讲座信息
时间：
北京时间2025年1月12号（星期日）下午
15：00
主讲人：刘界鹏
讲座摘要
模块化建筑，亦被称作“模块集成建筑”（MIC），乃是一种将建筑功能空间巧妙划分为模块化单元，随后在工厂内完成单元的完整制造，最终于现场实现快速组装的建筑类型。当下，模块化建筑不仅在部分临时建筑与低层建筑中崭露头角，更是逐渐在多高层建筑领域绽放光彩。然而，不可忽视的是，模块化建筑设计具有颇高的专业化与数字化水准，这也导致其设计工作量颇为庞大，设计效率相对低下。本项目在模块化建筑的一体化数字表征、建筑方案智能生成、结构智能优化以及模块智能深化等关键方面展开了深入探索，其核心目标便是为模块建筑的智能设计与制造一体化倾力提供坚实的技术支撑。
嘉宾介绍
刘界鹏教授，工学博士，教授，博士生导师，国家级人才，国家自然科学基金优秀青年基金获得者，国家一级注册结构工程师，重庆大学钢结构工程研究中心副主任，智能建造实验室主任，同时兼任中国钢结构协会（China Steel Construction Society）常务理事，中国钢结构协会钢-混凝土组合结构分会（Sub-association for Steel-Concrete Composite Structures）副理事长，中国工程建设标准化协会预应力专委会（Committee of Prestressed Engineering, China Association for Engineering Construction Standardization）副主任委员，重庆市钢结构建筑专业委员会主任委员。
刘教授长期从事高层钢-混凝土混合结构、装配式混合结构、工程智能建造等方面的研究工作和技术推广。获得国家科学技术进步一等奖1项，省部级科技进步一等奖5项，授权国家发明专利20余项，获得软件著作权2项。主编行业标准1项、协会标准4项；参编国家及行业标准等10余项。出版学术专著11部，发表论文200余篇，中文权威期刊30余篇，刘教授的研究成果在30余项重点或示范工程中得到应用。
讲座回顾
在本次讲座中，刘教授主要就以下六个方面展开介绍：模块化建筑研究背景、模块化建筑数字化表征、模块排布方案智能生成、结构智能分析与优化、模块箱体智能深化设计以及典型工程运用。
模块化建筑研究背景
在第一部分，刘教授讲述了关于模块化建筑的概念，模块化建筑在建筑行业的发展趋势和优势，以及研究思路与技术路线。
首先提到了模块化建筑的特点，在于模块单元完整制造、施工现场快速拼装、高度的一体化建造。接着讨论模块化建筑高度的增加和建筑功能的日益丰富，强调针对模块化建筑亟需建立基于一体化数字模型的智能设计新范式。最后介绍了设计范式转移思想及技术实现思路（图1）。
图1 研究思路与技术路线
模块建筑的数字化表征与优化
在第二部分，刘教授概括到当前信息模型的问题主要集中于以下几个方面（图2）：建造全流程模型定义缺失，模型改进和更新困难，模型利用方式单一。这些问题导致的最终结果就是各环节信息与模型割裂。
图2 当前信息模型的问题
一方面，为了解决当前信息模型的问题，我们需要具备解决“一模到底”的能力。“一模到底”当前的理解是实现不同阶段和软件之间的模型精准转换，通过模型凝聚各专业和各阶段先验知识。至于对模型精准转换难点分析则以建筑信息模型（BIM）和有限元模型（FEM）的模型转换为例（图3）。“一模到底”解决思路提出图元信息模型（Gragh based Information Modeling, GIM），实现数字模型一体化。关于怎样结构化描述建筑提出了“三元”定义（图4）。采用“三元”描述建筑后数字化地表征和存储信息（图5）（图6）。图元信息模型的特点（图7）：建筑全过程信息表达能力；模型灵活可变，适应跨阶段跨专业多种设计任务；高效的模型呈现与信息处理能力。
图3 模型精准转换难点分析
图4 “三元”定义
图5 从图论三元组概念到图元信息模型概念
图6图元信息模型的作用
图7图元信息模型的特点
总的来说，基于GIM的模块化建筑一体化设计技术研究（图8）目标是提升模块化建筑全流程数字化水平，实现标准模型的精准高效一体化集成与协同。模块化建筑GIM一体化建模路径（图9）。
图8 基于GIM的模块化建筑一体化设计技术研究路线
图9 模块化建筑GIM一体化建模路径
BIM子图（图10）与FEM子图（图11）的关系：两类子图无先后顺序， 在形成初始GIM时即分别包含了BIM子图和FEM子图，且两类子图有交集；建筑和结构专业人员分别对BIM和FEM子图进行操作，即隔离修改，但通过定义的模型标准，可实现隔离修改后的信息对齐问题，避免信息偏差。
图10 BIM子图生成过程
图11 FEM子图生成过程
在模块化建筑中，完全可实现基于图元模型的BIM-FEM一体化（图12）。
模块化建筑基于GIM的数字一体化建造流程（图13）。
图12 一体化建模成果-某12层模块化建筑
图13 建造流程
模块排布方案智能生成
刘教授提到在实际的工程项目中，由于涉及人工拆分模块效率较低，很难得到最优拆分方案。然而，通过使用人工智能算法，达到人机协同（图14）生成建筑方案，不仅能提高工作效率还能优化。智能算法（图15）目前采用三种。
图14 人机协同智能拆分流程
图15 三种智能算法
结构智能分析与优化
刘教授首先提到了基于GIM的结构智能分析与优化思路（图16），模块化建筑结构有限元专用程序开发——梁单元，以及模块化建筑结构智能优化（图17）。
图16 基于GIM的结构智能分析与优化思路
图17 模块化建筑结构智能优化
模块箱体智能深化设计
刘教授提到可以通过GIM将建筑、结构和设备的详细设计信息贯穿至深化设计阶段；通过智能算法，自动进行避障、开洞，并进行构件和零部件的智能自适应调整；深化设计完成后，自动生成设备生产信息并存储于GIM文件中，并可自动转换为生产设备可读取的文件格式。希望实现数字模型自动生成和构件自动深化设计，提高设计效率。箱体智能深化设计方法首先要进行数据信息表达，从IFC文件中解析构件语义信息，然后通过图形学方法（图18）进行处理，为零部件自适应、三维可视化、二维出图做准备。最后讲到箱体数字模型生成、构部件深化设计。
图18 图形学方法
典型工程应用
刘教授最后介绍了典型的工程应用：北京亦庄蓝领公寓、深圳光明区尚美小学（已完成）、香港SSM518项目（在建）。
提问环节
在讲座的最后，同学们与刘教授积极交流，刘教授用专业的措辞来解答本次讲解后同学们提出来的问题。
讲座回放链接：
https://b23.tv/Y09RX8r
