建筑师结构师，媒体聚焦 | 中南建筑设计院这群“不务正业”的结构师，竟是数字化舞台的“主角”

阅读提要

新时代背景下，建筑产业作为国民经济支柱产业之一，经历了几十年的高速发展，在科技创新驱动下，建筑产业转型升级的大幕已然拉开。

历经70年风雨的中南建筑设计院与时俱进，开拓创新，致力于由传统建筑设计企业转型为现代化城市建设数字化高科技服务商，为传统建筑业植入数字化“基因”的理念正在变为现实。

六年造就“跨界王”

2022年春的某一天，雨后初霁，中南建筑设计院科研设计中心大楼的变色外墙清新惹眼，成为武汉中南路滚滚车流旁靓丽的风景。大楼内，设计师们不拘一格的衣着彰显出鲜明个性。19层，中南建筑设计院工程数字技术中心，这里曾被称作“不务正业”的部门。

每位工作人员桌上都架着2台电脑显示器，桌面上摞着各式材料和专业书籍，有人还抱着笔记本电脑，“三个屏幕”同时作业。

工作内容与其他部门也不一样。他们的电脑屏幕上，一串串数字、字符代码成为“主角”，取代了传统建筑设计部门画图纸、建模型的工作方式，活像一个程序员“沙龙”。

“我们大多是学建筑设计或土木工程专业的，但现在主业是研究编程、算法和人工智能，经常以‘不务正业’自嘲。”

工程数字技术中心主任张慎

39岁的张慎是武汉大学工学博士，正高职高级工程师，湖北省青年英才；现任中南建筑设计院工程数字技术中心主任、湖北省数字化设计建造工程技术研究中心副主任、大A工程网技术总监；中国勘察设计协会结构设计分会抗震性能化专家工作组委员、中国勘察设计协会结构设计分会青年工程师工作组副主任委员，湖北省地震学会理事。

他主持了多项重大工程结构设计，参编多部工程建设协会标准，获国家、省部级优秀建筑设计奖20余项，荣获首届建筑结构行业杰出青年及首届中国建筑设计行业管理卓越人物青年英才奖，获评2019年建筑结构行业杰出青年。

张慎博士所在的工程数字技术中心在数字设计建造新技术研发领域进行了大量的研究与推广应用工作，擅长超限复杂建筑结构设计分析、建筑BIM技术开发与应用，荣获湖北省土木建筑科学技术二等奖奖2项。自主开发的复杂建筑结构高等非线性分析集成软件和建筑结构参数化设计软件目前在国内各大高校、设计院、施工单位使用。

集结人才队伍 凝聚硬核团队

“建筑工程行业需要数字化打通质量和效率的掣肘。”张慎博士坦言，高质量发展是中国建筑行业的“关键词”，建设高品质的建筑、实现提质增效是一切科技创新追求的目标导向。目前全国甲级建筑设计企业超1.4万家建筑师结构师，媒体聚焦 | 中南建筑设计院这群“不务正业”的结构师，竟是数字化舞台的“主角”，中南建筑设计院率先行动，正在探索一条“一模到底，无图建造”的数字化转型之路。

要实现建筑业高质量发展，就需要跟上时代的变化，加快提升智能建造水平。2016年，中南建筑设计院开始探索建筑数字化的可行路径，聚高质量人才智能合力，组建工程数字技术中心。

工程数字技术中心主要专注于工程数字技术研究与开发，涉及的专业包括建筑、结构、设备、BIM以及IT等不同专业。目前团队里大多都是90后，毕业于北京大学、浙江大学、武汉大学、华中科技大学、巴黎东大学、卡内基梅隆大学、东京工业大学等海内外知名院校，其中还包含3位工学博士，2位博士后。

工程数字技术中心合影

学科交叉及跨界融合是数字中心加快科技创新及科技成果转化的一个重大法宝。由此，工程数字技术中心以“技术研发，注重转化，服务市场”作为研发平台定位，下设了三个研究室：

01

复杂结构研究室

复杂结构研究室，以基于建筑结构高等非线性分析集成软件为基础，面向公司超限复杂结构设计分析，研究方向包括复杂结构抗震性能化设计与分析、弦支穹顶屋盖找形及施工张拉模拟，建筑风工程CFD仿真分析、岩土工程多场耦合分析等。

02

数字化技术研究室

数字化技术研究室，以基于结构性能的建筑数字设计和智能建造为基础，研究方向包括建筑性能模拟分析、建筑参数化设计和优化、Web+PLM技术应用与开发和工程设计软件研发等。

03

城市建筑碳中和数字技术研究室

城市建筑碳中和数字技术研究室，以PLM系统为研发平台对建筑综合能源系统开展建模与仿真，面向全生命周期碳排放管理开展技术攻关，研究方向包括基于/建立建筑全生命周期能耗和碳排放管理平台；研发绿色建筑室内舒适度和可再生能源系统相关模型库，开展减排收益分析；结合控制策略算法开展面向运维阶段的减排方案仿真、评估和智能优化等。

中心成立的六年时间里，先后参与40余项公司重大项目投标及复杂结构的设计与分析。在此期间，工程数字技术中心承担住建部科学技术计划项目4项，省住建厅及武汉市科技局课题4项，取得国家实用新型专利5项，发明专利15项（实质审查阶段），取得软件著作权40项；在国内、外核心期刊发表学术论文50余篇，包括3篇SCI收录，5篇EI收录；1名员工被达索系统官方认可为 ，11名员工通过全球达索系统能力认证；在国内外学术会议及论坛发表专题报告超过20场，多次获得土木建筑科学技术奖、龙图杯等奖项；在各类仿真比赛中获得优异成绩，如近期在“一带一路”暨金砖国家技能发展与技术创新大赛中获得一等奖。这些成绩为中南建筑设计院在数字化转型道路上奠定了坚实的基础。

工程数字技术中心取得的科技成果

数字化转型路在何方？

麦肯锡全球研究院2017年的一份报告显示：在国内行业数字化指数排行中，建筑业在整体数字化水平居倒数第一位，远远落后于高端制造业。

彼时建筑行业内卷化也越来越严重，房价一路飙升，而设计费却不升反降。摆脱这种困境的出路，无非是尝试EPC和数字化转型。

有专家指出，开展EPC业务，建筑院没有工艺，不是条合适的活路。但如果建筑院打通了数字化设计和数字化建造的通道，按工程参与方（上游及下游）的标准和要求提供数字产品和服务，就能为上下游创造价值。

换句话说，数字化（以及智慧化）就是建筑设计院的“工艺”，控制了唯一数据源的数字模型，就可以控制整个项目的产业链。

基于以上，中南建筑设计院明确了自己的转型目标：既不是传统的建筑设计院，也不是传统的工程公司，而是要成为城市建设领域的数字化高科技公司。

去年7月，中南建筑设计院以工程数字技术中心为基础，与法国达索系统合作成立了“中南建筑设计院-达索系统赋能创新中心”。

2021年7月成立中南建筑设计院-达索系统赋能创新中心

赋能创新中心将学习借鉴高端制造业成熟的数字化解决方案，将建筑视为离散制造的产品，建立自己的PLM体系。以数字化三维模型为载体，提供从工程设计、生产制造、施工安装到运营维护的全生命周期数字化解决方案，打通数据流转通道，实现“一个模型干到底，一个模型管到底”。

PLM平台概念

创新下的建筑黑科技

“创新创意，至诚至精”一直是中南建筑设计院传承的核心价值理念。在建筑业数字化背景下，应运而生的工程数字技术中心也将“创新”作为他们最核心的竞争力。数字化是一个从无到有的进程，“以前别人没做的，我们能做；现在别人做不了的，我们也能做！”张慎博士如是说。

步入快车道的工程数字技术中心，用实力和技术在过去6年的设计舞台上“出演”了一次次精妙绝伦高难度表演。

建筑工程全生命周期管理PLM平台

近日，中南建筑设计院申报的湖北省数字经济试点示范项目“建筑工程全生命周期管理PLM平台建设项目”通过立项审批，获得湖北省政府资金的扶持。该项目在湖北省2022年“数字经济”项目中排名第一，全省仅14个数字经济项目获得财政资金扶持。中南建筑设计院以武汉新一代天气雷达建设项目为首个试点，开展建筑行业PLM的实践和探索。该项目基于统一的数据源，建立了跨专业、跨企业、全流程的统一管理和协同平台，支持全专业三维协同工作，支持上下游企业基于同一个模型进行实时沟通协作。中南建筑设计院将基于该PLM平台探索一模到底、无图建造技术，实现“三维交付、无图建造、造价精准缩短工期、提升质量”的效果。

基于统一数据源全流程协同工作平台

精细化模型

多物理场仿真

项目管理平台

三维标注

虚拟设计与建造

绿色低碳建筑和CFD仿真技术

在全球气候变化和绿色低碳建筑发展背景下，研究团队引进制造业中能源系统仿真工具/，开展基于3DE/BIM模型的建筑暖通系统、消防系统以及电气系统建模仿真和优化控制，评估建筑综合能源系统的全年能耗、室内热舒适度和碳排放强度，利用CFD仿真技术和风工程前沿研究成果，开展了建筑数值风洞、绿色建筑环境性能评估、城市热岛效应、结构流固耦合以及城市内涝大尺度和给排水管道仿真技术等关键技术开发研究。

目前项目团队的研究成果已整理了多项国家发明专利和论文，为实际建筑规划设计项目投标、设计、施工和运维等建筑全生命周期咨询服务提供技术支撑。

沿海城市建筑群内涝仿真

建筑干扰风荷载仿真分析

模拟雷神山医院室内污染物扩散过程

城市微气候动态评估

真实台风登陆全过程模拟

大跨度膜结构流固耦合分析

基于热流体库和 软件搭建太阳能热水器系统模型，并在TISC仿真环境中进行联合仿真

基于瞬态和稳态的气流组织和热舒适度分析

：结构工程师的无限手套

由工程数字技术中心研发的，是基于开发的复杂建筑结构高等非线性分析集成软件，其对的功能增强主要有三部分：

◾通过前处理模块将基于小震的设计模型（支持PKPM、YJK、、、）转换成的模型；

◾通过的子程序接口扩展了分析功能，如减隔震单元、特色混凝土本构等；

◾通过后处理模块自动计算规范中的楼层指标、性能评价指标，生成分析报告等

下载地址：

某超高层地震倒塌全过程模拟

某大跨空间结构动力稳定分析

某高铁站关键节点多尺度非线性分析

模型导入

某隔震建筑大震动力弹塑性析

超限分析报告生成

建筑结构辅助设计软件(ESD)

(ESD)是一款数字中心自主开发，基于平台的建筑结构一体化辅助设计软件，主要包括四大功能模块：结构信息定义与结构模型组装、模型导入与导出、计算结果处理和其他辅助功能，其建立了参数化设计与结构计算软件间的有效连接，为结构的智能优化设计提供了有力工具。(ESD)目前在全国已超过350个用户，涵盖国内设计院、高校以及施工单位。

(ESD)下载地址：

(ESD)软件菜单

某超高层结构智能优化（）

调用计算分析

结构几何优化（）

通过该成果，工程数字技术中心与清华大学陆新征课题组合作，制作了一个使用，而该设计过程仅需5分钟！

，时长07:09

人工智能和参数化方法设计剪力墙结构

数字设计完美实现扎哈武汉城市阳台作品

月亮湾城市阳台是武汉长江主轴城市阳台之一，由全球著名设计公司扎哈哈迪德建筑事务所设计，建筑方案中存在大量的非线性曲面增加了设计施工的难度。为保证项目落地实施，工程数字技术中心在设计阶段引入了BIM、参数化设计以及建筑性能仿真分析手段对复杂建筑造型进行了深化设计。主要体现在以下方面：

◾在复杂建筑造型设计中运用了参数化设计手段，明确了设计的逻辑性和合理性，提高了设计效率；

◾通过建筑性能仿真分析，为建筑方案深化设计提供数据支撑；

◾BIM信息模型提高设计协同能力和设计成果的准确性，完成了复杂建筑造型的精细化设计。

部分建筑方案深化设计以及BIM应用展示如下：

景观楼梯参数化重构

幕墙龙骨参数化设计

人流疏散仿真分析

声环境仿真模拟

BIM三维模型

月亮湾城市阳台工程可视化管理平台

未来可期

70年来，中南建筑设计院一直走在改革创新前沿阵地。展望未来，在数字化引领城市建设转型升级的大道上，中南建筑设计院将走出一条国有高科技企业高质量发展的新路子。

中南建筑设计院正在进行的数字化转型，其目标不只是企业自身的转型，更要引领一个行业的转型，成为建筑行业数字化转型的引导者，技术创新的火车头，引领行业智造时代。

在中南建筑设计院数字化转型战略的指引下，工程数字技术中心也将继续开展建筑工程和城市全生命周期管理平台开发；在实际项目中实现“一个模型干到底，一个模型管到底”的平台建设目标；积极发挥物理仿真的驱动力作用，开展多专业多学科协同仿真，将仿真分析与工程全生命周期进行更进一步的有效整合建筑师结构师，用仿真分析将BIM、CIM（城市信息模型）等数字孪生模型与真实的工程情境关联起来，发挥仿真分析在PLM、CLM（城市全生命周期管理）流程中的验证、优化、预测作用，将模型和数据转化为生产力。最终实现跨界融合、跨界创新、跨界颠覆。

数字化转型依赖于企业对未来变革和价值趋势的判断。中南建筑设计院展示出敏锐的洞察力、非凡的决心和坚定的信心。十四五期间，中南建筑设计院致力于转型成为城市建设领域的数字化高科技公司，并通过标准化、流程化和云工作化推进行业数字技术发展，实现建筑业数字化转型升级，为推进建筑行业的革命提供强有力的支撑。

构力智库致力于为行业数字化转型与发展、行业技术创新与应用、企业经营提质增效建立沟通交流、资源共享的多向互通平台。近日四川结构工程师，四川省建筑设计研究院有限公司总工程师（结构）唐元旭专家正式入驻构力智库，为推进建筑行业数字化转型建言献策。

（右一 唐元旭总工程师）

专家介绍

唐元旭

四川省建筑设计研究院有限公司总工程师（结构）

当代中国杰出工程师

全国隔震减震专家工作部委员

四川省土木建筑学会建筑结构专业委员会副主任委员

四川省装配式建筑产业协会设计专业委员会主任

长期从事结构设计和管理工作，取得国家一级注册工程师资格、国家注册监理工程师、正高级工程师资格。担任四川省超限高层建筑工程抗震设防审查专家库、国家科技专家库、全国隔震减震专家工作部委员、四川省科技专家库、全国勘察设计专家库、四川省住房和城乡建设厅专家库等专家。获得全国绿色建筑创新奖二等奖1项，全国优秀工程勘察设计行业结构一等奖1项，全国优秀工程勘察设计行业二等奖2项，四川省级优秀勘察设计奖20余项。

企业介绍

四川省建筑设计研究院有限公司

四川省建筑设计研究院有限公司（简称“川建院”四川结构工程师，构力智库 | 四川省建筑设计研究院有限公司总工程师唐元旭入驻，英文简称“SADI”），顺应国民经济“一五”计划建设需要成立于1953年，是国家战略性新兴产业和高新技术企业，是四川省国资委下属重要国企和践行高质量发展理念的国资新经济。作为城市空间产业生态圈综合服务引领者，川建院业务将延伸到泛设计领域，以未来城市空间数字化、智慧化这一细分赛道为核心抓手，努力实现管理提质增效，持续推动存量业务转型升级，积极构筑数字业务新生态、新空间。