所属领域

数字经济

技术成熟度

产业化

应用行业

土木工程

合作方式

投资融资、合作共建

成果概况

智能建造是我国当前建筑业突破发展瓶颈、增强核心竞争力、实现高质量发展的关键所在。受目前通用基础绘图软件、有限元软件和BIM软件基本为国外产品的限制，智慧设计作为智能建造最重要的环节，成为我国建筑业智能建造的“瓶颈”难题，研究建筑工程智慧设计方法和开发自主软件平台对推动我国智能建造技术的应用与推广具有重大意义。

1、首创空间结构基于面的正向闭环设计模式，摆脱传统点线手工建模，实现空间结构自动建模，调整网格类型、尺寸、厚度等参数和根据结构分析结果自动重建分析模型，使空间结构智慧设计成为可能；创新性地提出基于边和子块的空间结构智慧设计方法，实现了子块结构、围合结构、回转结构、扫掠结构和标准曲面5大类空间结构智慧设计；较传统建模方法效率提高80%以上，较传统设计方法平均节省工程造价8%以上。

2、研制开发具有完全自主知识产权的三维图形建模平台，平台不依赖任何商业闭源图形引擎，可做为建筑工程设计软件图形平台；研制开发具有完全自主知识产权且功能强大的通用有限元库和设计库，具有结构线性与非线性静力、动力、整体稳定性分析能力；自主开发高效的大型方程求解器，运算效率比开源库Lapack提高50%以上；研发的自主软件平台可支持不同类型建筑工程智慧设计。

3、基于空间结构智慧设计软件平台，实现三心圆网壳结构与桁架结构智慧设计；提炼出这两类结构参数化体系，实现参数化自动建模；首次提出弯矩调整指数等力学参数与几何参数协同控制的智慧设计方法；实现主钢结构、基础、檩条协同优化。三心圆网壳结构与桁架结构智慧设计可节省主钢结构用钢量12.5%、支承短柱材料25%、独立基础和桩基础材料20%，檩条材料15%。

4、基于空间结构智慧设计软件平台，研制开发出膜结构精确成型设计软件，打破了国外公司在我国气膜混凝土结构设计与实践中的技术垄断，主编了我国第一部《气膜钢筋混凝土结构设计规范》，气膜模板成型精度达到0.1%，远高于美国相关规范3%的精度要求。

关键技术

1、首创空间结构基于面的正向闭环设计模式；创新性地提出空间结构，基于“子块”和“边”的智慧设计方法，实现子块结构、围合结构、回转结构、扫掠结构和标准曲面结构5大类空间结构智慧设计。

2、研制开发出具有完全自主知识产权的空间结构智慧设计软件平台，建模、分析计算、构件校核、结构优化各模块集成，实现了空间结构正向闭环设计，打破了对国外商用软件的依赖和制约，可拓展支持不同类型建筑工程智慧设计。

3、提出了三心圆网壳与桁架结构参数化建模、智慧设计方法，研发了智慧设计软件，实现主钢结构、基础与檩条协同优化设计。

4、提出充气膜结构精确成型新技术，研制出膜结构精确成型设计软件，提出气膜模板设计方法，主编我国第一部《气膜钢筋混凝土结构设计规范》NB/T51079-2017。

应用领域和市场前景

建筑行业智能建造包含项目立项、设计、采购、施工和运维等全过程，建筑钢结构施工过程还可以细分为加工、制作与安装等，目前国内建筑钢结构智能建造相关研究主要集中在钢结构智能加工、制作与安装过程，对于钢结构智慧设计研究较少。建筑钢结构智慧设计与智能制造协同一体化实施才能最大限度发挥智能建造带来的效率、精度、质量和经济性提升。项目率先在国内推广空间钢结构智慧设计，实践证明已在大跨三心圆网壳、桁架结构中取得显著经济效益，成果自开发以来，与合作单位成功应用于以下大跨三心圆网壳、桁架结构主要工程项目：承接包括太钢原料场、五矿曹妃甸等大跨散料储存三心圆网壳与桁架结构工程项目建设14项，总投影面积121.5万平方米，项目总投资55.6亿元；承接包括宝钢原料、中天钢铁等大跨散料储存三心圆网壳与桁架结构工程项目设计13项，总投影面积99.6万平方米，总造价14.9亿元。

后续研究中项目组将与江苏恒久钢构股份有限公司合作重点推进空间钢结构智慧设计与智能制造协同一体化技术，建立空间钢结构智慧设计与智能制造示范基地。研发的自主软件平台不依赖任何商业闭源图形引擎，打破了对国外商用软件的依赖和限制，对促进我国建筑业自主软件的发展起到积极地推动作用。总之，研发成果对促进我国钢结构智慧设计与智能制造协同发展具有重大意义，市场应用前景广阔。