑供热技术等方面取得了众多研究成果。	国家科技进步二等奖：绿色公共建筑环境与节能设计关键技术研究及应用。 2021年中国工程建设标准化协会“标准科技创新奖”一等奖：《绿色雪上运动场馆评价标准》。
2	重庆大学	依托于山地城镇建设与新技术教育部重点实验室、绿色建筑与人居环境营造教育部国际实验室。研究建筑性能提升与室内环境绿色营造、建造安全与绿色化营造。	国家科技进步二等奖：建筑热环境理论及其绿色营造关键技术。标准：ASHRAE Standard:《Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy》《重庆市绿色建筑评价标准》（DBJ50/T-066-2020）
3	中国建筑科学研究院有限公司	在绿色建筑理论与技术研究、标准规范研编、工程设计与咨询等方面进行了开创性实践，取得了大量创新成果。	《绿色建筑评价标准》GB/T 50378。《既有建筑绿色改造评价标准》GB/T 51141。《民用建筑绿色设计规范》JGJ/T 229。《绿色建筑运行维护技术规范》JGJ/T 391。《绿色建筑工程验收规范》DB11/T 1315。
4	天衍智科技产业有限公司	面向建造业全流程，开展相关智能建模技术、智能设计技术以及配套智能大数据技术、智能云计算技术、智能软件技术等的自主研发，在“3D+大数据+智能”领域取得了体系化关键技术突破。	已申报国家发明专利近四十项，其中已获授权近二十项，获得软件著作产权十余项。建造工程三维BIM智能正向设计及一体化平台。全矢量三维数字地球平台。地质智能建模、矢量地表智能建模、全矢量数字地球平台等关键技术。《智能建造4.0关键性技术及原型系统验证研究》项目，“2021年全国颠覆性技术创新大赛项目”决赛优胜奖。
5	中国城市科学研究会绿色建筑研究中心	在绿色建筑、健康建筑、超低能耗建筑、绿色生态城区领域开展课题研究与标准研发。	《绿色工业建筑评价标准》（GB/T 50878-2013）。《绿色铁路客站评价标准》（TB/T 10429-2014）。《绿色建筑运行维护技术规范》（JGJ∕T 391-2016）。《健康建筑评价标准》（T/ASC 02-2016）。《绿色小城镇评价标准》（CSUS_GBC 06-2015）。《绿色建筑检测技术标准》（CSUS/GBC 05-2014）。

表1-3 项目研发相关的代表性成果、专利、标准（不超过5项）

序号	类型（文献、专利、标准）	名称	机构	作者
1	文献	A framework for addressing urban heat challenges and associated adaptive behavior by the public and the issue of willingness to pay for heat resilient infrastructure in Chongqing, China. Sustainable Cities and Society, 75, 103361.（ESI高被引论文，被引次数58）	重庆大学	He,Baojie, Zhao,D., Xiong,K., Qi,J., Ulpiani, G., Pignatta, G., & Jones, P.
2	软件著作权	全矢量三维数字地球平台（软著登记号：2016SR225373）	天城智（重庆）智能城市规划设计有限公司
3	国家发明专利	不规则三角网曲面几何拓扑一致空间分析系统及方法（专利号：201711061531.1）	天城智（重庆）智能城市规划设计有限公司
4	国家发明专利	一种余热回收型空气处理机组（专利号：201820426337.2）	中国科学院广州能源研究所
5	国家发明专利	一种多场景应用的高效三维纯逆流换热器及装置（专利号：202021702505.X）	中国科学院广州能源研究所

第二部分研究目标及内容

一、项目目标

（一）申报项目与所属指南方向的关联关系

本项目完全对标发布指南方向所设计，评价项目是否能精准匹配指南内容，可以从项目团队对指南内容理解是否到位来进行评判；下面是项目团队基于绿建体系发展现状、背景及趋势出发，形成针对指南内容的理解。

绿色建筑，是把建筑打造为节约资源、保护环境，满足人民日益增长美好生活需要的高品质人居环境。

当前绿建体系的基本面是：绿建技术百花齐放、成果显著；但由于绿建技术实施中设计指标与运维条件匹配不到位、多组绿建技术之间无法发挥协同作用甚至形成抵消，以及建筑业高度内卷化导致人为设计与施工过程对绿建技术质量带来不可控影响，绿建设计与运维之间形成二张皮，“图纸绿色建筑”现象凸显。

另一方面，绿色建筑内容是随着时代发展而与时俱进的，在全球进入到百年大变之际，绿建内涵正在发生深刻变化：

一是中国双碳战略实施不可逆转，双碳是碳总量控制与碳中和原则，这边耗碳多，必须在那里耗碳少，或者在哪里中和碳。这对绿建提出更高维度的刚性要求，绿建体系需是无条件、整体性的遵循双碳原则，绿建技术指标与性能只能依据其在建筑物运维中的整体协同效果来确定。这必然要求高品质绿建内涵需提升为“以健康需求为主的简约低碳生活”，重新精准定位高品质绿建内涵，进而精准引导再造绿建人居生活新模式。绿建融合双碳，必定会引导未来40年全国乃至全人类人生观、世界观、价值观与行为观的一场社会变革工程。

二是发展中国内循环经济、建设数字中国、实现数字化转型，推动智能建造与建筑工业化协同发展，推动中国自主科技创新，已成为当前中国发展之大势；绿建技术体系的创新，必将走数字化、智能建造与建筑工业化协同发展道路。

项目指南方向，就是围绕绿建的基本面以及新时期两个新趋势，紧跟国家发展需求，以自主科技创新和产业化应用范式两个视角来深度展开：

①以设计理论创新为龙头，按照双碳原则与运维需求驱动的绿建新需求、新规律再造设计体系；

②针对绿建系统类技术，遵循双碳原则与运维需求驱动，创新高品质绿色建筑典型关键技术，打造成套技术，形成融汇本土文化、技术与材料的创新发展范式；

③针对绿建结构类技术，遵循双碳原则与运维需求驱动，创新木结构、钢结构、清水混凝土类典型成套建构技术，形成本土化、长寿化、低碳化的建构技术创新范式；

④以智慧协同平台为载体，应用大数据+AI技术等，创新基于模型+规则驱动的协同设计平台与建造过程协同平台；

⑤以前四项研发工作为基础，遵循双碳原则与运维需求驱动，打造“设计—建造—运维”协同示范工程，形成典型本土特征绿建产业化创新发展范式。

以上指南中五个问题的根本解决，实质归结为本项目所提出的系列科学问题及关键技术。正是三十年主流科学界的持续创新对此问题缺乏根本性解决能力，才有了本次公开竞争性揭榜挂帅项目指南的发布。

本项目团队认为：颠覆性技术创新，是以“0→1”研究为主体、“1→2”研究为验证的研发体系；揭榜挂帅类技术创新，是以“0→1”研究为先导，“1→2”研究为主体、“2→3→N”研究为验证的研发体系；传统主流科技创新技术，基本是以“1→2”研究为先导、“2→3→N”研究为主体的研发体系。

面对本项目技术挑战，其核心是必须突破主流绿建技术研究思维的禁锢，以特定颠覆性创新技术为基础，找到系统性创新技术路线与方案；只有具备这种素质潜能的研发团队，才有可能成为真正的破局者。

本项目内容完全按照以上理解内容所展开，与指南内容完全匹配，通过项目团队评估，项目实施内容能支撑指南内容，并在智慧协同平台等关键技术指标上高于指南要求：指南只要求实现1000人规模在线协同，没有提出设计效率与主流设计提升比，而本项目指标拟比主流技术效率至少提升50倍。

（二）项目目标

项目研发针对问题和需求

【W-①】建筑设计理论技术问题

建筑设计流程为：基于内容精细层级、空间结构层次的个体传递设计模式；设计条件参数与设计成果需求的任意变化，都将驱动个体传递设计重启而导致大量重复工作；各设计节点受个体影响质量不可控，易形成质量短板效应；内容精细层级与空间结构层次中独立设计节点易形成不可控数据冲突等。

【W-②】以人为主导软件为辅设计平台一体化问题

主流设计平台是集设计管理+CAD+CAE+BIM+GIS的综合体，各软件基于有限数据接口交换汇整“数据”，实质是缺乏建筑底层逻辑的碎片数据；各软件辅助设计功能只针对部分专业逻辑内容；大量专业知识经设计经验固化为设计人常识；主流AI+5G+算力等新技术对建筑业渗透性低于2%，对设计平台影响无足轻重。

【W-③】半人工半机械化施工协同难问题

主流施工中项目管理与施工设备调度是两套独立技术，各工种施工员理解施工内容前提下调度设备来实现人工、半人工、自动化操作等；建筑物施工流程与工厂完全不同，后者是流水线固定而产品流动，前者是施工流水线设备分组动态切换而产品——建筑物固定；如何实现施工不同专业、上下游专业之间协同化施工，甚至类似工厂流水线施工面临巨大挑战。

【W-④】主流绿建线性设计技术问题

主流绿建线性设计理论方法，为基于主体建筑设计基础上的单向绿建技术线性设计；线性设计工作流程造成绿建设计多方面障碍：各专业独立操作缺乏沟通、绿色技术实施与设计脱节、不同绿建技术之间相互脱节甚至抵消与冲突、缺乏结合建筑设计过程能耗模拟计算、缺乏使用被动式设计策略能力、缺乏互相讨论工作平台、缺乏建筑项目运行数据指导设计、缺乏绿色建筑技术和参数数据库等。

【W-⑤】同一建筑物中使用不同绿建技术优化组合问题

现有各绿建技术都是研发主体自主创新完成，同类绿建技术相似与差异性以及彼此替代性不精准，上下游绿建技术之间的匹配、冲突以及组合性不精准；同一建筑使用多项同类与不同类绿建技术难以实现优化集成应用。

【W-⑥】建筑业内卷化带给绿建设计效率、成本与质量问题

设计取费低、设计费支付慢、人员成本高，与设计要求高、成果要求快、内容变化频繁之间形成剧烈矛盾；高度内卷化导致设计人才流失严重，带来设计质量隐患；绿建技术类型广泛、个性化较强，设计师掌握难度大，恶劣市场环境倒逼绿建设计外包给技术方，与建筑主体设计易形成脱节等。

建筑业内卷化带给绿建设计问题，靠产业市场自我调节已是无能为力，只有在生产力层面实现技术革新才是破局之道。

【W-⑦】融合双碳带来绿建前所未有新问题

在没有融合双碳之前，绿建技术成功与否，对建筑物整体运维没有实质影响：要么停用绿建技术，要么使用绿建技术不达标时增加用户运营成本或降低用户体验。

绿建落地双碳属于国家强制执行项，未来各建筑功能空间在运维中日耗碳量都有指标，运行不达标的绿建技术会导致严重后果：要么建筑物被迫停用；要么导致高价购买碳指标来进行碳对冲；要么升级绿建导致绿建设施重复建设与碳浪费。

而且建筑是全生命周期运维落地双碳，但绿建技术使用周期相对较短与建筑物不同步；建筑中期更新与更换绿建技术面临巨大技术与经济上的挑战。

融合双碳带来绿建前所未有新问题，实质是针对绿建设计的基础、条件、方法、流程、内容等提出了全新要求。

【W-⑧】双碳落地城市建筑综合体系面临前所未有的新问题

双碳落地不只针对单个建筑，而是群体建筑、城市级建筑，与城市基础设施、生产体系、社会运维体系、自然体系等的多层级多维度耦合问题。

城市层级双碳问题，涉及城市双碳关联资源禀赋量化，以双碳为中心的国土空间规划、区域规划、基础设施规划、社区规划与实施等。

城市层级落地双碳，除了基础绿建参数数据库之外，必须有地质、水文、气象、地形、地貌等专业化应用级基础大数据，以及基于此并与绿建体系相耦合的计算、仿真、分析、决策、规划、实施与调度等应用技术准备。

【W-⑨】国家推动智能建造与建筑工业化协同亟待发展颠覆式技术创新问题

国家大力推动各产业数字化转型、发展内循环经济、发展新基建，振兴建设新农村，推动智能建造与建筑工业化协同发展等，对建筑业生态技术创新，提出了前所未有的要求。

建筑业作为中国参与全球竞争的主要领域之一，需要科技创新形成核心竞争力，建筑业全面走向绿建+双碳的技术体系创新，是唯一发展之路。

项目拟解决科学问题

【S-①】基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题。

【S-②】以建筑结构和功能需求为导向驱动的高品质绿色节能集成技术科学问题。

【S-③】面向建筑全生命周期及关联演变的环境、人、设备智慧融合互动的集成技术科学问题。

拟突破核心/共性/关键技术

【T-①】BIM驱动技术。

【T-②】前置设计技术。

【T-③】协同设计技术。

【T-④】增量设计技术。

【T-⑤】知识工业流水线技术。

【T-⑥】标准组即插即用技术。

项目目标、预期成果与考核指标表

（节略）

二、项目研究内容、研究方法及技术路线

（一）项目的主要研究内容

关键科学问题之一：基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题

本项关键科学问题：实现计算机理解BIM模型与专业知识逻辑，构建以智能设计系统为主导、机人交互参与为支撑、实现建筑结构+系统+绿建+施工+运维一体化前置设计，基于模型驱动建筑工厂智能生产与施工，基于模型驱动绿建运维体系，实现建造全生命周期落地双碳。

拟实现关键技术：融合双碳绿建基础设计理论方法；融合双碳绿建逻辑设计方法；建筑知识设计工业流水线设计技术；分布式增量绿建参数数据库；建筑系统技术与结构建构技术标准组即插即用设计集成技术；装配式生产、施工、运维、运行客户功能需求等集成前置设计技术；集成建筑专业知识逻辑的BIM模型驱动建筑全生命周期应用技术；集成建筑专业、结构与系统、功能空间各系统、施工流程、运行功能等协同技术；适应建筑专业、结构、系统与功能等变化的增量化技术。

研究内容之一：融合双碳绿建基础设计理论方法研究

①绿建设计新理论准则及原理研究：建筑双碳落地带给绿建技术全新内涵与要求，比如绿建技术须在运维市场需求环节发挥碳中和作用，建筑所需能源技术成为建筑系统新成员等，都带来了绿建设计理论准则及原理的创新需求。

②绿建典型创新设计逻辑方法研究：绿建前置设计、绿建设计-施工-运维一体化等，带给了绿建设计技术逻辑体系的创新研究内容。

③建筑知识设计工业流水线增量设计技术研究：研究计算机可理解模型的机机交互为主导+机人交互为支撑的分布式流水线增量设计技术体系，实现主流设计技术——以设计师协同主导+人机辅助设计，无法解决建筑设计涵盖建筑系统、绿建、装配式建筑、施工与运维等的全面前置化设计，以及工厂生产-施工-运维全过程动态修复设计等的痛点问题。

研究内容之二：典型绿建前置设计标准体系研究

①典型建筑子类标准组前置设计方法研究：针对建筑设计场景条件标准体系、建筑功能标准体系、建筑系统标准体系等对分类建筑前置设计的标准化影响等，开展范式与方法研究。

②典型建筑绿建标准组前置设计方法研究：针对不同绿建所在场景条件标准体系、绿建联动标准体系、绿建与结构关联标准体系等对分类绿建技术前置设计的标准化影响等，开展范式与方法研究。

研究内容之三：高品质绿色建筑参数标准体系研究

系统开展建筑融合双碳战略的绿建设计参数体系标准化研究。

研究内容之四：高品质绿色建筑参数实验性与验证性数据库建设研究

图2.1-1

选取严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和五个典型气候区域，开展图示中5个高品质绿色建筑参数实验性与验证性数据库建设工作。

研究内容之五：基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台研究

研发集成项目管理、设计、施工、运维一体化的多专业智慧协同平台：采用自主核心技术框架——I3D双螺旋进化智能体技术，构建以BIM智能系统机机交互为主体，专业边端系统机人交互为支撑的智能协同设计平台；协同平台实现建筑结构+建筑系统+绿色建筑+施工逻辑+运行逻辑等的前置设计与协同设计；协同平台支撑BIM模型驱动工程项目管理智能化、施工设备运行智能化；协同平台支持BIM模型与三维地质矢量模型、三维地表矢量模型、三维水文模型、三维微气象模型等实现拓扑一致集成。

研究内容之六：增量绿建参数数据库系统开发

建设可分布式增量化扩展的、支撑绿建系统化前置设计的绿建参数数据库。

研究内容之七：三维BIM支撑设计平台开发

研发一款三维BIM轻量化平台：针对三维BIM正向设计过程中BIM模型，实现设计、施工与运维中参数机人交互输入、轻量化应用与管理；支持导入大数据量的REVIT格式BIM模型，实现轻量化应用与管理；所实现典型轻量化应用：二维图纸、概预算成果及关联模型、数字成果报告以及工业视频等。

关键科学问题之二：以建筑结构和功能需求为导向驱动的高品质绿色节能集成技术科学问题

本项关键科学问题：结合不同区域特点，以运维双碳落地为根本，实现本土长寿低碳的建筑结构+系统+绿建+施工与高品质需求之间优化组合，形成系列成套技术及范式，实现因地制宜的产业化应用。

拟实现关键技术：装配式生产、施工、运维、运行客户功能需求等集成前置设计技术；集成建筑专业、结构与系统、功能空间各系统、施工流程、运行功能等协同技术；建筑系统技术与结构建构技术标准组即插即用设计集成技术；典型可集成应用高品质绿建关键技术；绿建成套技术标准创建范式技术；典型绿建成套应用设计技术标准研究；建筑建构成套技术标准创建范式技术；典型本土长寿低碳建筑建构成套关键技术；设计-建造-运维示范工程标准化建设范式技术；以及典型可集成应用高品质绿建关键技术。

研究内容之八：典型可集成应用高品质绿建关键技术研究（节略）

研究内容之九：绿建成套技术标准创建范式研究

绿建技术应用的实质是组合优化成套技术的应用，面向绿建双碳融合发展需求，开展绿建技术组合优化成套构成范式技术体系的研究。

研究内容之十：典型绿建成套应用设计技术标准研究（节略）

研究内容之十一：建筑建构成套技术标准创建范式研究

施工工业化的实质是建构组合优化成套技术的应用，面向绿建双碳融合发展需求，开展建构技术组合优化成套构成范式技术体系的研究。

研究内容之十二：典型本土长寿低碳建筑建构成套关键技术研究（节略）

研究内容之十三：设计-建造-运维示范工程标准化建设范式研究

设计-建造-运维一体化实质是基于前置设计+成套建构技术+成套绿建技术+成套装配式建筑+成套施工工艺+成套功能需求运维框架等的体系标准化应用，面向绿建双碳融合发展需求，开展设计-建造-运维示范工程标准化建设构成范式技术体系研究。

关键科学问题之三：面向建筑全生命周期及关联演变的环境、人、设备智慧融合互动的集成技术科学问题

本项关键科学问题解决：实现区域背景模型智能化动态建模并与BIM模型有机融合，实现建筑面向整体城市协同落地双碳与高品质绿色，面向建筑运维需求、环境变化协同落地双碳；建立基于局部城市空间环境与建筑耦合影响绿建及双碳落地设计参数的响应规律、调控机制、影响机制；这也是基于整体城市层面针对第一、二科学问题的深化。

拟实现关键技术：基于环境、建筑物及需求协同的城市级绿建政策制度及规划设计技术；城市级环境+人+建筑空间互动影响绿建设计参数建立技术；建立局地气候特征—建筑运行碳评估模型；基于建筑界面建筑能耗模拟分析模型的建筑界面材料与构造节能潜能预测评估技术；被动式绿建场地设计中基于道树场景风热湿耦合非稳态微气候模型的道树形态参数化评估与优化技术。

研究内容之十四：城市环境+人+建筑空间互动影响绿建设计参数模型研究

针对建筑与所处区域的气候、通风、道路、植物等风热效应等对绿建的互动影响，开展图示中3个典型“绿建设计参数模型”研究工作。

图2.1-5

研究内容之十五：

（二）项目拟采取的研究方法

1、针对项目研究拟解决的问题，拟采用的方法、原理、机理、算法、模型等

智慧协同平台核心研究方法

知识活动过程逻辑模型

图2.1-1 知识活动过程逻辑模型

人类知识活动过程：围绕特定行业主题内容，基于软硬件平台和预设知识规则、活动流程，群体人员共同协作完成特定工作，形成预设要求的知识成果。

人类知识活动过程实质是基于一套基础性知识活动过程逻辑模型来实现流转的，包括四类子模型：知识规则模型——行业不断发展的规范参数模型，是知识活动过程遵循标准；个人常识经验模型——个人参与行业知识活动过程，围绕知识规则模型所形成的经验性知识，其质量因人而异；知识成果模型——行业知识活动过程参与者借助于软硬件所形成的可输出模型，成果精度受限于平台系统；实例知识活动输入模型——实例行业知识活动过程中所涉及到各种输入参数模型，输入条件随需求变化频繁。

机机交互方法

机机交互原理：基于自主研发智能系统形成二种范式：一是自主智能系统驱动特定工具软件，在驱动与被驱动系统（可以为主流工具软件）中互读取、互操作彼此内存数据，并通过外部配置参数，仿真人类操作工具由驱动软件操控被驱动软件完成系列工作；二是自主智能系统同时启动多个独立运行自主智能系统，这些独立运行系统完成各自功能操作，并通过外部配置参数仿真人类群体协作实现各种批量任务。

机机交互，实质就是仿真人类操作工具软件原理，通过智能系统来自动完成人类知识活动过程中标准化人为任务。

图2.1-2 从人人互动+人机交互到机机交互+机人交互的分裂重构框架

机人交互方法

机人交互原理：人类知识活动过程总可分离标准化任务与须人类参与非标准任务；智能系统，基于特定软件界面框架与计算机互动操作方式，引导人员按照流程与范式完成对应操作，并保证每步参与人形成的知识工作结果，与知识活动过程的知识规则模型+知识成果模型+实例知识活动输入模型等相匹配。

机人交互原理与机机交互原理是融合使用的，与主流技术中人人交互+人机交互原理形成本质差异。

90••9•1范式原理

图2.1-3 90·9·1范式原理框图

人类知识活动过程基本逻辑：基于特定知识活动流程，各节点人员接收到上游传递的知识成果模型和本节点实例知识活动输入模型；基于个人常识经验模型与掌握的知识规则模型，充分理解输入的知识成果模型+实例知识活动输入模型；借助于软硬件实施个人知识活动，生成新知识成果模型；所生成知识成果模型须尽可能体现知识规则模型，以便供下游参与者理解并使用。

在知识活动过程节点之间，会形成中间流转知识成果模型，其中90%工作对应模型内容与知识规则模型本身无关，只与知识活动参与者理解知识规则模型+实例知识活动输入模型相关，即知识活动互动理解工作；9%工作对应模型内容是表达实例对应的知识规则模型内容，即知识活动体现专业所需工作；1%工作对应模型内容是表达实例知识活动输入模型，即知识活动体现实例内容所需工作。

90••9•1范式原理：针对知识活动过程，抽象出每个流程节点上实质流转的知识规则模型内容+关联实例知识活动输入模型；将各节点人员的知识活动分为标准化任务与非标准任务；标准化任务用智能系统的机机交互代替，非标准任务用智能系统引导的机人交互实现，确保机人内容与知识成果模型相匹配；在整个知识活动过程，确保相同参数只需一次机人交互实现。

90••9•1范式最终形成：90%知识活动互动理解所需工作，由于无需人人协同中间过程而不存在了；9%知识活动体现专业内容所需工作，只需做1次且边际成本为零，针对具体实例项目工作量可忽略；1%知识活动体现实例所需工作，是实例项目主要工作内容所在；显然，该知识活动实现比主流技术具备提升50倍效率潜能。

基于90••9•1范式及专业技术体系与软件平台技术体系，就可以打造满足90••9•1范式的知识活动生产技术体系，形成比主流技术提升50倍效率功能。

模型驱动原理

模型驱动原理：人类任何知识活动过程都对应一个知识活动过程逻辑模型，该逻辑模型一旦形成完整拓扑描述模型，即完整的知识规则模型+知识成果模型+实例知识活动输入模型，则构成计算机理解模型；智能系统基于计算机理解模型实现三类自主工作：驱动特定软件系统实现机机交互操作、机人交互引导参与人完成精准创造性工作、驱动特定设备自动化完成相关任务。

模型驱动原理与主流技术数据驱动、规则驱动有着本质差异，后者仍然脱离不了人主导的知识活动体系。

BIM模型驱动：建筑全生命周期与全专业体系对应全面知识活动过程的模型整体——BIM模型，遵循模型驱动原理。

图2.1-4 供人与计算机共享理解的建筑体系底层逻辑

轻量化应用方法

任何知识活动过程模型，包含各节点流转的知识规则模型+知识成果模型+实例知识活动输入模型，以及各种需求知识成果模型；该模型整体结构超级复杂、数据量巨大且高度非结构化；每次应用使用该模型，会调用大量不相关数据，导致应用效率与性能极大降低。

任何知识活动过程模型应用，实质只是针对局部场景的小数据应用；每次应用所需小数据如被精准调用，则可实现快速高性能应用；人类日常思维就是遵循类似机理。

轻量化应用方法：就是针对知识活动过程模型中的知识规则模型+知识成果模型+实例知识活动输入模型，针对任意需求，通过智能系统，预先生成对应类小数据模型，或动态按需生成对应小数据模型，快速高效满足各种应用需求。

图2.2-5

图2.2-6 轻量化应用方法逻辑框架

2、项目研究方法（技术路线）的可行性、先进性分析

项目技术实施主线

①以既有“0→1”颠覆性技术创新为核心基础。

②整合主流绿建、建构及双碳等技术创新体系并开展集成创新。

③高品质绿建产业化技术的增量化标准范式建设与示范工程建设并举。

④以“基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台”为项目中心研发工作，推动本项目各项研发工作开展。

项目技术路线

图2.2-7 项目技术路线框图

①以自主颠覆性技术创新成果——《智能建造4.0控制性技术及原型系统验证研究》，为本项目核心内容——双碳绿建基础设计理论方法、典型绿建前置设计标准体系、建筑知识设计工业流水线设计技术、基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台研究等，奠定关键技术基础。

②开展双碳战略下的典型高品质绿色建筑专业领域的理论、方法、标准、流程、范式研究，形成本项目实施理论与技术基础。

③从高品质绿色建筑示范应用出发，研发系列典型且具有成套匹配性的关键绿建技术和建构技术，形成本项目所针对绿建技术的基本内容。

④以一体化BIM技术全面深度整合相关典型建筑专业、绿建与建构技术等，进行集成创新，形成相应技术范式与成套技术，形成本项目示范建设的支撑性内容。

⑤以核心支撑软件系统开发和参数数据库建设等，作为项目研发抓手，形成产业化应用支撑技术产品。

⑥部分绿建技术创新理论开展分析研究，作为项目研发理论验证支撑。

⑦以项目研发技术应用于典型协同工程示范建设，作为项目研发实践检验支撑。

项目关键技术

在项目实施过程中形成六大关键基础技术： BIM驱动技术；前置设计技术；协同设计技术；增量设计技术；知识工业流水线技术；标准组即插即用技术。

在项目实施过程中形成系列关键应用技术，基本体现了本项目——高品质绿色建筑设计方法与智慧协同平台，作为国家级揭榜挂帅项目，承担技术创新使命所应有实现的关键性功能，部分典型关键应用技术包括图示中类型（在此不包含相关绿建类关键技术）：

图2.2-8

项目技术先进性

本项目目标及技术框架，紧紧围绕四个层面深入展开：建筑业双碳战略落地，绿建产业化技术价值化应用、建筑产业内卷化困境破局，以及国家推动数字化转型、智能建造与建筑工业化协同发展；这充分说明本项目研发目标与内容，紧跟国家战略发展需求，定位精准全面。

本项目核心基础性技术——《智能建造4.0控制性技术及原型系统验证研究》，历经二十多年自主研发并厚积薄发，在2021年中国首届颠覆性技术创新大赛中获奖；基于该核心技术的本项目关键技术指标——高品质绿色建筑多专业智慧协同平台设计效率，将比主流设计技术提升50倍，远超世界主流AI技术应用设计领域<20%的提升水平；这都充分说明本项目自主研发成果，将处于世界领先水平。

图2.2-9 项目技术先进性逻辑框架

架

项目技术可行性

图2.2-10 项目技术可行性逻辑框

①项目技术原理可行：

关键科学问题之一——基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题，基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台核心研究，以及项目关键技术中六大关键基础技术与系列典型关键应用技术，所拟采用的方法、原理、机理、算法、模型，涵盖知识活动过程逻辑模型、机机交互方法、机人交互方法、90••9•1范式原理、模型驱动原理、轻量化应用方法六大体系。

这六大原理体系本身是一套一体化技术逻辑体系，是针对人类知识活动过程的基本抽象，并按计算机能理解逻辑，构建实现技术体系；形成一套与主流AI不一致的技术范式——I3D双螺旋进化智能体引擎技术；当前该技术已经完成底层技术验证，正处在相关样板领域的产业化应用调试中。

②项目技术逻辑可行：

1）完成的“0→1”颠覆性技术创新成果，已实现本项目以下工作基础：

实现了本项目原理级与底层算法的创新；研究了项目基础技术框架；研究了本项目涉及建筑行业底层逻辑；研究了建筑技术体系复杂变化条件下的模型与平台的增量实现框架；项目核心研发内容——“基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台”的主体系统框架已开发到位。

2）“1→2”的揭榜挂帅创新所需实现的研究原理、逻辑、流程、支撑技术等内容完整、清晰：

研究单项绿建技术即插即用的标准技术范式；研究绿建及建构技术等的成套标准技术范式；研究建筑典型分区绿建设计参数库；研究项目三大关键软件平台；研究典型绿建成套技术；研究典型建构成套技术；实施集设计、施工、运维一体化示范工程建设。

3）为“2→3→N”的产业化应用推广进行了技术准备：

绿色建筑技术自身层面已经开展了持续二十多年的研究，取得了大量基础性、关键性成果，当前相关核心工作，则正是如何开展绿建成套优化技术体系的研究，这也是本项目相关研究任务项的核心内容。

在示范工程实施中，按照对应标准范式，应用BIM驱动的机人交互参与模式，动态形成增量化整体系统的完善。

基于示范工程基础上的产业化应用，按照对应标准范式，应用BIM驱动的机人交互参与模式，动态形成增量化整体系统的完善。

③项目技术落地可行：

项目各技术实施点，都是由有充分研究基础的行业中先进技术研发者来参与落地的，项目技术实施可落地。

三、课题分解方案

（一）课题分解情况

首先，基于项目研发针对问题和需求所提出科学问题的解决出发，对研究内容进行分解，形成项目研究目标与任务。

目标一：基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题解决；主要涉及到总体理论研究、参数体系、软件技术体系研究，包含7项研究任务。

①融合双碳绿建基础设计理论方法研究——从设计原理、设计技术逻辑、增量设计技术三个子项层面开展颠覆性基础理论创新研究。

②典型绿建前置设计标准体系研究——是各类设计项或成套设计项建立设计技术标准的基础。

③高品质绿色建筑参数标准体系研究——是高品质绿色建筑参数实验性与验证性数据库建设的基础。

④高品质绿色建筑参数实验性与验证性数据库建设研究——是高品质绿色建筑设计的参数支撑体系，分五个典型气候区进行参数建设。

⑤基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台研究——是高品质绿色建筑设计、施工、运维的核心控制性成果。

⑥增量绿建参数数据库系统开发——是满足绿建参数数据库内容动态变化所需的分布式增量扩展的支撑性技术。

⑦三维BIM支撑设计平台开发——是高品质绿色建筑协同设计中设计师使用的边端软件系统和设计成果使用轻量化边端软件系统。

目标二：以建筑结构和功能需求为导向驱动的高品质绿色节能集成技术科学问题解决；主要涉及绿建成套、建构成套技术、示范实施技术标准研究，包含6项研究任务。

⑧典型可集成应用高品质绿建关键技术研究——针对典型关键性绿建技术开展创新研究，并确保所研究绿建技术，能按照本项目整体技术范式，实现可集成创新，为成套技术打造奠定基础；共设十一个典型关键性绿建技术研究项。

⑨绿建成套技术标准创建范式研究——研究各类绿建技术在设计、施工、运维过程中的典型特征、规律、节点、流程、接口与模型等，为成套绿建技术标准，建立技术范式，是任务研究项⑩的技术基础。

⑩典型绿建成套应用设计技术标准研究——选取典型建筑门类，研究对应的成套绿建技术，是后续成套技术前置设计的技术基础；共设七个典型技术研究项。

⑾建筑建构成套技术标准创建范式研究——研究各类建构技术在设计、施工、运维过程中的典型特征、规律、节点、流程、接口与模型等，为成套建构技术标准，建立技术范式，是任务研究项⑿的技术基础。

⑿典型本土长寿低碳建筑建构成套关键技术研究——选取本土化、长寿化、低碳化的典型建构技术，研究对应的成套建构技术，是后续成套技术前置设计的技术基础；共设三个典型技术研究项。

⒀设计-建造-运维示范工程标准化建设范式研究——以施工实施为立足点，融合设计与运维需求，研究设计-建造-运维示范工程实施的标准化范式，是示范工程实施的基础。

目标三：面向建筑全生命周期及关联演变的环境、人、设备智慧融合互动的集成技术科学问题。主要涉及参数模型、整体建构逻辑的研究，包含2项研究内容。

⒁城市环境+人+建筑空间互动影响绿建设计参数模型研究——精准研究微环境、建筑与人需求之间的耦合作用及对绿建设计影响，并为对应绿建设计参数提供技术支撑。

⒂基于环境、建筑物及需求协同的城市级绿建政策制度及规划设计方法研究——针对城市级自然环境、社会经济、政治、人文等各方面大尺度视角的宏观研究，为绿建与双碳落地的政策导向提供理论及技术支持。

其次，在任务分解之后，按照技术特点和可实施性，根据项目指南的整体要求，从设计理论、建筑系统、建筑建构、软件平台、示范工程五个维度，层层递进构建项目任务的实施体系。

①设计理论体系研究课题设计——基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑本土化设计理论体系、产品及参数数据库研究：以问题一的研究内容之一+之二+之三+之四，以及问题三的研究内容之十四+之十五为目标，开展基础理论层面的课题研究。

②建筑系统技术体系研究课题设计——基于BIM模型驱动的融汇本土文化、技术与材料的高品质绿色建筑关键技术研究：以问题二的研究内容之八+之九+之十为目标，开展绿建技术相关内容的课题研究，为快速打造增量化的成套绿建技术体系，并协同应用于建筑整体以及设计、施工、运维全过程奠定技术基础。

③建筑建构技术体系研究课题设计——基于BIM模型驱动的本土化、长寿化、低碳化的建构技术研究：以问题三的研究内容之十一+之十二为目标，开展建构技术相关内容的课题研究，为快速打造增量化的成套建构技术体系，并协同应用于建筑整体以及设计、施工、运维全过程奠定技术基础。

④软件平台技术体系开发课题设计——基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台研究：以问题一的研究内容之五+之六+之七为目标，研发相应软件平台，是本项目的核心控制性技术，是设计、施工、运维全过程协同的关键性支撑技术。

⑤示范工程实施体系研究课题设计——基于BIM模型驱动的集设计、建造与运维一体化协同应用工程示范研究：以问题二的研究内容之十三为目标，选定五个典型示范工程，开展“设计—建造—运维”协同示范建设。

图3.1-1

（二）各课题内容

课题1：基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑本土化设计理论体系、产品及参数数据库研究

主要研究内容

①融合双碳绿建基础设计理论方法研究

①-1绿建设计新理论准则及原理研究

以绿建融合双碳以及绿建设计、施工与运维一体化等为背景，针对绿建技术、施工逻辑、装配式工厂、运维功能需求等的前置设计，双碳战略与高品质绿建整体、建筑结构、建筑系统、建筑能源供给系统、绿建运维人居环境功能需求体系相结合等，基于BIM模型驱动逻辑研究绿建设计新理论准则与原理。

①-2绿建典型创新设计逻辑方法研究

以“①-1绿建设计新理论准则及原理研究”成果为基础，从智设系统的机机交互设计与机人交互设计、BIM模型驱动设计、建筑标准组增量前置设计、运维需求融合双碳驱动设计、关联群体建筑融合双碳协同设计等环节，基于BIM模型驱动逻辑开展相应设计方法体系的研究。

①-3建筑知识设计工业流水线增量设计技术研究

研发云端系统与边端系统协同技术；云端系统与边端系统功能实现标准化机机交互功能+机人交互功能框架分布式组合技术；设计过程人参与体系实现云端系统与边端系统的机人交互操作模式化技术。

实现建筑设计、结构设计、系统设计、绿建设计、施工深化设计、运维需求设计、双碳融合设计内容的任务单元化与岗位节点化，并与分布式流程化的云端系统与边端系统体系有机关联，形成一整套分布式的岗位节点+云端系统+边端系统互响应的工业化流水线设计网；扩展建筑设计新内容时，按照特定范式增量接入既有工业化流水线设计网（类似电器动态接入电网），无需改变工业化流水线设计网底层框架。

②城市环境+人+建筑空间互动影响绿建设计参数模型研究

②-1高密度局地空间热岛效应绿建设计参数模型及碳指标评价方法研究

结合局地气候区和局地通风区模型，量化高密度局地城市空间热岛效应，探究局地空间形态对局地风热环境的影响规律；耦合局地空间形态与热岛效应，探究建筑运行碳的响应规律，建立局地空间形态—建筑运行碳评估模型，预测局地空间形态对建筑运行碳变化；根据绿建设计方案要求，以热岛效应强度和建筑运行碳为评价指标，实现绿建场地空间形态特征优化。

②-2建筑界面热效应绿建设计参数模型及评价方法研究

考虑外围护绿化、冷却材料、围护构造等手段，探究建筑界面对表皮辐射、反射、蒸散、隔热对热质传递过程的调控机制，建立建筑界面材料热效应模型；耦合建筑能耗模拟分析软件，量化分析建筑界面材料对室外微气候—室内温度—建筑能耗的动态影响，实现绿建案例气候背景与局地气候条件下，优化选择建筑界面材料与构造，完善绿建设计方法。

②-3城市行道树热环境效应绿建设计参数模型及评价方法研究

探究行道树对绿建道路界面风、热、湿环境的作用机制，建立行道树对绿建道路界面风、热、湿环境调控模型，精确评估行道树对绿建道路界面的微气候特征，支撑被动式绿建场地优化设计方法。

③基于环境、建筑物及需求协同的城市级绿建政策制度及规划设计方法研究

针对城市整体双碳落地，研究城市双碳关联资源禀赋的量化，研究双碳战略对国土空间规划、区域规划、基础设施规划、社区规划等影响模式及绿建政策；研究城市功能区间的综合碳平衡范式及绿建政策；研究不同区域的配电系统+城市基础设施间落地双碳的相互转换模式及绿建政策；形成双碳战略下的规划设计方法等。

④典型绿建前置设计标准体系研究

④-1典型建筑子类标准组前置设计方法研究

针对建筑领域典型门类——医院建筑、办公建筑、展览建筑、住宅建筑、教育建筑、酒店建筑、工业建筑所对应的建筑设计、结构设计、系统设计、绿建设计、施工深化设计、运维需求设计、双碳融合设计特点，基于BIM模型驱动逻辑开展前置设计标准体系研究，为增量化接入工业化流水线设计网体系奠定基础。

前置设计标准体系建设包括三类：建筑设计场景条件标准体系，包括地质、地形、地貌、水文、气象以及周边建筑物等的相关内容；建筑功能标准体系，包括从单体建筑物，到建筑物功能房间、功能套间、功能通道、功能单元、功能楼层、功能外墙、功能屋顶、功能地下室等功能空间等的相关内容；建筑系统标准体系，包括从建筑给水系统、排水系统、采暖系统、燃气系统、通风系统、空调系统、强电系统、弱电系统、消防系统，到绿建新技术等的相关内容。

④-2典型建筑绿建标准组前置设计方法研究

基于BIM模型驱动逻辑，以“①融合双碳绿建基础设计理论方法研究”、“④-1典型建筑子类标准组前置设计方法研究”的相关成果为基础，针对绿建各子项技术的自身技术原理、特点，以及与上下游关联绿建技术的连接需求及相互影响、与所处建筑结构空间的定位、连接及相互影响等，基于BIM模型驱动逻辑开展标准化体系实现方法研究。

并以可回收装配式建筑标准组、氢能热电联供标准组、错峰电力储能标准组、建筑能量转换系统标准组、建筑发电系统标准组、地热能量交换标准组、低碳品质鲜风系统标准组、电锅炉储热标准组、被动技术标准组、空间功能转换标准组、建筑全周期绿建参检监大数据标准组等典型绿建技术为例，研制对应建筑标准组的前置设计技术标准成果。

⑤高品质绿色建筑参数标准体系研究

研究绿建参数建设范式：绿建设计参数既包括主体建筑设计参数和绿建设计参数，还包括绿建双碳融合之后与地质、地理、气象、自然资源、人文、经济、社会等相关类参数；同时随着双碳落地加快，绿建参数体系会快速变化与增长；基于BIM模型驱动逻辑针对此开展系统化的范式研究。

⑥高品质绿色建筑参数实验性与验证性数据库建设研究

针对严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和五个典型气候区，研建高品质绿色建筑实验性与验证性数据库，内容对应图示中五个典型数据库。

图3.2-1

绿建设计参数库建设包括三个阶段：

第一阶段建库工作：以“⑤高品质绿色建筑参数标准体系研究”中相关绿建参数建设范式研究内容为参考，针对以上五个区域，分别系统开展融合双碳的综合绿建参数库全部细化内容项研究。

第二阶段建库工作：基于第一阶段建库工作基础，按照“⒀增量绿建参数数据库系统开发”中约定的建库要求，进行各种参数的采集、收集，以及分类预处理和建模工作。

第三阶段建库工作：基于第二阶段建库工作基础，按照“⒀增量绿建参数数据库系统开发”中研发的绿建参数智能入库机人交互边端软件系统，实现动态化、社会化的分布式增量化参数入库，最终打造可以支持产业化应用的高品质绿色建筑实验性与验证性数据库。

拟参与解决的重大科学问题

本课题涉及预定两大科学问题的解决：基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题；面向建筑全生命周期及关联演变的环境、人、设备智慧融合互动的集成技术科学问题。

拟解决的关键技术

本课题涉及预定八项关键技术的实现：融合双碳绿建基础设计理论方法；融合双碳绿建逻辑设计方法；建筑知识设计工业流水线设计技术；适应建筑专业、结构、系统与功能等变化与增加的增量化技术；建筑系统技术与结构建构技术标准组即插即用设计集成技术；装配式生产、施工、运维、运行客户功能需求等集成前置设计技术；基于环境、建筑物及需求协同的城市级绿建政策制度及规划设计理论方法；城市级环境+人+建筑空间互动影响绿建设计参数建立技术。

课题2：基于BIM模型驱动的融汇本土文化、技术与材料的高品质绿色建筑关键技术研究

（节略）

课题3：基于BIM模型驱动的本土化、长寿化、低碳化的建构技术研究

主要研究内容：

⑩建筑建构成套技术标准创建范式研究

以BIM平台为牵引，构建施工工艺+施工设备+施工构件+施工主材的增量标准化实施技术范式，形成增量应用技术；在此基础上集成建筑系统成套标准技术、绿建成套标准技术，进而协同装配式工厂生产成套标准技术、物流仓储成套标准技术；整体实现多专业、多环节、多过程、多要求的协同管理技术，促成各成套技术体系的统一化、标准化，加强各结构体系、系统体系的兼容性，满足各种构件性能要求、加强多专业协同作业能力、提升多过程控制水平、实现多环节无差错流转，实现设计—生产—施工—运维多阶段性能检验与快速检修。

本土长寿低碳建构技术适应条件标准

针对本土长寿低碳建构技术体系，研发对应适应条件标准的建立范式：研究本土长寿低碳建构技术所对应的区域气候适应条件标准、区域产业市场资源可持续供给适应条件标准、建筑类型适应条件标准、建筑功能空间适应条件标准和建筑部件应用形态适应条件标准，并形成类似技术实现标准建立的范式；形成增量应用技术；标准内容构成高品质绿色建筑实验性与验证性数据库的一部分。

适应条件标准的分析要素，综合基于受力特性、抗震性、防腐性、防火性、防潮性、可加工性、可安装性、可运输性、可存储性、经济性等内容展开。

可回收装配式构件标准技术

针对本土长寿低碳建构技术体系，基于BIM模型驱动，研发对应可回收装配式构件技术标准的建立范式：研究建筑主体结构、建筑系统、建筑外墙、建筑房间、建筑地下室、建筑基础、建筑屋顶、建筑特殊功能层、建筑框架结构整体空间等的拆分标准、规则、参数与模型，并形成类似可回收装配式构件技术标准建立的范式；研究可回收装配式构件降级使用技术标准、再次使用流程标准及节能指标评估技术标准，并形成类似技术标准建立的范式；形成增量应用技术。

在此基础上，开展装配式构件基于功能、性能、型号、尺寸、图纸、形态、材质、安装工艺等要素的统一标识、标准发布、导航图使用等技术标准体系的建设。

⑾典型本土长寿低碳建筑建构成套关键技术研究

基于钢结构、木结构和清水混凝土等结构构件的安全性、使用性和可回收性等性能研究出发，以BIM平台为驱动，探究装配式新农村住宅成套技术、酒店建筑内装修成套技术和建筑物外装修成套技术的通用性，促进可回收预制构件的互换性；开展3项建构成套关键技术研究。

⑾-1木结构+钢结构+清水混凝土组合的可回收装配式新农村住宅楼成套技术研究

（节略）

⑾-2木结构+钢结构组合的可回收装配式酒店建筑内装修成套技术研究

建构成套关键技术产业化背景

酒店是日耗能高的公共建筑物，是绿建技术、建筑节能与双碳落地的重点场所；大量酒店是基于非标准酒店建筑物改造而成，缺乏绿建技术基础；而新建酒店在绿建技术与双碳落地层面面临挑战；因此酒店功能转换装修中，打造可回收装配式酒店建筑内装修成套技术迫在眉睫。

结构层级化集成标准研究：基于BIM模型驱动的前置设计、结构材料选型、驱动装配式工厂生产选型、施工现场中间拼装、施工现场运输与现场机器人施工等的层级化集成技术标准研究。

成套技术重点研究内容

针对酒店建筑特点与需求，探究钢木构件以及结构连接处的结构安全、隔声隔热、防火防潮性能，建立统一的构件造型与尺寸设计方法。

以木质装饰板为研究对象，基于不同复合构造与制作工艺方法，集成内部涂层、装饰挂板与复合构造，探究结构性能、热工声学以及防火性能，获取轻型木制构件构造与材料的基本模数需求。

基于消防目标，探究钢木结构节点设计与潜在火源、设备管件布置，进一步优化节点设计方法与施工工艺。

考虑直接连接、间接连接和填充连接等方式，探究钢-钢、钢-木、木-木构件节点咬合能力，支撑钢木材料选型；进一步分析各连接方式的可拆卸性和可重组性，形成标准化的节点设计方法。

⑾-3清水混凝土装饰板的装配式建筑物外装修成套技术研究

（节略）

课题4：基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台研究

主要研究内容

⑿高品质绿建多专业全周期智慧协同平台开发

平台功能研究内容：围绕双碳融合的高品质绿色建筑的设计、施工、运维三个环节，研发基于BIM模型驱动的三大协同技术功能体系。

综合前置设计协同功能：遵循前置设计技术原理，应用BIM模型驱动技术框架，以建筑设计+结构设计为协同主体，实现集系统设计、绿建设计、装配式建筑设计、施工细化设计、运维需求设计、双碳落地运维设计，以及运维过程回收设计等的综合协同设计技术体系；该内容并以课题1中的①-1、①-2、④等任务项研究内容为基础。

综合驱动施工协同功能：实现施工过程集建筑场地BIM模型+施工逻辑BIM模型+施工内容BIM模型+施工过程BIM模型的一体化综合施工BIM模型精准动态化重建：应用BIM模型驱动技术框架，与塔吊、泵车、挖土机等典型施工设备实现连接，协同驱动施工设备无人化精准施工操作。

综合运维物管协同功能：以建筑物的功能房间、功能套间、功能通道、功能单元、功能楼层、功能外墙、功能屋顶、功能地下室等空间为目标，基于双碳落地需求、高品质绿色建筑客户典型需求，分类配置、协同、调控对应建筑系统与绿建系统的运行控制参数，形成最佳双碳指标+绿建指标组合的运行体系。

底层逻辑研究内容：围绕双碳融合的高品质绿色建筑专业智慧协同，研发BIM模型驱动底层逻辑。

协同平台底层逻辑集成绿建设计原理及范式成果：包括融合双碳绿建基础设计理论方法、典型绿建前置设计标准体系、高品质绿色建筑参数标准体系、绿建成套技术标准创建范式、建筑建构成套技术标准创建范式、设计-建造-运维示范工程标准化建设范式相关研究成果。

绿建设计原理及范式成果形成五大底层基础模型框架：建筑子类标准组增量中间标准模型框架；建筑绿建标准组增量中间标准模型框架；绿建成套技术标准创建范式增量中间标准模型框架；建筑建构成套技术标准创建范式增量中间标准模型框架；设计-建造-运维示范工程标准化建设范式增量中间标准模型框架。

数据+系统框架研究内容：围绕双碳融合的高品质绿色建筑专业智慧协同，研发BIM模型驱动的绿建双螺旋进化智能体技术，这是本项目所研发协同平台的核心基础。

图3.2-3

绿建双螺旋进化智能体技术包括二部分：面向数据框架的绿建分布式进化大数据智能体技术和面向系统框架的绿建分布式进化平行端智能体技术；二者完全各自独立实现增量化进化生长，又基于特定框架的耦合作用，构成互为条件、互为支撑、互助增长和互为结果，参见“绿建双螺旋进化智能体逻辑框图”。

绿建分布式进化大数据智能体技术，包括常规分布式叉树模型和内存平行端叉树模型二类叉树模型。

1）常规分布式叉树模型，是以目录+文件形式独立分布式存在于云端与边端各计算机系统的各种参数文件或模型文件；这些目录+文件，通过目录之间，以及目录与文件、文件与文件、文件与文件内容、目录与文件内容、文件内容与文件内容之间形成六大关联K-M•N叉树模型框架。

常规分布式叉树模型支撑二类模型文件：外部模型文件，对应主流软件包括中间件软件、工具软件、管理信息系统等所生成的标准文件格式；I3D模型文件——项目团队公司自主研发模型文件格式。

2）内存平行端叉树模型，是以数据结构+指针等变量组织形式、独立分布式存在计算机软件系统中的内存模型；这些内存模型，是由分布式进化平行端智能体对应系统，针对常规分布式叉树模型，无需预定义数据变量结构，所自组织智能化所形成的内存模型体系。

绿建分布式进化平行端智能体技术，是面向高品质绿色建筑多专业智慧协同平台各节点，基于自主研发的AutoKWS产品技术框架，研发一系列分布式不同功能成套组合的云端系统与边端系统。

AutoKWS知识工作智能软件家族，包括六类典型功能框架：

KNOPRO知识项目工程增量管控软件框架；KNOCON岗位角色分布网络增量管控软件框架；KNOSOU知识项目工程统一资源标识管控软件框架；KNOROL知识项目工程资源统一岗位角色管控软件框架；KNOEND知识项目工程工业流水线机人交互软件框架；KNOTOO绿建分布式进化大数据智能体参数编辑机人交互软件框架。

应用框架研究内容：围绕双碳融合的高品质绿色建筑设计、施工、运维环节的三大协同技术功能体系，形成系列集成分布式云端系统+边端系统的应用框架。

知识设计工业流水线技术：由不同分布式角色岗位对应BIMPRO框架+BIMEND框架+ BIMCON框架+ BIMSOU框架+ BIMROL框架+BIMTOO框架，打造工业流水线设计的云端系统+边端系统，并与绿建分布式进化大数据智能体相耦合，形成知识设计工业流水线技术框架。

绿建机人交互设计及应用边端系统：对应⒀与⒁二类边端系统。

绿建机机交互综合机云端系统，基于分布式边端系统用户岗位角色框架的对应软件技术实现框架：专业机机协同机云台系统：面向专业技术云端协同需求；综合分布网管机云台系统：面向云端上传下载、备份、流转、通讯等需求。

绿建机人交互综合机人端系统，基于分布式边端系统用户岗位角色框架的对应软件技术实现框架，涵盖六类典型系统：

综合分布网管机人端系统：面向边端上传下载、备份、流转、通讯等需求；

资源机人管控机人端系统：面向边端项目相关综合资源标识管控与关联等需求；

企管机人管控机人端系统：面向边端项目相关企业岗位角色及人员关联、流转管控等需求；

项目机人管控机人端系统：面向边端项目任务分解、流程组织、参与岗位角色人员管控与关联需求；

资管机人调度机人端系统：面向实施（施工）过程参与设备、设施、材料、产品、构件等的使用、启用、关停、协作需求；

BIM模型驱动机人管控系统：面向边端系统连接到特定设备，并基于施工过程BIM或物管运行BIM，按照增量化动态参数要求实现驱动特定设备批量化操作的需求。

外围支撑系统：云端在线即时通系统、移动端在线即时通系统，分别与专业机机协同机云台系统、综合分布网管机人端系统双向互动链接。

图3.2-4

⒀增量绿建参数数据库系统开发

研究绿建参数库建设范式：按照绿建分布式进化大数据智能体技术要求，基于BIM模型驱动逻辑构建高品质绿色建筑参数库。

开发绿建参数增量汇集系统：主流基于集成系统预设数据库框架的开发模式，无法满足这种快速变化参数库需求；基于本课题⑾所研发协同平台框架下，研发本系统，实现高品质绿色建筑设计过程中，不受动态增量化完善参数数据库内容的影响。

⒁三维BIM支撑设计平台开发

基于本课题⑾研发协同平台框架，研发设计师与设计成果用户所需的三维BIM支撑设计平台；开发二大应用范式：分布式的机人交互协同边端设计应用和轻量化边端应用；拟研发核心本功能：实现三维BIM正向设计过程中设计、施工与运维所需参数机人交互输入、轻量化应用与管理；支持导入大数据量REVIT格式BIM文件的轻量化应用与管理；轻量化应用成果包括二维图纸、概预算成果及关联模型、数字成果报告以及工业视频等。

拟参与解决的重大科学问题：基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题

拟参与解决的关键技术：建筑知识设计工业流水线设计技术；建筑系统技术与结构建构技术标准组即插即用设计集成技术；装配式生产、施工、运维、运行客户功能需求等集成前置设计技术；集成建筑专业、结构与系统、功能空间各系统、施工流程、运行功能等协同技术；适应建筑专业、结构、系统与功能等的变化与增加的增量化技术；设计-建造-运维示范工程标准化建设范式技术。

课题5：基于BIM模型驱动的集设计、建造与运维一体化协同应用工程示范研究

主要研究内容

⒂设计-建造-运维示范工程标准化建设范式研究

示范工程建设标准范式内容：围绕设计-建造-运维示范工程一体化建设所要求的全部设计前置，基于BIM模型驱动逻辑开展相关系列标准化建设工作：

项目的快速选址、测绘与勘测标准化建设以及所涉及到关键支撑技术（比如地质、点云智能建模技术等）；业主需求提资机人交互标准化范式建设；项目场址地形、地质、地貌、气象条件模型集成标准化建设（这是前置设计的关键基础）；项目结构选型标准化建设（需要业主与设计方等多方面的动态协同）；建筑系统及绿建选型标准化建设（需要业主与设计方、技术方等多方面的动态协同）；建筑材料（尤其绿建材料）选型标准化建设（需要业主与设计方、材料方等多方面的动态协同）；建构选型标准化建设（需要业主与设计方等多方面的动态协同）；装配式建筑选型标准化建设（需要业主与设计方、工厂方等多方面的动态协同）；现场施工安装工艺设备选型标准化建设（需要业主与设计方、施工方等多方面的动态协同）。

图3.2-5

一体化综合施工BIM模型标准框架：施工过程就是现场中四大要素BIM模型：建筑场地BIM模型+施工逻辑BIM模型+施工内容BIM模型+施工过程BIM模型动态精准被演绎使用的过程：

建筑场地BIM模型，包括场地质+地表+建筑物+材料+设备+设施等的精准BIM模型体系；施工逻辑BIM模型，包括施工细分阶段及关联的设备设施材料数字ID以及位置，先后进场流程、角色、路径等信息模型体系；施工内容BIM模型，包括结构及系统的布局、定位、路由、连通、连接等信息，以及施工构件的条件与尺度等信息模型体系；施工过程BIM模型，包括各施工过程构件与部位的动态精准模型，匹配施工设备类型及姿态的动态精准模型，二者协同过程形成的定位精准模型、连接模型，以及设备、构件、材料等移动过程形成的精准模型等。

图3.2-6

场地施工动态流水线标准框架：建造体施工过程与制造业制造过程机制有着本质不同，前者施工过程流水线设备是流动的，但所建造产品——建筑物的位置却是固定的；后者生产过程流水线设备是固定的，但所制造产品却是动态流动的；面向工业化智能化施工要求的场地施工动态流水线标准框架，拟围绕“自生长支撑施工”、“垂直架装施工”、“柔性变轨运输”、“钻挖冲填施工”、“末端独立机器人”五类典型标准柔性施工流水线技术范式：

图3.2-7

自生长支撑施工范式，伴随建筑物施工进程而以该建筑物结构作为支撑体系的标准作业技术范式，包括自生长支撑注筑型施工技术——整体自升式钢平台、自生长支撑开挖型施工技术——地下连续墙整体自降式内支撑二类典型；

垂直架装施工范式，包括定位施工（支架、架模、拆模等）、牵引施工、定向施工、定移施工，连接施工，注捣施工，平整施工等系列标准作业技术体系；

柔性变轨运输范式，包括空中架构运输（塔吊）、空管泵送运输（泵车）、地面滑轨运输（有轨自动控制）、地面无轨运输（无人驾驶）、空中投送（无人飞机）、重力设备空转技术（二挖土机空中接力转移运输），以及垂直滑槽运输等系列标准作业技术体系；

钻挖冲填施工范式，包括挖方施工、成孔施工、注材施工、护壁施工、铺面施工、夯实施工、填料施工等系列标准作业技术体系；

末端独立机器人，特定空间与场地的独立机器人施工技术，分独立固定产品和现场动态组装二类产品标准作业技术体系。

施工流水线节点智能设备技术范式：施工过程流水线设备受施工现场及建造物的个性化影响极为严重，单一功能智能化装备技术很难直接应用于施工过程；拟围绕标准作业分类、设备及动作组合、关联综合BIM模型等内容研究标准范式。

图3.2-8

典型建筑施工工艺技术范式：围绕现浇施工工艺、装配式建筑施工工艺、现浇+装配式施工工艺，研究相应技术范式；重点推进本次示范工程建设相关的办公楼、酒店二类大能耗建筑的装配式工艺范式的研究：包括低碳品质鲜风系统布设+安装工艺范式、铝制装配式装修工艺干式工法装配+管线与结构分离+部品集成定制范式。

图3.2-9

施工设备标准操作与组合操作范式：选取六类典型工种设备构建标准操作与组合操作范式：面向土石方施工的挖+填+装+…机械精准动作范式；面向基础处理的钻+打+夯+压+…机械精准动作范式；面向边坡处理的打+拉+挤+铺…机械精准动作范式；面向混凝土浇筑的抬+注+喷+压…机械精准动范式；面向结构施工的接+焊+绑+搭…机械精准动作范式；面向装配式安装的吊+架+接+焊…机械精准动作范式。

图3.2-10

示范工程建设国家产业化对策研究：高品质绿色建筑示范工程，必须是紧紧围绕国家发展战略所需的建筑产业方向；拟围绕基于绿建与双碳落地要求的存量建筑物再造工程、新农村振兴建设碳中和家居工程作为重点，开展政策及出台趋势、地域政策特点，区域对应的地形、地貌、水文、气象、植被、农业、林业等的资源禀赋水平与双碳关系及影响，不同区域示范工程成套设计-建造-运维实施技术范式等开展研究工作。

典型施工设备BIM驱动接口技术研究：选取示范工程特定施工节点设备，按照BIM驱动施工技术的要求，推进对应驱动施工设备部接口技术研究。

图3.2-11

⒃设计建造运维协同工程示范实施专项（节略）

承建方综合实施能力建设：设计-建造-运维示范工程标准化，对各承建方提出了挑战，需要依据设计-建造-运维示范工程标准化建设范式要求，推进三个方面实施能力体系范式建设：扁平化端到端施工组织体系，扁平化岗位驱动流程机人交互人才体系，标准工艺流水线模型驱动施工技术体系。

示范工程目标选定范式研究：基于国家战略需求、产业化市场潜能、典型区域代表性、承建单位资源条件、相关综合绿建技术成熟度等，研究示范工程目标选定范式，选定本次示范建设的具体工程。

拟参与解决的重大科学问题：以建筑结构和功能需求为导向驱动的高品质绿色节能集成技术科学问题

拟解决的关键技术：集成建筑专业知识逻辑的BIM模型驱动建筑全生命周期应用技术；集成建筑专业、结构与系统、功能空间各系统、施工流程、运行功能等协同技术；建筑物不同绿建技术标准组匹配成套集成范式技术。

四、主要创新点

创新点1——设计理论创新①：绿建设计新理论准则、新原理以及新设计逻辑

解决主流设计理论无法支撑绿建技术、装配式技术与双碳融合的客观需求带来的一体化前置协同设计技术挑战；面向高品质绿建一体化前置协同设计技术所需理论支撑需求，研究体现绿建技术必须经受运维需求双碳检验、能源技术建筑系统化等的全新设计理论准则及原理，研究融合智设系统机机交互与机人交互设计方法、BIM模型驱动设计方法、建筑标准组增量前置设计方法等全新设计框架。

创新点2——设计理论创新②：建筑知识设计工业流水线增量设计技术

解决主流设计流程中多设计阶段、多设计专业及多设计成果应用中以人为主导设计模式无法实质解决协同的挑战；面向高品质绿建一体化前置协同设计技术框架需求，研究以计算机理解BIM模型技术框架为基础的机机交互+机人交互设计技术协同框架、实现新增量设计项即插即用的设计技术协同框架。

创新点3——设计参数技术创新：基于建筑城市背景、建筑全要素以及双碳融合的高品质绿色建筑参数标准体系

解决主流设计所选用参数无法涵盖建筑城市背景、建筑全要素以及双碳融合等内容的痛点，面向高品质绿建一体化前置协同设计技术参数需求，建立一套可以涵盖城市背景、建筑全要素以及双碳融合相关内容的绿建参数分类、提取、标识以及流程、叉树化数据组织的技术框架，并实现新内容的增量化扩展。

创新点4——设计软件技术创新①：边端增量绿建参数数据库系统技术

解决主流绿建参数数据库的集成预设数据库框架，针对新类型绿建参数分布式存储至数据库中，需要重新扩展或再造参数数据库底层框架的痛点；面向高品质绿色建筑一体化前置协同设计参数数据库智能增量化运行，开发边端应用的增量绿建参数数据库系统，实现分布式边端用户的增量化存储与使用参数数据库。

创新点5——设计软件技术创新②：三维BIM支撑设计及轻量化平台技术

解决主流建筑设计及施工、运维管理云平台中，采用以设计师主导的人人交互协同+软件工具支撑人机交互的技术范式，无法从根本上解决“需求变化难适应、碰撞检测难彻底、数据共享难到位、设计质量不可控”等的痛点，以及BIM在使用中因数据量大、应用数据不聚焦的痛点；面向高品质绿建一体化前置协同设计需求，研发计算机理解BIM模型驱动的智能设计系统机机交互+软件工具机人交互的新技术范式，开发三维BIM智能正向设计技术平台，实现设计技术流程的彻底再造、BIM模型轻量化应用技术体系。

创新点6——建筑软件技术创新③：基于BIM模型驱动的高品质绿色建筑多专业智慧协同平台

解决主流建筑多专业协同技术体系中多建设阶段、多工作任务中碎片化实施无法有机协同痛点；面向高品质绿色建筑多专业智慧协同技术需求，研发集成项目管理、设计、施工、运维一体化的多专业智慧协同平台，全面支持基于BIM驱动与功能需求驱动的绿建一体化前置协同设计、工业化施工以及协同运维。

创新点7～创新点15（节略）

创新点16——专业+设计技术创新①：绿建成套技术标准创建范式技术

解决绿建技术在设计时只能基于技术自身特点出发，而无法考虑不同绿建技术组合匹配性、运维中与功能需求相适应等因素，导致绿建技术发挥不出实质性成效，难以实现绿建与双碳落地的痛点；面向高品质绿建技术成套高效应用，研发各类绿建技术按照一体化前置协同设计需求，构建优化组合成套绿建技术体系的标准范式，是绿建成套技术增量、柔性标准化应用的关键技术基础。

创新点17——专业+设计技术创新②：建筑建构成套技术标准创建范式技术

解决多种建构技术在设计时只能基于技术自身特点出发，而无法考虑不同建构技术组合匹配性、运维中与功能需求相适应等因素，导致施工工业化技术体系无法取得实质性突破，以及建构技术难以实现绿建与双碳落地的痛点；面向高品质建构技术成套高效应用，研发各类建构技术按照一体化前置协同设计要求，构建优化组合成套建构技术体系的标准范式，是建构成套技术增量、柔性标准化应用的关键技术基础。

创新点18——专业+设计技术创新③：典型绿建成套应用设计标准技术

解决典型建筑领域在应用中多种绿建技术选用难以达到优化组合的痛点；面向建筑项目精准、快速选用高品质成套绿建技术需求，研发各类绿建技术按照一体化前置协同设计要求，针对典型建筑需求，基于绿建成套技术标准创建范式技术，研发系列绿建成套标准技术。

创新点19——专业+设计技术创新④：典型本土长寿低碳建筑建构成套关键技术

解决典型建筑领域在应用中多种建构技术选用难以达到优化组合的痛点；面向建筑项目精准、快速选用高品质成套本土长寿低碳建构技术需求，研发各类建构技术按照一体化前置协同设计需求，针对典型建筑需求，基于建筑建构成套技术标准创建范式技术，研发系列本土长寿低碳建筑建构成套标准技术。

创新点20——设计综合技术创新：以效果需求为导向的绿色建筑技术前置设计技术

解决主流建筑绿色与节能技术，其研发与应用过度强调自身技术优势，而不是深刻、全面适配运维市场产业化应用需求等痛点；解决绿色建筑技术过度设计，使用中仅考虑绿色技术的堆叠而非相互影响作用，真正使用效果偏离设计效果的痛点；基于BIM模型驱动，研发建筑需求导向、技术效果牵引、绿色与节能技术前置设计的高品质绿色建筑本土化设计技术体系。

创新点21（节略）

解决新农村住宅建设标准化程度低、双碳落地不可控、适用性差等的痛点；面向高品质农村住宅适用、经济、低碳建造目标；研究轻钢结构为主结构框架、木材用于屋面与墙板、清水混凝土为围护结构相组合等的装配式新农村住宅建构体系，打造典型本土长寿低碳建筑建构成套关键技术，集成发挥各结构体系结构安全、节能环保、保温隔热、隔声防潮的优势，进而从材料用量、结构寿命和循环经济多方面，降低建筑主体结构的隐含碳水平。

创新点22——建构综合技术创新②：研究高品质绿色建筑装配式安全性、可回收技术

解决装配式建筑存在不可控安全隐患以及难以回收再有效利用的痛点；面向高品质装配式建筑技术应用，按照绿建技术与双碳落地要求，着眼于装配式建筑结构安全和可回收性，系统地探究钢结构、木结构和清水混凝土结构的主体结构、内部构造和外部构造的连接和节点构造，分析其对施工性、安全性、可拆解性、可重组性和可回收性等性能影响，进而优化材料选型、连接方式选择、节点设计等；研发新型连接和节点工艺与产品，形成装配式建筑连接和节点构造设计成套技术

创新点23——建筑综合技术创新①：研发装配式绿色建筑标准化部品件设计-生产-施工一体化技术

解决装配式建筑技术在设计、工厂生产、运输、施工各环节存在碎片化脱节应用的痛点；面向高品质装配式建筑技术应用，按照绿建技术与双碳落地要求，建立统一标准化的钢结构、木结构、清水混凝土构件与节点模数与造型，形成构件与节点模数标准化体系，克服不同结构加工预制工厂因生产模数差异造成的构件与节点不兼容、不通用、不可互换的问题，实现生产、储存、运输和施工简易的目的，同时保证结构构件和节点回收、拆解后的可重组性。

创新点24——建筑综合技术创新②：研发基于BIM平台的绿色装配式全产业链智慧协同技术

解决装配式建筑技术的整体产业链市场价值生态，缺乏一体化支撑技术的痛点；面向高品质一体化装配式绿建实施要求，基于BIM模型驱动，研究面向重复回收利用装配式建筑技术，以及研发集设计、生产、物流与安装于一体的智慧装配式建筑工业化技术标准、工艺、产品与系统等。

创新点25——建筑综合技术创新③：研发基于绿色建筑经验模型的全专业集成设计平台

解决绿建设计中大量设计常识无法标准化建立痛点；通过收集不同气候区、不同类型绿色建筑的运行数据，包括污染物控制、碳排放控制、建筑能耗、水耗、空气质量、用水质量、室内舒适度、建设运营成本、用户满意度、材料回收利用率等数据，以及建筑设计阶段的模拟实验数据，结合建筑设计相关参数，采用数学统计及机器学习的方法，建立绿色建筑设计经验模型；基于BIM等设计平台，研发融合规划、设计、生产、施工、运行等建筑全生命周期的全专业全过程绿色建筑集成设计平台。

创新点26——建筑+环境技术创新①：城市环境+人+建筑空间互动影响绿建设计参数模型建模分析技术

解决绿建在设计参数中难以结合建筑区域地形、气象、风场、行道树、小区树等综合环境因素的痛点；面向高品质绿建环境变化协同需求，研究局地气候特征—建筑运行碳评估模型，研究基于建筑界面建筑能耗模拟分析模型的建筑界面材料与构造节能潜能预测评估技术；被动式绿建场地设计中基于行道树场景风热湿耦合非稳态微气候模型的形态参数化评估与优化技术。

创新点27——建筑+环境技术创新②：环境、建筑物及需求协同的城市级绿建政策制度及规划设计方法体系

解决绿建设计，尚无法基于整体城市的资源禀赋、规划以及社会经济层面等，实现综合协同设计的痛点；面向高品质绿建城市+环境融合协同需求，研究城市双碳关联资源禀赋的量化，研究双碳战略对国土空间规划、区域规划、基础设施规划、社区规划等影响模式及绿建政策；研究城市功能区间的综合碳平衡范式及绿建政策；研究不同区域的配电系统+城市基础设施间落地双碳的相互转换模式及绿建政策；形成双碳战略下的规划设计方法等。

五、预期经济社会效益

项目的科学、技术、产业预期指标及科学价值

本项目以颠覆式创新技术彻底解决制约绿建数字产业创新发展，以及绿建承担双碳背景下更高使命的三个关键科学问题：关键科学问题之一是基于BIM模型驱动的集建筑设计、施工与运维于一体的协同技术科学问题；关键科学问题之二是以建筑结构和功能需求为导向驱动的高品质绿色节能集成技术科学问题；关键科学问题之三是面向建筑全生命周期及关联演变的环境、人、设备智慧融合互动的集成技术科学问题。

本项目以绿建运维环节落地双碳为中心，实现不受设计人为影响的技术范式，构建基于计算机智能系统理解的综合BIM模型（含专业知识逻辑）驱动的设计知识工业流水线技术、工业流水线施工技术和建筑物自适应互动运维管理三大范式，实现建筑物全生命周期与全专业环节的一体化有机联动与协同体系。

本项目成果产业化应用落地，将推动建造产业数字化转型，智能建造与建筑工业化协同发展，彻底解决整体建筑产业内卷化、运维双碳成效成为评价绿建根本标准等一系列问题，并推动绿建数字产业创新发展。

国家针对双碳背景下的绿建领域出台了一系列发展战略：

①我国于2020年向世界作出庄严承诺：2030年前碳排放量达峰值、2060年前碳中和。

②2020年7月，国家十三部委联合颁布了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，2022年01月，住房和城乡建设部颁发《“十四五”建筑业发展规划》，进一步阐明“十四五”时期建筑业发展的战略方向，明确发展目标和主要任务，进一步推动建设过程实现智能建造与建筑工业化，为建筑业高质量发展提供了坚实政策保障。

③发展中国内循环经济、建设数字中国、实现数字化转型，推动智能建造与建筑工业化协同发展，推动中国自主科技创新，已成为当前中国发展之大势；绿建技术体系的创新，必将走数字化、智能建造与建筑工业化协同发展道路。

④本次发布“揭榜挂帅”就是为深入贯彻落实党的十九大相关精神和“十四五”规划，切实加强创新链和产业链对接，“城镇可持续发展关键技术与装备”重点专项聚焦国家战略亟需、应用导向鲜明。

项目的社会、经济、生态效益

本项目成果后续可拓展应用于整体建造行业，包含建筑、市政、水利等十四个行业，将带来工程设计、施工、运维技术等颠覆式创新，成为建造产业数字化转型、推动智能建造与建筑工业化的核心支撑技术。通过项目团队评估，项目实施内容能支撑指南内容，并在智慧协同平台等关键技术指标上高于指南要求：指南只要求实现1000人规模在线协同，没有提出设计效率与主流设计提升比，而本项目指标拟比主流技术效率至少提升50倍。

另外，本项目颠覆式创新技术，将在国家打造“数字经济”、“数据生产要素”、“新基建”、“数字中国”等国家发展战略层面，以及推进海绵城市、智慧城市、韧性城市、国土空间规划、“数字孪生”、“精准农业”、“数字矿山”等诸多领域产业化领域，形成衍生应用价值。本项目颠覆式创新项目技术，将彻底解决整体建筑产业内卷化、“运维双碳成效成为评价绿建根本标准”等一系列问题，是对整个建造工程产业体系的一次颠覆式的创新，将实质性推动国家双碳战略的产业落地，推动工程建设的工业化与智能化，将从建造生产技术体系变革，到建造企业、建造人才、建造产品质量转型升级，以及到建造行业的服务模式与商业模式创新等领域，形成颠覆式多米诺骨牌效应。

第三部分申报单位及参与单位研究基础

一、申报单位的已有工作基础、研究成果、研究队伍等

（一）项目、课题牵头单位在该研究方向的前期任务承担及综合绩效评价（验收）情况、相关研究成果

项目牵头单位：

本项目牵头及其母公司，二十三年来坚持“从0到1”基础研究，持续专注于建造业全流程，开展相关智能体系涉及建模、设计以及配套大数据、云计算、软件等技术的自主研发，取得多项关键技术突破，已申获发明专利近四十项、软件著作产权十余项。

1.“智能建造4.0”核心成果

自主完成的《智能建造4.0控制性技术及原型系统验证研究》项目，进入“2021年全国颠覆性技术创新大赛项目”决赛并获优胜奖；该技术整体框架已验证，正在进行产业化示范应用调试；验证了从“0到1”原始创新，具备向“1到2”揭榜挂帅产业化创新进阶条件。

2.建造工程三维BIM智能正向设计及一体化平台

在为本项目奠定关键技术基础的“建造工程三维BIM智能正向设计及一体化平台”领域，已取得全面突破与实质研究成果。

3.全矢量三维数字地球平台技术

自主研发了全球首款全矢量三维数字地球平台技术，针对主流以DEM+DOM为核心框架的数字地球平台，无法满足行业矢量化应用致命缺陷为立足点，实现了矢量三维不规则三角网曲面、矢量线、点云等大数据模型的动态加载、显示、漫游、缩放、拓扑切割、空间优化选线选址、土方计算等设计与分析矢量化功能。

4.建筑工程三维地质智能建模平台

自主研发了领先世界主流科技的建筑工程三维地质智能建模平台技术，从根本上解决地质建模需要专家干预以及无法快速、低成本、高精度动态建模的难题，从原理、结构、算法等基础技术层面打通传统技术与行业边界，满足产业化深度应用，是智能建造与建筑工业化中岩土工程智能化与工业化实现的控制性瓶颈技术。

课题牵头单位（节略）

（二）项目及课题负责人的科研水平及主要成果（节略）

（三）项目、课题牵头单位相关科研条件支撑状况

项目牵头单位：

项目课题牵头单位为民营创新科技类企业，主要科研条件为：

本项目牵头单位天城智及其母公司，是少有专注于技术研发并推动技术驱动产业市场的科技公司，二十三年来坚持“从0到1”的基础研究模式，持续专注于建造业全流程，开展相关智能建模技术、智能设计技术以及配套智能大数据技术、智能云计算技术、智能软件技术等的自主研发，在“3D+大数据+智能”（I3D使能技术）领域取得了多项关键技术突破，拥有“建造工程三维BIM智能正向设计及一体化平台”、地质智能建模、矢量地表智能建模、全矢量数字地球平台等关键技术。针对建造业专业底层逻辑基本形成“智能建造4.0”核心成果，是本项目绿建设计方法创新与智慧协同平台开发的关键基础。

鉴于本项目技术是以算法、软件技术类研究为主，属于轻资产研究体系。天城智及其母公司自2015年以来，累计投入各类研发资金近7000万元；再考虑到整个研发团队的薪酬以基本薪酬为主，不足主流研发薪酬水平的五分之一，相当于社会实际投入资金达3.5亿。

天城智核心技术团队历经二十三年自主持续研究积累的技术一直领先于主流技术，当前已建立起了一整套自主研究新范式，该范式是一套自主完整的技术研究方法论、原始创新的基本理论；天城智核心技术团队是集新一代软件开发框架与新一代人工智能技术框架创新的，横跨计算机、管理、理论等的完整本土研发团队。

综上，天城智核心技术团队以及其所取得的系列颠覆式创新成果，是本项目强有力的科研条件支撑。

课题牵头单位（节略）

第四部分进度安排（节略）

第五部分项目组织实施、保障措施及风险分析（节略）

第六部分项目申报单位和课题承担单位均需签署承诺书（节略）

第七部分指南所要求的附件（节略）

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