城市空間工程智能建造概論UrbanspaceengineeringIntroductiontointelligentconstruction1

智能建造是一種有別于傳統建造的新理念，它以項目信息門戶為共享平臺，以建造技術、人工智能和數據技術為手段，面向項目全生命周期，構建項目建設和運營的智能化環境，通過技術集成、信息集成和管理創新，對項目建設全過程實施有效管理。從內涵講，智能建造是結合全生命周期和精益建造理念，利用先進的信息技術和建造技術，對建造的全過程進行技術和管理的創新，實現建設過程數字化、自動化向集成化、智慧化的變革，進而實現優質、高效、低碳、安全的工程建造模式和管理模式。2

智能建造的基礎是現代通用信息技術，包括云計算、大數據、人工智能、物聯網等技術，智能化系統有以下七大特征。

一、靈敏感知。作用是像高級動物一樣能夠靈敏地感知周圍環境的變化，傳感器技術可以當此重任。

二、高速傳輸。作用是迅速傳遞通過感知釆集到的信息，無線網絡，特別是移動無線網絡技術可以當此重任。

三、精準識別。作用是對采集的原始信息進行識別，確定信息的含義及特定對象的存在，視頻識別和音頻識別技術可以當此重任。

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四、快速分析。是對大量信息進行快速分析，給出有助于決策的結果，大數據分析技術可以當此重任。

五、優化決策。作用是針對建造過程中的決策環節，給出優化決策方案及其依據，從而輔助決策人員實現建造過程的最大效能。

六、自動控制。作用是利用智能化系統取代人，根據感知到的環境條件，運用優化決策，自動控制生產過程，自動控制技術可以當此重任。

七、替代作業。作用是利用智能化系統替代人從事惡劣環境中的作業，提高工作效率，減少對勞動力的需求，自動化和機器人技術可以當此重任。4518世紀中葉以來，人類歷史上先后經歷了從機械化、電氣化、自動化，現正邁向智能化的四次工業革命。圖1-1世界產業革命發生階段60102工業革命0304輕工業革命1978年改革開放重工業革命90年代末未來產業萌芽改革開放40年毛澤東時代中國工業革命經歷了四個階段。7智能建造的發展經歷了數字化建造、信息化建造、智能建造階段。一、數字化階建造段

早在1997年，美國著名建筑師弗蘭克·蓋里在西班牙畢爾巴鄂古根海姆博物館的設計過程中，通過在計算機上建立博物館的三維建筑表皮模型進行建筑構型，然后將三維模型數據輸送到數控機床中加工成各種構件，最后運送到現場組裝成建筑物，這一過程已具備數字化建造的基本雛形。

8二、信息化建造階段

我國信息化建造的進程逐漸由手工化、機械化向智能化、智慧化的階段發展。圖1-2信息化建造發展階段二、信息化建造階段

近30余年我國信息化發展的基本脈絡可總結為：辦公自動化、互聯網、物聯網、云計算、大數據、互聯網+、智能制造、人工智能、智能+。圖1-330余年我國信息化發展簡史910二、信息化建造階段我國建筑工業化歷程及建筑工業互聯網發展展望：

階段一：2015年，裝配式，1.0時代，裝配式主要停留在建筑基本結構與金屬構件上。

階段二：2018年，集成化，2.0時代，核心主要集成服務空間以及設備管線

階段三：2023年，集成化+框架，3.0時代，所有建筑房間都可以通過裝配式組裝實現連接使用。

階段四：2050年，集成化+框架+移動，4.0時代，居住模塊與建筑完全實現裝配化生產。三、智能建造階段

智能建造是一種全新的建造和管理方式，它利用智能化技術的交叉融合實現信息融合和全面物聯的智能化建造。通過信息技術與建造技術的深度融合以及智能技術的不斷更新應用，從項目的全生命周期角度考慮，實現基于大數據的項目管理和決策，以及無處不在的實時感知，最終達到工程建設項目工業化、信息化和綠色化的三化集成與融合，促進建筑產業模式的根本性變革。

11三、智能建造階段

實現智能建造，必須先滿足以下條件：

（1）有一個信息化平臺驅動；

（2）實現互聯網傳輸；

（3）進行數字化設計；

（4）機器人要能夠代替人完成全部或部分施工，機器人完成的作業越多，智能建造的水平就越高。1213三、智能建造階段智能建造實施目標即在建設項目全生命周期中將要實施的主要價值和相應的應用。智能建造實施目標可分為以下四部分。（1）集成化。主要包括兩方面，一方面是應用系統一體化，另一方面是生產過程一體化；

（2）精細化。同樣包括兩方面，一方面是管理對象細化到每一個部品部件，另一方面另一方面是施工細化到工序，通過嚴格的流程化、管理前置化降低風險。三、智能建造階段

（3）智能化。首先，在管理過程中，通過系統取代部分人，包含代替人去決策，或者輔助人的決策。另外就是作業層，可以有類人工廠和現場的作業，實現智慧化。

（4）最優化。一是要有最優化的設計方案，二是要有最優化的作業計劃，三是要有最優化的運輸計劃，以求到最短運輸路徑。14

三、智能建造階段“AI+智慧建筑”是指以人工智能理論、技術、產業為核心驅動力的超智能建筑。該建筑具備八大特征：實施感知、高效傳輸、自主控制、自主學習、智能決策、自組織協同、自尋優進化、個性化定制。“AI+智慧建筑”中的AI不僅指人工智能，從產業形態上來講，還包括對AI形成支撐的新一代信息技術——大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、工業互聯網、現代通信、區塊鏈、量子計算等相關業態。15近年來，我國的地下工程建設迅猛發展，在地下工程建造技術及裝備研發方面取得了重大突破。地下空間開發利用的智能化需求日益強烈。地下空間智能技術應用水平還不夠高。實現地下工程建造與運維全鏈路智能是“網絡+數字”時代的必然選擇。

城市地下綜合管廊在當今城市建設重要性日益提升。16

地下空間利用是社會生產力和城市發展到一定階段而產生的客觀需求。

一個國家或城市所處的自然地理環境和地緣政治環境對其開發利用地下空間的動因、重點、規模、強度等都有顯著影響。這些因素構成了地下空間發展的背景和條件。

我國國情出發，這種宏觀背景可概括為以下六方面：

（1）人口眾多

（4）能源短缺

（2）土地資源匱乏（5）環境污染

（3）水資源的儲存（6）災害威脅

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如何在節約資源能源和保護環境的前提下，實現我國城市建設與可持續發展，進行地下空間合理開發和綜合利用至關重要，也是中國城市化和城市現代化的必由之路。

圖1-4、圖1-5為美國波士頓城市地下空間更新改造的實例。1959年建成時的波士頓中央大街交通順暢，后因家庭汽車普及，地面道路交通長時間嚴重擁堵，不得不斥巨資實施BigDig大開挖工程，進行地下空間開發恢復地面綠色植被，實現城市更新。18圖1-4波士頓1959年建成的中央大街圖1-5實施Big

Dig地下空間開發改造后大街恢復為綠地的狀態1920

施工建造階段是工程項目全壽命周期中持續階段最長、工序最多階段。基于BIM技術下的工程項目信息管理模式，可以從時間、工序、空間等多個維度對工程進行多算對比，以保證對整個工程項目的動態化控制管理。

將BIM技術應用到城市地下工程建設中，可顯著提升設計精細化、施工安全化、后期運營條理化，提高設計施工質量和效率，降低工程造價和勞動強度，強化各參建方的協作，利于工程的后期智能運維，同時BIM技術也是工程建設信息化發展的必然趨勢。21

隨著我國城市地下空間建設的顯著增長，特別是城市地鐵隧道建設的快速發展，新的問題和挑戰也不斷涌現。例如，密集的城市空間，狹窄的建設范圍，敏感的相鄰結構，生態環境保護。

面對上述問題，要在發展基礎技術的同時利用新技術、新方法和智能手段解決新的挑戰，實現智能建造。就是將新一代信息與通信技術相結合，深入融合先進的設計施工技術，貫穿于工程勘察、設計、施工、驗收、運行維護等各個環節，產生具有自我感知、自我學習、自我適應、自我決策功能的智能建造與運維模式。22

一、城市地下空間工程智能建造新進展

（一）智能勘察

勘察階段對于地下空間工程有著至關重要的作用。地下空間智能建造的工程地質勘察是結合場地、周邊環境、工程特點及智能建造方案制定勘察方案和實施細則，建立全面反映場地工程地質和巖土工程相關信息的勘察模型。勘察設備一般可采用無人機航拍設備、智能鉆探設備、智能原位測試設備、智能視頻監控設備等；勘察手段可采用綜合地質勘察方法。23圖1-6

智能化勘察設計圖下圖為任軍輝等學者提出的新基建背景下的智能勘察設計圖。24

智能勘察采用多種勘察設計新技術與新基建技術體系，實現勘察設計一體化、智能化，推動數字基建孿生綜合體建設與智能化協同，從而實現基于“多測合一”到全體系的數據鏈信息協同。智能勘察設計體系建設包括數據層、處理技術層、業務服務層、應用解決方案等4方面，涉及智能勘察設計體系建設、行業布局與轉型發展。

25（二）智能規劃設計

地下工程種類繁多，如：地下建筑，地下綜合體，地下商業街，地下軌道交通等。在設計時應考慮地下工程的自身特點，結合BIM、GIS、神經網絡等新興技術進行針對性的應用，在地鐵隧道、綜合管廊及其他城市地下工程的智能設計、智能建造及智能運維中科學應用BIM等新興技術。26BIM一體化設計平臺的作用體現為以下五個方面。圖1-7

BIM一體化設計27（三）智能施工

近年來，城市軌道交通、地下道路、地下綜合管廊隧道等施工技術取得了顯著進步。隧道施工逐漸由傳統的人工操作向機械化施工轉變，從單工序施工機械化到全工序機械化施工。

為提升地鐵盾構工程智能化水平，解決地鐵施工穿越復雜風險源的管控難題，研發了地鐵盾構施工智能管控平臺系統。以北京地鐵工程為例。28圖1-8

地鐵智慧盾構施工系統圖1-9

盾構工程穿越風險源的三維智能管控29（四）智能監測

隧道運維智能化檢測設備主要包括軌道機器人、無人機、激光雷達、電子傳感器、智能圖像等。近年來，機器人隧道巡檢系統已逐步在國內外推廣使用。

三維激光掃描儀的推廣應用提升了自動化監測效率和監測精度。例如，深圳軌道交通2號線利用三維激光掃描儀對地鐵隧道進行沉降監測，分析計算得到實際隧道與設計的偏差，比傳統方式精度更高。30（五）智能維運

為解決地下工程由于其隱蔽性導致運維管理的問題，應當綜合運用大數據、云計算、物聯網、人工智能等技術，構建數字化管理平臺。

隨著數字化智能感知技術的迅速發展，依托5G技術的“物聯網感知設備”、“高頻交通大數據雷達”、“高清低延時視頻傳輸技術”，可實現對地下工程危險的空間分析及預測。31未來我國城市地下空間的發展運維主要基于以下四點技術方案：（1）AR、VR等多種新技術的設計與施工；（2）基于BIM技術、GIS技術、視頻融合技術建立地質信息與地下工程的三維可視化模型；（3）基于數字化傳感、微機電（MEMS）、北斗等感知技術的地下工程監測；（4）基于物聯網、5G通訊、大數據與神經網絡、人工智能等技術的地下空間建設信息數據的傳輸與分析。32

我國智能建造技術的未來發展，仍面臨不少短板與瓶頸，主要體現在以下

四方面。

面向全產業鏈一體化工程軟件方面。

面向智能工地的工程物聯網方面。在“人、機、料、法、環、品”全面監管還存在短板。

面向人機共融的智能化工程機械方面。智能化工程機械所必要的元器件方面仍落后于國際先進水平

面向智能決策的工程大數據技術方面。我國該領域的自主研發及應用深度和廣度不足。33我國智能建造尚處于發展的初級階段，仍難以滿足建筑業信息化、智能化轉型的要求。具體表現如下：030201智能建造技術仍以單點應用為主，其應用點較為零散，集成度不高。現有施工管理流程與方法存在不適應智能建造技術的方面。智能化裝備和建筑機器人的應用僅限于部分施工作業。34

目前，數智化技術遠難以滿足地下工程建設需求。城市地下空間工程建設還存在以下問題：（1）前期規劃不合理

1）缺乏統籌規劃，前期地下空間開發與地面建設不夠協調，與城市規劃很少銜接。

2）資源破壞嚴重，地下空間開發可逆性較差。（2）綠色安全、低碳環保要求高在傳統地下工程建造施工的過程中，忽略對環境的影響。城市地下工程的設計施工和運維必須秉持綠色、安全、可持續化發展這一最重要的理念。010235

目前正處于信息技術革命時期，城市地下工程智能建造在以下方面需要進一步提升：設計精細化。采用超長水平地質鉆與深地高精度物探等先進設備對地質條件進行精細化勘探。施工智能化。通過多維度、多方向、多模式、動態等全域感知與回饋、遞進矯正尋優求協同。監管信息化。采用無人機、機器人、三維激光掃描、光纖傳感等技術對大型巖土工程進行監測。36

圖1-10城市地下空間發展歷程1.城市地下空間發展歷程

基于國內外城市地下空間的調研，通過功能、形態和效益等方面的分析，可將城市地下空間的發展歷程劃分為下圖所示的四個階段。37

1.0階段，地下空間建設是以市政功能需求為導向，旨在解決城市快速發展引起的基礎設施服務能力不足問題。

2.0階段的地下空間又稱為“功能地下空間”。在2.0階段，地下空間以地下交通建設為主體，以帶動沿線城市地下空間的綜合發展為目標。

3.0階段的地下空間又稱為“交通地下空間”。在3.0階段，地下空間以優化地表環境質量為主體，并實現單點空間的集約化、規模化利用。

4.0階段的地下空間又稱為“智慧地下空間”。4.0階段是以城市立體化綜合利用、人與自然和諧發展為目標的智慧型地下空間。

382.城市地下空間建設發展趨勢

城市地下空間應向城市地下綜合體與地面建筑一體化方向發展。圖1-11

城市地下空間工程的一體化建設39

圖1-13武漢光谷廣場綜合體工程以下為幾個城市地下綜合體與地面建筑一體化開發的典型案例。40圖1-14深圳大運樞紐綜合體

深圳第四代樞紐更是提供了以人為本、將樞紐城市綜合體與所在片區融合協同溫馨的一攬子解決方案，形成智慧樞紐。41

根據居民安全、便捷、高效和舒適的現實需求，地下空間建設應該從制式、運量和速度目標轉向于從城市總體需求、經濟基礎、土地集約利用尤其是地下空間效能最大化的利用、城市空間、綜合交通的協同來思考城市軌道交通。

實現安全、高效、便捷交通的同時，塑造環境優美、綠色宜居和有文脈的城市空間——處處體現以人為本，進而實現社會、生態和經濟三方面可持續發展。

42圖1-15地下生態城市構想

謝和平院士提出的地下生態城市構想如下圖所示。431.綠色施工技術綠色循環低碳發展是當今時代科技革命和產業變革的方向，是最有前途的發展方向。

綠色施工技術應著眼于建筑全生命周期，在保證工程質量和安全的前提下，在工程建造全過程中利用科學管理和綠色技術，最大限度地節約資源能源和保護環境，選用綠色建材、實施綠色施工、建造綠色建筑。

44圖1-16

基于空氣質量監測數據的智能施工決策

下圖給出了在施工過程中根據空氣質量進行智能施工決策的示例。452.信息化、數字化技術

隨著計算機技術的發展、各類算法的出現及其愈加廣泛應用，現階段國內外研究方向主要集中在算法簡化設計層面。圖1-17

數字化、信息化技術在智慧建造中的應用463.城市地下工程智能化施工技術

城市地下空間工程典型的近接施工技術包括：

（1）地層凍結組合系統技術、盾構下穿控制精細技術、重疊隧道與樁基組合下穿建筑群技術、超近距離矩形頂管技術等。

（2）施工新技術。重點研究復雜地質條件下地下施工控制技術以及環境生態保護措施；城市地下工程重點研究新型機械化施工、綠色施工技術以及環境協同技術。47

4.城市地下空間智慧化發展方向

城市軌道交通技術的總體發展原則是更融合、更綠色、更智慧、更高效、更安全。主要技術發展方向如下，

（1）網絡規劃融合化；

（2）基礎設施綠色化；

（3）機電設備智慧化；

（4）運營管控高效化；

（5）系統安全韌性化。48

4.城市地下空間智慧化發展方向城市地下工程建造不僅需要依賴新的設計方法和施工技術，也對新材料的發展提出了新的要求。傳改進傳統材料、研發新材料可提高工程建設適應性，有助于“雙碳”目標的實現。建造施工新材料發展主要包括：新一代高性能混凝土、自愈混凝土、綠色低碳環保的支護材料、高效耐久的纖維增強混凝土盾構管片，壓注自防水混凝土內襯、高可靠性的防水材料，如圖1-18所示。49

4.城市地下空間智慧化發展方向

圖1-18

韌性隧道結構——無筋鋼（植物）纖維管片50

為了建設首都智慧地鐵架構體系和技術平臺，首都智慧地鐵建設需要完成八個重點工程任務：（1）“知-辨-治-控-救”閉環管理，構建主動安全防控新模式。（2）“信任+”精準辨識，構建乘客一體化無感安檢新模式。（3）精準感知、耦合優化，構建網絡化韌性運行新模式。（4）無人化、智能化、個性化，構建乘客全時程出行服務新模式。（5）資源共享、資產聯動，構建網絡化集約維護新模式。51（6）“北斗+5G+空間數值化”，構建城軌新基建時空基準體系。（7）數字化、信息化、智能化，構建現代化運營管理新模式。（8）共建共享共治，構建城軌治理新格局。52復習思考題（1）什么是智能建造？（2）簡述智能建造的特征。（3）城市地下空間智能建造都有哪幾個發展歷程？（4）算據、算力和算法如何賦能智能建造？（5）談一談數字技術重點。（6）新基建包含哪些方面的內容？（7）談談信息化建造階段升級的意義。（8）工業4.0和人工智能對智慧建筑帶來的影響是什么？53感

謝

觀

看

54隨著建筑行業的快速發展，傳統的建筑設計、施工和管理方法已經無法滿足日益復雜和多變的工程需求。在這種背景下，建筑信息模型（BIM：BuildingInformationModeling）應運而生。BIM（建筑信息建模）起源于計算機輔助設計（CAD）的發展。在20世紀80年代，CAD軟件開始在建筑和工程行業中得到廣泛應用，但無法提供對建筑模型的全面理解和分析。為了解決這一缺陷，BIM概念應運而生。

55BIM的發展離不開計算機硬件和軟件技術的提升。隨著計算機性能的不斷提高和云計算技術的廣泛應用，BIM的應用范圍逐漸涉及到建筑設計、施工管理、運維維護等全生命周期的各個環節。此外，BIM的發展還與建筑行業的需求有關。BIM的引入，可以提高建筑項目的信息共享和協作效率。同時，BIM還有助于提高建筑項目的質量和可持續性，優化建筑物的能源利用和碳排放，實現可持續發展的目標。56根據不同部門和行業，歸納起來有以下幾種定義：

（1）國際標準組織信息委員會。在開放的工業標準下對設施的物理和功能特性及其相關的項目生命周期信息可計算或可運算的表現形式。

（2）美國國家標準委員會。BIM是工程建設項目兼具物理特性和功能特性的建筑數字化模型。

（3）Autodesk公司。建筑信息模型是指建筑物在設計和建造過程中，創建和使用的“可計算數字信息”。57

（4）英國標準協會。建筑物或基礎設施設計、施工或運維，應用面向對象的電子信息的過程。

（5）我國《建筑信息模型應用統一標準》。（GB／T51212-2016）在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。

綜合以上定義，BIM是以三維數字技術為基礎，集成了建設工程項目規劃、勘察、設計、建造、運維、廢棄全生命周期的協同與互用信息模型。58以下為BIM的定義示意圖。圖2-1BIM的定義59一、BIM在國外的應用與發展

美國是最早提出BIM技術概念的國家。

2003年起，建立建筑信息模型指引。2007年起，美國總務署所有大型項目都需要應用BIM，最低要求是空間規劃驗證和最終概念展示都需要提交BIM文件，所有GSA的項目都被鼓勵采用BIM技術，并根據采用這些技術的項目承包商的應用程序不同，給予不同程度的資金支持。60二、BIM在國內的應用與發展（1）2003年，建設部發布了《2003-2008年全國建筑業信息化發展規劃綱要》，明確提出了建筑業信息化的內容。

（2）2011年，住房城鄉建設部頒布的《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》第一次將BIM納入信息化標準建設內容。（3）2013年5月，中國建筑標準設計研究院獲得國際權威BIM標準化機構buildingSMART組織認可。（4)2016年，住房城鄉建設部發布的《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》。61在應用方面，BIM技術已經涉及到建筑、交通、水利、環保等多個領域。（1）在設計階段，BIM技術可以實現參數化建模、效果圖實時渲染等高效率操作，幫助設計師更好地進行設計和優化。（2）在施工階段，BIM技術可以進行施工過程模擬、實時監測和管理，提高施工效率和質量。（3）在運營階段，BIM技術可以將建筑物的信息集成在一起，方便運營方進行設備維護和管理。62一、BIM的特點(一)可視化

可視化是基于傳統CAD技術所提出的，可視化的最大特征是所見即所得。BIM模型實現了三維立體可視，工程項目設計、建造、運維等全過程、全生命周期可視。當前，可視化在工程建造過程和建造行為中主要表現為一下三個方面的作用。631.碰撞檢查，減少返工行為

BIM的最大特點是實現了工程項目建造過程的可視化。利用BIM所提供的的三維技術可以在工程實際建造開工前進行碰撞檢查，優化工程設計，提高設計工作質量，減少工程項目在施工建造階段可能存在的錯誤損失和返工可能性，優化建筑凈空和管線排布方案。64

2.虛擬施工，有效協同三維可視化功能再加上時間維度，可以進行虛擬施工，實施施工組織的可視化。3.三維渲染，宣傳展示維渲染動畫，給人以真實感和直接的視覺沖擊，建好的BIM模型可二次渲染，制作漫游、VR展示，提高了三維渲染效果的精度與效率，給業主更為直觀的視覺感受，提高中標率。65(二)協調性

在建設工程全生命周期內，建設工程各參與方基于BIM互操作，通過統一的建筑信息模型，將建設工程的不同專業、不同工種、不同階段的工程信息有機結合在一起，并協調數據之間的沖突，生成協調數據或協調數據庫，實現信息建立、修改、傳遞和共享的一致性。661.設計階段協調不同專業的技術人員根據本專業需求從事各自的設計活動，基于傳統CAD平臺設計。利用BIM三維模型，可快速在統一模型下建立、添附、變更不同專業內容，不同專業在統一模型平臺上協同工作。BIM有效地解決了傳統設計可能遇到的設計缺陷，提高了設計質量，提升了設計品質。67圖2-2BIM的三維模型682.施工階段協調

在施工階段，施工人員可以通過BIM的協調性清楚地了解本專業的施工重及相關的施工注意事項。3.運維階段協調

BIM建筑信息模型的引入，有效解決了文字報表的部分缺陷。當BIM建筑信息模型導入運維階段后，能夠直觀看到模型中基于BIM的各類設施之間的空間關系及各類建筑設備的具體模型信息。69(三)模擬性

模擬是利用模型復現建設工程全生命周期可能發生的各種工況，利用BIM模型來模擬建設工程系統的運行，本質是數字實驗，包括設計階段模擬、施工階段模擬、運維階段模擬等。

1.

設計階段模擬根據建筑物理功能需求建立數學模型，基于模型的功能仿真分析軟件，可完成建筑能耗分析、日照分析、聲場分析、綠色分析、力學分析等建筑性能、功能的模擬。702.施工階段模擬在施工過程模型中融入功能仿真技術，數字模擬施工方案、工期安排、材料需求規劃等。3.運維階段模擬

用BIM提供的幾何、物理、功能、過程、設備信息，構造運維環境，模擬運維場景。運維階段模擬的主要內容包括:

（1）互動場景模擬；

（2）租售體驗模擬；（3）緊急情況處理模擬。

71(四)優化性

項目規劃、施工和運維過程中，BIM提供的工程項目模型能夠提供幾何信息、物理信息、功能信息和資源信息等，BIM技術可以對項目方案進行優化。在設計的優化過程中，利用BIM技術進行建筑形體、日照、景觀、室內、交通流線、工程管線等方面的分析，從而實現設計的優化。項目設計管線優化圖如下圖所示。72

圖2-3項目設計管線優化在項目的施工階段，BIM技術也可以實現項目的方案優化。BIM技術也可以對工程項目全壽命周期進行優化，包括項目方案優化、設計優化、施工方案優化、運維優化和重要環節、重要部位優化等。73(五)可出圖性

BIM技術可以出具各專業圖紙及深化圖紙，使工程表達更加詳細。(六)信息完備性

BIM模型中包含了建筑物全生命周期中的各種信息，如幾何信息、物理信息、空間信息等，這些信息都是經過精心組織的，并且可以在項目的不同階段進行提取和更新，從而為項目的決策和管理提供全面的支持。74

二、BIM的優勢提高效率和精度。通過BIM技術，可以實現建筑項目的三維建模，提高設計、施工和管理的效率和精度。優化設計和施工方案。BIM技術可以在項目設計階段進行碰撞檢測，發現設計中可能存在的問題，及時進行優化調整。提高協同合作能力。BIM技術可以提供一個統一的信息平臺，使項目的各方參與者能夠在同一個模型上進行協同工作。75

二、BIM的優勢增強項目管理能力。BIM技術可以實現項目信息的集成和共享，使項目管理者能夠實時掌握項目的進度和質量等信息。降低風險和成本。BIM技術可以在項目早期進行風險識別和評估，提前制定相應的應對措施，降低項目風險。支持可持續發展。BIM技術可以為綠色建筑和可持續發展提供支持。76

三、BIM的價值提升管理水平。BIM技術通過其全面信息優勢，可以極大地提升項目的管理水平。實現資源有效利用。BIM技術能夠將資源有效整合，為設計、施工等過程中有效運用。降低維護成本。BIM技術使得維護的流程及其基本信息能夠精確地模擬，從而減少工作時間，降低維護成本。77

三、BIM的價值提高生產效率。BIM可以對建筑的結構、管線、車間、建材等信息進行全面分析，從而更全面地控制建筑物，提高生產效率。促進信息交流和共享。BIM技術使得工程項目各參與方使用單一信息源，確保信息的準確性和一致性。支持全生命周期管理。BIM技術可以支持建筑的全生命周期管理，包括設計、施工、運營和維護等階段。78BIM軟件體系框架主要包括建模軟件、建模插件和模型輔助工具軟件三個主要部分。建模軟件：AutodeskRevit，AutodeskCivil3D，Bentley

OpenBuildingDesigner。建模插件：MagiCAD，建模大師，Tekla。模型輔助工具軟件：Fuzor，Lumion，Twinmotion。79

BIM建模軟件是一種用于創建、管理和分析建筑、基礎設施和設備物理和功能特性的數字化工具。以下是對BIM建模軟件的一般操作步驟的概述：（1）選擇一款適合項目的BIM建模軟件。（2）熟悉軟件界面。（3）創建新項目。（4）建立項目模板。（5)繪制建筑元素。80（6）創建組件和族。可以創建自定義的組件和族。（7）建立空間關系。用軟件提供的工具來確保元素之間的正確

對齊、連接和碰撞檢測。（8）應用材質和貼圖。（9）進行分析和模擬。（10）導出和共享模型。（11）文檔和交付。81

BIM展示軟件是用于呈現和可視化BIM數據的工具。這些軟件通常允許用戶查看、交互和探索3D建筑模型，以更好地理解和評估建筑設計的各個方面。以下是一些常見的BIM展示軟件：（1）AutodeskRevit（2）Navisworks（3）BentleyView（4）SolibriModelChecker（5）Adober3DPDFConverter82

BIM分析軟件是用于對BIM模型進行深入分析和優化的工具。這些軟件可以對建筑物的物理性能、結構行為、能源效率等方面進行計算和模擬。以下是一些常見的BIM分析軟件：（1）AutodeskAnalysisServices（2）SketchUpPro（3）AECOsimBuildingDesigner（4）ArchiCAD（5）NavisworksSimulate83

BIM管理軟件是用于有效地管理和協調建筑項目中的BIM數據和流程的工具。這些軟件提供了各種功能，從模型協同、數據管理和項目監控到溝通協作和報告生成等。以下是一些常見的BIM管理軟件：（1）AutodeskBIM360（2）ProjectWise（3）DELMIAApriso（4）TrimbleConnect（5）ArchiCADBIMManager84BIM軟件的硬件要求可以根據不同的軟件和應用場景有所變化，以下是一些常見的BIM軟件硬件要求：（1）處理器（CPU）：建議使用多核處理；（2）內存（RAM）：建議至少安裝16GBRAM；（3）存儲：使用至少500GB的硬盤或固態硬盤。（4）顯卡（GPU）：建議使用具有專用圖形處理單元的顯卡；（5）顯示器：推薦使用高分辨率的大尺寸顯示器；（6）輸入設備：建議使用高精度鼠標和舒適的鍵盤；（7）網絡連接：建議使用穩定的高速網絡連接。85

BIM技術所需要的物聯網設備主要包括傳感器、RFID（無線射頻識別）標簽、嵌入式設備以及通信設備等。傳感器：在BIM應用中，傳感器是實現自動采集數據和控制的關鍵設備。RFID標簽：在BIM中，RFID標簽可以用于標識建筑物的各個部分，方便進行信息管理和跟蹤。嵌入式設備：在BIM中，嵌入式設備可以用于實現各種自動化控制和監測功能，例如智能照明系統、智能空調系統等。86通信設備：在BIM中，通信設備用于實現物聯網設備與BIM模型的實時數據交換和通信。除了以上設備外，BIM技術還需要高性能的計算機和網絡設備來支持數據處理和傳輸。具體來說，中心服務器需要具有較高的處理器速度、存儲容量和數據傳輸速率，以確保數據的快速處理和流暢傳輸。終端計算機則需要具有較高的配置，以滿足建模、信息輸入和運算等需求。87BIM作為工程領域數字化設計與管理的一種工具，正在成為行業智能化變革的核心動力。BIM技術作為工程建造實施的一種輔助工具，在整個工程項目的生命周期運行中，能在每個階段滿足不同階段各參與者的需求，極大提高參與者的工作效率和使用便捷性。BIM應用一般遵循以下規定：88（1）BIM應用宜貫穿工程項目的全生命期，也可根據工程實際情況應用于某一階段或某些環節。0102（2）不同階段或環節模型創建應考慮在項目全生命期內的共享、集成和應用。03（3）在BIM創建、應用和管理過程中，應充分考慮并采取措施保證信息安全。04（4）BIM應用應事先制定BIM應用策劃，并遵照策劃進行BIM應用的過程管理。89（5）項目相關方應基于信息一致的模型進行協同工作，保證各階段、各專業和各相關方的信息規范、完整和有效傳遞。（6）模型的更新和維護應與工程實施同步，以保證工程全生命期各階段模型與相關成果的一致性。（7）BIM應用宜與云計算、大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈等技術相結合，實現融合創新應用。05060790隨著BIM技術應用的不斷成熟和行業實施標準的日趨完善，BIM進入行業平穩發展期，并不斷嘗試突破現有應用領域的束縛，與多專業進行交叉融合，全面助力工程行業數字化轉型發展。就目前行業整體發展來看，BIM技術的應用主要體現在項目設計與規劃、項目招投標、項目實施和運維管理等四個階段，特別是在前三個階段的使用，得到了建設方的普遍認可。而運維階段的應用因各地區城市級BIM/CIM平臺的不斷建設與完善，也在快速發展中。911.BIM在項目場地規劃的應用

場地分析是研究影響區域規劃功能定位的主要因素，是確定構筑物的空間方位和外觀、建立構筑物與周圍景觀的聯系的基礎。圖2-4BIM+GIS場地分析模型922.BIM在項目策劃階段的應用

依托BIM技術的項目策劃能夠利用三維信息模型技術對項目決策目標所處社會環境及相關因素進行邏輯數理分析。圖2-5項目策劃數據模型933.BIM在方案設計階段的應用

BIM三維可視化設計軟件的出現有力地彌補了業主及最終用戶因缺乏對傳統建筑圖紙的理解能力而造成的和設計師之間的交流鴻溝。圖2-6方案設計模型944.BIM在深化設計階段的應用

如圖2-7利用BIM技術，設計師在深化設計過程中創建的三維數字模型已經包含了大量的設計信息(幾何信息、材料性能、構件屬性等)。圖2-7空間網架分析建模955.BIM在施工圖設計階段的應用

如圖2-8利用BIM技術，通過搭建各專業的BIM模型，設計師能夠在虛擬的三維環境下無死角的展現全部設計細節和多樣式成果表達。圖2-8BIM三維模型961.BIM在招標階段的應用

①BIM技術可以幫助招標單位更好的分析投標人的報價。

②BIM技術能夠提高招標活動管理效率。

③BIM技術可以幫助招標單位更好的管理招標項目的質量2.BIM在投標階段的應用

①基于BIM的施工方案模擬。

②基于BIM的4D進度模擬。

③基于BIM的資源優化與資金計劃。

④基于BIM的風險控制971.BIM在施工準備階段的應用

利用BIM技術的三維可視化及動態模擬特點，根據項目分部分項工程特點及不同階段的需求進行三維交互場地方案設計。圖2-9BIM場地布置982.BIM在施工階段的應用①基于BIM的施工過程管理。②基于BIM的物料跟蹤。③基于BIM的預制加工。④基于BIM的成本管理與控制。⑤基于BIM的協同管理。BIM不僅集成了建筑物的完整信息，同時還提供了一個三維的交流環境。993.BIM在竣工交付階段的應用

BIM技術能夠將項目中包括的建筑、結構和機電設備等各專業內容、包含材料、荷載、技術參數和指標等設計信息。圖2-9竣工驗收典型流程1001.BIM在運維管理中的應用

BIM運維管理模型可以充分發揮空間定位和數據記錄的優勢，依據其涵蓋的建筑、結構、電氣、建筑智能化等專業的模型元素，在運維過程中通過將運維信息附加或關聯到相關的模型元素上，以降低建筑物在使用過程中出現突發狀況的概率。2.BIM在資產管理中的應用

BIM運維模型中包含的大量項目信息能夠順利導入資產管理系統，大大減少了系統初始化在數據準備方面的時間及人力投入和數據準確性問題。1013.BIM在空間管理中的應用

BIM不僅可以用于有效管理項目設施及資產等資源，也可以幫助管理團隊記錄空間的使用情況，處理最終使用部門（用戶）要求空間變更的請求，分析現有空間的使用情況，合理分配建筑物空間，優化空間調配方案，確保空間資源的最大利用率。4.BIM在應急管理中的應用

通過將BIM運維模型與災害預警系統結合，在災害發生前，模擬災害發生的過程，分析災害發生的原因，制定避免災害發生的措施。102

一般項目相關方應根據BIM應用目標和具體需求，建立相應的BIM應用組織架構、職責劃分、工作流程，落實BIM應用的組織管理。

1.組織架構

常見的BIM應用組織架構方式有以建設方或工程總承包方為主導、參建方自主應用等方式。

2.工作職責

項目參與各方應在合同約定范圍內履行自身職責，完成項目合同中載明的對應BIM應用工作內容和要求，采取協同工作方式。103

BIM工作流程的制定應結合項目行業傳統業務流程和具體項目的BIM應用特點和實際需求。BIM工作流程因參與各方的項目角色和工作職責不同略有不同，主要流程框架包括：流程任務要求、BIM模型創建（BIM模型關聯）、BIM模型符合性分析（BIM模型驗證）、BIM模型應用（BIM模型成果輸出）、BIM模型交付。55復習思考題（1）請簡要說明BIM技術的概念？（2）BIM的主要特征分為幾類？分別是哪些？（3）BIM的價值可從幾個方面來體現？分別是哪些？（4）我國發布了哪些BIM技術相關的標準？（5）一些常見的BIM軟件硬件要求？（6）BIM軟件體系框架主要包括哪幾部分？（7）BIM的優勢可從幾個方面來體現？分別是哪些？（8）對BIM建模軟件的一般操作步驟55感

謝

觀

看

Python語言特點如下：面向對象。Python既支持面向過程的函數編程也支持面向對象的抽象編程。內置數據結構。數據結構由相互之間存在一種或多種關系的數據元素以及元素之間的關系組成。簡單易學。Python的語法簡單優雅，代表了一種極簡主義的設計思想。語言健壯。Python提供了異常處理機制，能捕獲程序的異常情況。106

可移植性。Python的開源本質使得它已經被移植在許多平臺上(經過改動使它能夠在不同平臺上工作)。易擴展性。Python出于一種自由的設計思想，在Python中可以通過封裝實現私有、公有、抽象這些設定。動態性。ython的動態性和多態性是Python語言簡潔靈活的基礎。解釋型。Python程序不需要編譯成二進制代碼，可以直接從源代碼運行程序。107

Python作為一種高級通用語言，可以應用在人工智能、數據分析、網絡爬蟲、金融量化、云計算、Web開發等眾多領域。1.數據分析

在大量數據的基礎上,結合科學計算、機器學習等技術對數據進行清洗、去重、規格化和針對性的分析是大數據行業的基石。2.操作系統管理Python作為一種解釋型的腳本語言,特別適合于編寫操作系統管理腳本。108

3.文本處理

Python提供的re模塊能支持正則表達式,還提供SGML、XML分析模塊,許多程序員利用Python進行XML程序的開發。4.圖形用戶界面(GUI)開發Python支持GUI開發,使用Tkinter、wxPython或者PyQt庫,可以用于開發跨平臺的桌面軟件。109

5.Web編程應用

Python經常用于Web開發。通過Web框架庫,例如Django、Flask、FastAPI等,可以快速開發各種規模的Web應用程序。6.網絡爬蟲網絡爬蟲也稱為網絡蜘蛛,是大數據行業獲取數據的核心工具。Python是目前編寫網絡爬蟲所使用的主流編程語言之一,其Scripy爬蟲框架的應用非常廣泛。110111

在編寫代碼時，遵循一定的代碼編寫規則和命名規范可以使代碼更

加規范化。Python程序應遵循以下編碼規范：

（1）對關鍵代碼可以添加必要的注釋。

（2）不要在行尾添加分號“;”，也不要用分號將再條命令放在

同一行。

（3）語句中的所有符號都必須是半角字符。

（4）建議每行不超過80個字符，如超過，建議使用小括號“()。112（5）應該避免在循環中使用“+”和“+=”運算符累加字符串。（6）適當使用異常處理結構以提高程序容錯性，但不能過多依賴異常處理結構，適當的顯式判斷還是必要的。（7）命名規范在編寫代碼中起到很重要的作用，使用命名規范可以更加直觀地了解代碼所代表的含義。（8）Python最具特色的就是使用縮進來表示代碼塊，不是使用花括號{}。113Python提供了輸入輸出函數進行人機交互，即input()函數接收鍵盤的輸入，print()函數輸出信息。

一、input()函數Python中輸入函數一般格式為：string=input([prompt])

二、print()函數Print函數的基本語法格式如下：print([輸出值1，輸出值2，…，輸出值n，sep=‘，’end=‘\n’])114

三、字符串的格式化輸出字符串格式化主要有如下3種方法：

1.使用％格式化字符串2.使用string.format()格式化字符串3.使用f-strings格式化字符串格式化的字符串常量（f-strings）使用f或F作為前綴，表示格式化設置。115一、基礎數據類型的種類（一）數字類型

Python3數字類型有：整數、浮點數、復數。（二）布爾類型

Python邏輯類型只有：True和False，分別對應的值為1和0，

并且可以與數字進行運算。116（三）字符串型1.字符串的創建

2.轉義字符3.字符串的存儲方式4.字符串的訪問方式5.字符串運算符6.字符串內置函數117二、數據類型的判斷方法Python采用基于值的內存管理模式，要判斷對象的類型，可使用type()或isinstance()函數。（一）type()的用法是type(object)，該方法直接返回對象的類型值。

（二）isinstance()的用法是isinstance(object，class_or_tuple)118三、數據類型轉換

Python是強類型語言，變量的類型轉換并不是對變量原地進行修改，而是產生一個新的預期類型的對象。Python提供的類型轉換

內置函數有：（1）int()函數：將其他類型數據轉換為整型。（2）float()函數：將其他類型數據轉換為浮點數。（3）str()函數：將其他類型數據轉換為字符串。119三、數據類型轉換（4）round()函數：將浮點型數值圓整為整型。（5）bool()函數。將其他類型數據轉換為布爾類型。（6）chr()和ord()函數：進行整數和字符之間的相互轉換。（7）eval()函數。計算字符串表達式并根據值的結果轉換成相應

數據類型。120一、變量的定義

Python中的變量通過賦值方式創建，并通過變量名標識：

var=value；

Python也允許同時為多個變量賦值（多重賦值）：

var1,var2,var3,…=value1,value2,value3,…二、變量的命名

變量命名應遵循以下五條規則：121（一）變量名只能由字母、數字和下劃線組成，且不能以數字開頭。

例如，name1為合法變量名，而1name或name$1為不合法變量名。（二)

變量名不能是Python的保留字。例如，import不能作為變量名。

(三）變量名區分大小寫。例如，Name和name是兩個不同的變量。（四）變量名應見名知義，從而提高代碼的可讀性。例如，用age表

示年齡。（五）慎用小寫字母i和大寫字母O，否則不方便辨識。122一、運算符

程序語言中參與運算的數據稱為操作數，表示運算的符號稱為運算符。例如，在加法運算1+2中，1和2稱為操作數，“+”稱為運算符，運算符及其功能如下表3-1。二、表達式

表達式是用運算符把變量、常量和函數等操作數按照一定的規則連接起來的式子。當多個運算符同時出現在一個表達式中，需要根據運算符的優先級順序決定表達式中運算的執行順序。123運算符功能+、-、*、/、%、//、**自梳運算符:加、減、乘、除、求余、取整、冪=、+=、-=、*=、/=、%=、//=、**=賦值運算符和復合賦值運算符<、<=、>、>=、==、!=關系運算符:小于、小于等于、大于、大于等于、等于、不等于and、or、not邏輯運算符:與、或、非&、|、^、~、<<、>>位運算:位與、位或、位異或、位非、左移、右移is、isnot對象運算符in、notin成員運算符表3-1運算符及其功能124

程序從主體上來說都是從上往下依次執行，即順序結構。但在有些情況下，根據所要實現的功能選擇執行或者不執行一些語句，即選擇結構，或者反復執行某些語句，即循環結構。一、選擇結構語句

選擇結構又稱為分支結構，根據判斷條件表達式是否成立（True或False）決定下一步選擇執行特定的代碼。

在Python語言中，條件語句使用關鍵字if、elif、else來表示。125選擇結構分為單分支結構、雙分支結構、多分支結構、嵌套分支結構等多種形式。（一）單分支結構單分支結構的語法格式如下：

if條件表達式:

語句塊功能：單分支結構中只有一個條件。如果條件表達式的值為True，則

表示條件滿足，執行語句塊；否則不執行語句塊。126（二）雙分支結構雙分支結構的語法格式如下：if條件表達式: 語句塊1else: 語句塊2功能：雙分支結構可以表示兩個條件。如果條件表達式的值為True，

則執行語句塊1；否則執行語句塊2。127（三）多分支結構

多分支結構的語法格式如下：

圖3-1

多分支結構的語法格式128（四）嵌套分支結構

嵌套分支結構語法格式如下：圖3-2

嵌套分支結構語法格式129二、循環結構語句

循環結構是指在滿足一定條件的情況下，重復執行特定代碼塊的一種編碼結構。

Python提供了while語句和for語句兩種循環結構。（一）for循環

for循環可以遍歷任一可序列或可迭代對象，主要包括：1.序列2.字典3.文件對象4.迭代器對象5.生成器函數130（一）for循環

for循環的語法格式如下：for循環變量in序列或可迭代對象: 循環體Python提供了一個range()內置函數用來生成一個可迭代對象，語法格式如下：range(start,end,step)131（二）while循環

通常當事先不知道循環的次數時，可使用while循環。while循環的語法格式如下：

while條件表達式: 循環體當條件表達式的值為True時，執行循環體，否則退出循環。

注：while語句中必須能改變循環條件（也就是把循環條件變為False的代碼），否則會進入死循環。132（三）循環嵌套

在Python中，允許在一個循環體中嵌入另一個循環。for循環嵌套的一般語法格式如下：

圖3-3

for循環嵌套的語法格式133（三）循環嵌套while循環嵌套的語法格式如下：

圖3-4

while循環嵌套的語法格式134

三、break、continue和else語句

（1）break語句break語句用于終止當前整個循環，不再執行循環中剩余的語句塊。

（2）continue語句continue語句用來跳出本次循環而提前進入到下一次循環。

（3）else語句在循環結構中使用時，只有在循環正常完成后執行，即循環因為執行了break語句而使得循環提前結束時，則不會執行else語句塊。135四、pass語句

Python還提供了一個pass語句，表示空語句，它將不做任何事情，一般起到占位符的作用，用于保持程序結構的完整性。

以輸出10以內的偶數為例代碼如下：

圖3-6

輸出10以內的偶數代碼格式136一、內置函數

內置函數說明如下：

（1）調用函數時，函數名func后面必須加一對圓括號。

（2）函數通常都有一個返回值，表示調用的結果。

（3)不同函數的參數個數不同，有的是必選的，有的是可選的。(4)函數的參數值必須符合要求的數據類型。(5)函數可以嵌套調用，即一個函數可以作為另一個函數的參數。137表3-2Python常用的內置函數函數描述函數描述abs(x)返回x的絕對值max()返回最大值len(s)返回對象的長度(個數)min()返回最小值sum(seq)求seq的和bin(x)把整數轉換為以“0b”開頭的二進制字符串pow(x,y)x的y次冪int(str)轉換為整數round(x,n)獲取指定位數的小數，x表示浮點數，n表示保留的位數float(str)轉換為浮點數help(s)獲取s的幫助str(num)轉換為字符串sorted(list)對列表進行排序并返回排序后的listeval(exp)返回表達式的數值138二、自定義函數與調用

Python不僅可以直接使用內置函數，還支持自定義函數，即通過

將一段實現單一功能或相關聯功能的代碼定義為函數。（一）函數的定義1.def定義函數

函數定義的規則說明如下:

(1)函數代碼塊以def關鍵詞開頭,后接函數名稱和圓括號。139

(2)func_name是用戶自定義的函數名稱。(3)args是零個或多個參數,且任何傳入參數必須放在圓括號內。(4)最后必須跟一個冒號“:”,函數體從冒號開始,并且縮進。(5)func_block是實現函數功能的語句塊。(6)

在函數體中,可以使用return語句返回函數代碼的執行結

果,返回值可以有一個或多個。(7)

如果想定義一個空函數,可以使用pass語句作為占位符。1402.lambda定義函數

使用lambda函數需注意：

（1）在使用lambda函數時，參數可以有多個，但表達式只能有一個。

（2）lambda函數中的所有參數均為臨時參數，即局部參數。

（3）lambda函數可以聲明沒有函數名稱、臨時使用的匿名函數。141（二）函數的調用1.def函數的調用調用函數也就是執行函數。定義一個函數后，若不調用該函數，則其中的代碼就不會被執行。

調用函數的語法格式如下:func_name(args)

142（二）函數的調用2.lambda函數的調用

（1）普通調用

普通調用的語法格式如下：res([arg1,arg2,…,argn])

（2）作為其他函數的參數調用

作為其他函數的參數被調用的語法格式如下：fun(lambda[arg1,arg2,…,argn]:exp,args)143（三）函數的返回值函數在運行結束后可能會返還給調用者一個結果，該結果稱為返回值。該返回值可以是任意類型,若函數沒有返回值,可以省略return語句。return語句是函數的結束標志,無論return語句出現在函數的什么位置,只要得到執行,就會直接結束函數的運行。return語句的語法格式如下:

return[exp]

144

三、函數參數的傳遞

（一）參數類型

在使用函數時，經常會用到形式參數和實際參數，兩者之間的區別如下：1.形式參數簡稱為形參，在使用def定義函數時，函數名后面的括號里的變量稱為形參。2.在調用函數時提供的值或者變量稱為實際參數，簡稱實參。

145

三、函數參數的傳遞3.函數的參數傳遞是指將實參傳遞給形參的過程。4.定義函數時不需要聲明形參的數據類型，Python解釋器會根據實參的類型自動推斷形參的類型。5.形參與實參的關系：兩者是在調用的時候進行結合的，通常實參會將取值傳遞給形參之后進行函數過程運算，然后可能將某些值經過參數或函數符號返回給調用者。

6.函數既可以傳遞參數，也可以不傳遞參數。146三、函數參數的傳遞

（二）位置參數。按照實參與形參的位置順序一一對應將實參傳遞給形參。

（三）關鍵字參數。為了避免位置參數因位置錯誤而發生傳參錯誤的問題，Python提供了關鍵字參數，其允許函數調用傳參時位置順序不一致。關鍵字參數的形式是“形參名=值”進行傳參，從而避免用戶需要牢記參數位置的麻煩，使得函數的調用和參數傳遞更加靈活方便。147

（四）默認參數。按位置傳參時，形參和實參的個數必須相同，否則程序會報錯；在程序設計時，有些參數多數會取某個值。在這些情況下，可以使用Python提供的默認參數形式，即在定義函數時為形參設置默認值。

（五）可變參數。如果函數在定義時無法確定參數的具體數目,則可使用可變參數實現，其形式是定義函數時在形參前面添加星號“*”或“**”。148三、函數參數的傳遞

在定義與調用可變參數的函數時注意：

（1）如果要使用一個已有列表或元組作為函數的可變參數，可以在列表或元組的名稱前加一個星號“*”；

（2）如果要使用一個已有字典作為函數的可變參數，可以在字典的名稱前加兩個星號“**”。149四、變量的作用域

變量的作用域是指程序代碼能夠訪問該變量的區域。根據變量的作用域把變量分為局部變量和全局變量。

（一）局部變量局部變量是指在函數內部定義并使用的變量,它只在函數內部有效。

（二）全局變量與局部變量相對應,在函數外部定義的變量稱為全局變量。150五、函數的遞歸與嵌套（一）遞歸函數

程序調用自身的編程方法稱為遞歸。遞歸函數會一直不停地調用自身，直到某個條件滿足時就不再調用了,然后返回得到的結果。（二）函數嵌套函數嵌套是指在函數體內定義另外的函數。函數嵌套保證了代碼的模塊化、復用性和可靠性。151一、Python中使用模塊

Python中使用的模塊有以下3種：1.內置模塊2.第三方模塊3.自定義模塊二、模塊的導入

若在程序中使用某些模塊，則必須通過import語句導入該模塊。

導入方式有以下3種：1.import語句導入模塊3.聯合as語句導入模塊2.from…import…語句導入模塊

152一、常見標準庫的使用

Python自帶的模塊稱為標準（內置）模塊(或稱為標準（內置）庫)。對于標準庫，用import語句直接導入欲使用的標準庫即可。

（一）math庫的使用

Math庫提供了數學函數，例如三角函數、對數函數、指數函數、

常數等。

（二）random庫的使用

random庫提供了生成隨機數的函數，例如生成隨機整數、浮點數等。153一、第三方庫簡介1.NumPy。它是一個Python庫，提供多維數組對象，各種派生

對象。2.SciPy。SciPy是一個開源的Python算法庫和數學工具包。3.Pandas。Pandas是Python的核心數據分析支持庫，提供了快速、靈活、明確的數據結構。

154

一、第三方庫簡介4.Matplotlib。Matplotlib是一個Python2D繪圖庫，它以多種硬拷貝格式和跨平臺的交互式環境生成出版物質量的圖形。

5.Scikit-learn。Scikit-learn(也稱為Sklearn)是針對Python編程語言的免費機器學習庫。50復習思考題（1）Python語言有哪些特點？（2）Python語言中的列表與元組有哪些區別？（3）分支（選擇）結構有哪幾種形式？（4）編寫程序，通過使用if...elif...else語句判斷數字是正數、負數或零。（5）編寫程序，計算兩個數的最大公約數和最小公倍數。（6）編寫程序，求一元二次方程ax2+bx+c=0的根，其中，a、b和c由用戶輸入。（7）編寫程序，繪制y＝x2＋x＋1在區間[-1,1]的圖形。50感

謝

觀

看

一、城市地下空間類型城市地下按使用空間可分為：城市地下軌道交通、城市地下業街、城市

地下綜合體、其他城市地下空間等。（一）城市地下軌道交通城市地下軌道交通是城市公共交通系統中的一個重要組成部分，泛指在城市地下建設運行的，沿特定軌道運行的快速大運量公共交通系統，其中包括了地鐵、輕軌、市郊通勤鐵路、單軌鐵路及磁懸浮鐵路等多種類型。

157

（二）城市地下商業街城市地下商業街又稱城市地下街。指在城市地下一定深度范圍內，設置地下道路，沿道路全程或大部分路段兩側建有各式地下建筑，設有人行通道、商鋪或車行道、地下廣場及各種市政公用設施的地下道路。城市地下街與地面街相比，具有以下特點：1.不受自然氣候直接影響；2.建設難度大，且一般條件下具有不可逆性；3.布置在地下，既增添了神秘感，又具有戰時防空功能，安全性高。

158

4.形成完全步行的商業空間；5.地下空間具封閉性；6.人工環境，缺乏自然風光。為了營造更舒適的購物環境，需要對地下街空氣流速、溫度等進行調節，提高視覺效果，如圖4-1所示。

圖4-1地下街視覺效果設計159

（三）城市地下綜合體地下綜合體是伴隨著城市集約化程度不斷提高而出現的，是城市地下空間資源集中利用的體現。具體指組合幾類不同功能的城市地下空間，各類空間相互依存、相互協調，形成多層次、多功能、高效率的綜合體。1.交通功能系統包括地下公共交通系統、地下步行系統、地下停車系統。其中，地下公共交通系統包括地下機動車行系統及以地