建筑装饰行业AI建筑设计专题：风起势至，破局在即

AI建筑设计行业应用环境概览：建筑设计业务分为方案设计、初步设计、施工图设计三大环节，各环节产值占比约25%/25%/50%，其中方案设计多为创意构思，生成类AI技术替代程度高；初步设计需在创意图基础上根据专业判断进一步细化结构信息，依赖设计师经验，自动化难度大；施工图设计以节点细化为主，耗时较长、内容繁琐，但流程相对规范，通过逐个模块攻破有望逐步实现智能化。分领域看，基建设计非标程度更高、现场勘察量大，自动化难度显著高于房建设计。 当前设计行业仍具备显著人力密集特征，近年来受益数字化推进，龙头人均创收及创利指标有所提升，但整体规模扩张仍高度依赖专业设计人才，人力成本占比达70%-90%。展望未来，我国建筑设计行业数字化升级路径清晰，政策持续鼓励BIM应用，预计BIM将成为主流设计及数字化管理平台。3D BIM模型所携带信息量较2D CAD图纸指数级增长，有望为AI智能设计提供更肥沃的数字化土壤。 已有AI技术如何赋能建筑设计？当前市面上已有多款搭载AI技术的建筑设计工具，主要应用于效果图渲染（Arko AI）、快速方案设计（AI ROAD）、简易施工图智能出图（筑绘通、TransBIM）、图纸审核（万翼）等环节。此类产品多以规则引擎为主，针对规范性、逻辑性较强的环节可自动化/智能辅助生成方案，但由于其缺乏内容自主生成能力，因此无法替代：1）前端创意生成；2）由创意图到含结构信息的初步设计（依赖专业经验）；3）复杂度较高的施工图设计环节。 AIGC技术迎突破性拐点，有望颠覆传统设计模式。随着GPT等超大复合型神经网络算法逐步成熟，AI逐步由“感知智能”走向“认知智能”，AIGC技术迎来重要发展拐点。GPT作为预训练大模型，提供通用、逻辑与智能，通过结合细分领域数据，可以针对垂直领域做微调优化，优化出功能多样的多模态模型，在各行各业落地。展望未来，通过将预设大模型向建筑设计领域微调，有望打造建筑设计领域AIGC平台，率先对前端创意生成形成人工替代，并基于算法深化，逐步介入初步设计、施工图设计等多个环节，有望大幅提升设计效率，优化业务模式。 龙头资源禀赋优异，行业格局有望优化。在大模型接口开放、技术平权背景下，数据资产为垂类场景AI开发最核心壁垒，优质数据要素对应高效、高适配度的AI模型。龙头设计院基于业内领先的案例库及数据池，有望开发或联合开发更强大、行业适配性更优的AI算法平台。后续随着AI建筑设计生态逐步完善，我们分析龙头有望从三方面受益：1）扩大管控半径，拓宽成长边界；2）提质增效、加快周转，优化商业模式；3）SaaS化AI平台，开拓成长新引擎，整体市场份额有望逐步向头部集中。 投资建议：AIGC技术浪潮来袭，行业应用加快落地，“AI+建筑设计”生态完善有望变革行业发展模式、优化竞争格局，建议关注：1）在细分领域具备丰富数据资产、AI开发实力强，有望打造垂直领域优势AI产品的设计龙头。重点推荐华建集团（掌握丰富超高层数据，已将AIGC技术落地前端方案设计，PE19X，2023年PE，下同）、华设集团（交通基建数据资产雄厚，旗下EICADv5.0版+AiRoad实现SaaS化推广，PE8X）、华阳国际（装配式房建设计领军企业，实现AI应用与自研BIM平台对接，PE20X）。2）受益人效增长，有望拓宽管理半径、加速提升市占率的优质设计龙头，包括设计总院（PE11X）、矩阵股份、苏交科（PE13X）、中衡设计、筑博设计（PE13X）等。 风险提示：AI设计技术发展不及预期，SaaS等商业化模式开拓不及预期。 重点标的 股票代码 1.AI建筑设计行业应用环境概览 1.1.设计业务拆解：创造性工作占比约25%、专业逻辑性占比约75% 设计业务包含哪些环节？业务拆分看，设计项目包括方案设计、初步设计、深化设计三大环节，其中：1）方案设计指确定总平面布局、建筑外形和平面结构的设计方案，以创意构思为主；2）初步设计指方案设计经审查通过后，进一步细化方案图结构、跨度等信息，并预先进行部分施工环节设计；3）深化设计指根据初步设计开展总平面、建筑、结构、设备等各专业施工图设计，交付客户供施工单位作为施工制作。根据《全国建筑设计周期定额（2016版）》估算，三大设计环节的产值占比分别约为25%/25%/50%。 部分基建设计项目包含可研报告及二次方案设计。大型复杂的基建设计在方案设计前通常进行可行性研究，必要时进行预可研，并在初步设计和施工图设计之间增加二次方案设计，如桥梁、过江通道方案需要在该环节进行二次推敲。整体看，基建项目涉及环节较多、且方案需反复沟通调整，整体设计周期更长。 房建设计环节相对简化，标准化程度较高。房建项目的方案设计环节多为概念创意图绘制，对于常规性房屋结构，后端初步设计及施工图设计的标准相对通用化，标准化程度明显高于基建设计。 各业务环节自动化难度如何？1）方案设计：多为创意构思，基于足量的历史数据结合内容生成类AI技术，可有效实现人工替代或AI辅助设计；2）初步设计：需在创意图基础上根据专业判断进一步细化结构信息，对设计师经验依赖度高，自动化难度大；3）施工图设计：以节点细化为主，耗时较长、内容繁琐，但流程相对规范，通过逐个模块攻破有望逐步实现智能化。分领域看，基建设计项目非标程度更高、现场勘察量大（桥梁项目地基勘测、线路现场排查等需耗时数月），AI智能化难度显著高于房建设计。 图表1：设计业务流程概览 1.2.设计行业概览：人力成本占比高，格局持续分散 人力成本占比70%-90%，龙头人均盈利指标稳步提升。建筑设计为智力密集型行业、且业务标准化程度低，规模扩张高度依赖专业设计人才，上市设计企业的人力成本占比高达70%-90%。近年来受益数字化设计推进，华建集团、华阳国际、华设集团等龙头的人均创利指标稳步提升，但规模扩张仍基于“人均创收*设计师数量”模型。 图表2：部分上市设计公司人力成本占比 竞争格局持续分散，CR3约7%。2021年，我国工程设计行业总规模为5745亿元，同比增长4.8%，前三/前五/前十大设计院合计营业收入分别为382/559/817亿元，CR3/CR5/CR10分别约6.65%/9.73%/14.23%，行业格局分散，且竞争持续激烈：2017-2021年，在选取的24家上市设计公司中，华建集团、苏交科、华设集团和勘设股份总营收稳居设计公司前四，但其营收占总额比持续下降，前四总占比由60.3%下降到46.5%，前三总占比由53.3%下降到40.4%。 图表3：排名前三/四公司营收占设计标的总收入比 图表4：2021年工程设计院营业收入及其市占率 1.3.BIM：AI智能设计发展的肥沃土壤 从草图到CAD、CAD到BIM，建筑设计数字化升级路径清晰。90年代由住建部领导的“甩图板”工程开启了建筑设计信息化建设序幕，自此CAD逐步替代传统板绘，实现2D图纸电子化设计。2011年住建部发布《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》首次提出将BIM（Building Information Modeling）纳入信息化标准建设内容。对比传统CAD，BIM着力于实现基于3D模型的设计模式，以解决工程行业信息传递中的断层问题。从建模角度看，BIM是CAD（二维辅助设计）的一次迭代升级。CAD技术主导下，建筑设计方案需先由三维构想转变为二维设计图纸，再由建筑施工方将二维图纸转化为三维建设，BIM技术的出现使得建筑行业迈向了基于三维模型的全新设计模式。从项目管理角度看，BIM技术所搭建的建筑工程信息库可实现从建筑的规划、设计、施工、运营维护到拆除的建筑全寿命周期信息的集成，使得这些信息能够在建设项目的各参与方（政府部门、业主、设计、施工、监理、造价、运营等）之间快速共享与传递，通过协同工作来提高生产效率、节约成本、缩短工期。 图表5：我国的建筑信息化经历了由“甩图板”到BIM的发展过程 对于设计端，BIM的核心价值主要体现在：1）协同各专业，加强施工性。传统二维设计利用AutoCAD将点、线、面作为设计元素，通过平面作图法，将实际的三维构件进行平面投影二维表达。二维设计的各专业采用独立设计模式，不同专业的配合程度有限，协同性较差。BIM的三维可视性可有效发现二维情况下被忽略的碰撞现象，减少施工过程中成本增加等问题的发生，增强施工性。2）信息化集成，打通后端施工、运维。设计端搭建的3D模型信息库可直接运用于后续施工及运维，对比2D图纸再处理可大幅提升项目全周期效率。 图表6：基于REVIT平台的BIM 3D设计 图表7：BIM实现管线综合碰撞检测以实现协同设计 当前BIM应用仍以翻模（逆向设计）为主，正向设计渗透率有望逐步提升。BIM正向设计是“先建模，再出图”的设计方法，即以三维BIM模型为出发点和数据源，完成从方案设计到施工图设计的全过程任务。相对于BIM正向设计，一般将“翻模”方式称为“BIM逆向设计”，即在完成项目的施图设计并进行二维AutoCAD图纸出图后由建模人员完成二维施工图到三维BIM模型的转换工作。正向设计可省去2D-3D转换环节，效率更高，但目前尚处于探索阶段，仅在重点项目、高复杂性项目中得到试点，其主要推广难度在于：1）3D建模设计与传统2D设计习惯差异较大，设计院普及需要较长周期；2）相关技术规范及数据标准仍待完善。预计随着相关设计标准出台，叠加政策推广，BIM正向设计渗透率有望持续提升。 图表8：BIM正向设计与逆向设计对比 政策端持续鼓励BIM应用，预计后续BIM将成为主流设计及项目管理平台。自2016年起，我国住建部在多个顶层规划类政策中提及“加快推动BIM技术发展及其在项目全过程的集成应用”。2022年1月住建部印发《“十四五”建筑业发展规划》，指出到2025年应“基本形成BIM技术框架和标准体系”；5月进一步出台《“十四五”工程勘察设计行业发展规划》，针对设计行业数字化转型提出：1）推进勘察设计企业管理信息系统升级迭代；2）推进BIM全过程应用；3）推广工程项目数字化交付；4）积极推进智能化标准化集成化设计，预计后续BIM设计、BIM交付及BIM全流程管理应用将持续完善。 图表9：BIM相关政策汇总 图表10：“十四五”勘察设计行业数字化转型规划 3D BIM携带数据量较2D图纸指数级增长，有望为智能AI设计提供更肥沃信息化土壤。对比传统的二维模型，BIM模型在信息上不仅包含精确尺寸和位置，还包括了材料和对象参数，具有高耦合性和大容量等特点，有望为AI设计发展提供更丰富数据资产。 当前BIM+AI在海外已有初步应用，如AI辅助BIM审图、AI辅助机电设计、停车位自动设计、建筑策划方案AI选型等，后续随着AIGC技术逐步应用，结合BIM丰富建筑数据，有望形成更成熟、更智能的建筑设计算法。 图表11：AutodeskAEC设计自动化产品发展历程 2.当前AI建筑设计技术发展如何？ 2.1.已有AI技术如何赋能建筑设计？ AI与建筑设计初步结合，多款设计辅助工具落地。基于已有较成熟AI技术，市面上已有多款搭载AI技术的建筑设计工具，可应用于效果图渲染、识图翻模、施工图审核等环节。此类AI产品多基于决策型算法，主要通过简化部分工程属性、逻辑性较强环节的人力程序来降低人工成本、提高工作效率。 图表12：建筑设计各环节AI工具应用情况 1）ArkoAI：云渲染插件，实现建筑可视化。ArkoAI是一款云渲染插件，支持Rhino、Revit、SketchUp环境，用户在建模完毕后，可输入设计理念的关键词汇，平台根据所需场景和材质智能化渲染出图。渲染效果支持室内、室外、夜景及自定义模式，亮度、对比度、饱和度等渲染参数可根据用户喜好微调。 图表13：Arko AI渲染功能 2）AI Road：交通市政领域三维快速方案设计。AI Road系华设集团子公司狄诺尼发布的一款基于AI技术的三维快速方案设计软件，具备初步形成交通市政设计领域的AI内容生成能力，目前在路线和立交设计中得到应用，能够提升方案设计效率