互聯(lián)網(wǎng)思維下關(guān)于暖通空調(diào)設(shè)計工具的幾個設(shè)想

汪春華 呂利強 王春雷

1中國建筑設(shè)計院有限公司

2國家知識產(chǎn)權(quán)局

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機信息技術(shù)的發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”、人工智能不斷切實的改變著人們的生活方式和生產(chǎn)方式。如何借助互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)迅猛發(fā)展的浪潮，是眾多傳統(tǒng)行業(yè)正在思考和實踐的重要課題。作為傳統(tǒng)行業(yè)，近年來，建筑設(shè)計行業(yè)低迷，項目數(shù)量減少，但項目設(shè)計周期不斷縮短，設(shè)計修改量變大，設(shè)計人員壓力加劇，項目品質(zhì)缺少保障，從設(shè)計行業(yè)自身來講，也需要借助互聯(lián)網(wǎng)和計算機信息技術(shù)提升效率，提高生產(chǎn)力，保障產(chǎn)品的價值。本文就計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計中的幾個運用做出簡單的設(shè)想，希望對行業(yè)在該領(lǐng)域的探索有一定幫助。

1 項目設(shè)計與項目管理一體型軟件的設(shè)想

從計算機繪圖取代手繪圖以來，計算機一直都是設(shè)計師最重要的設(shè)計輔助工具，從CAD制圖軟件，各類制圖插件，負荷計算軟件，流體模擬計算軟件到基于EXCEL的各種計算表格，計算機技術(shù)已經(jīng)大量的運用在今天的暖通空調(diào)設(shè)計上，扮演著重要的角色。但是，不論是計算軟件還是繪圖軟件，解決的問題依然是點的問題，或局部的問題，沒有形成整體的系統(tǒng)構(gòu)架，無法從項目的全局上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，缺少系統(tǒng)整體的概念。在項目流程的控制上，人與計算機之間，人一直扮演著掌控全局的角色，盡管一些企業(yè)運用了一些項目管理的軟件，但軟件本身僅是起到文件管理作用和作為人員協(xié)作的平臺，對于項目本身的技術(shù)問題并不涉及。作為傳統(tǒng)行業(yè)，暖通設(shè)計的工作流程已經(jīng)相當(dāng)成熟，如果依照整個設(shè)計流程，建立一個項目設(shè)計和項目管理結(jié)合的平臺型軟件，協(xié)助設(shè)計人員掌控項目的全程，連接各類設(shè)計軟件和計算軟件，調(diào)用和中轉(zhuǎn)各類數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對于提高設(shè)計效率，校核設(shè)計數(shù)據(jù)，保證設(shè)計質(zhì)量，將有不可估量的作用，筆者稱其為“暖通空調(diào)設(shè)計輔助平臺”，后文簡稱“設(shè)計平臺”，圖1是對該“設(shè)計平臺”構(gòu)架的設(shè)想：

圖1 暖通空調(diào)設(shè)計輔助平臺構(gòu)架

1.1 “設(shè)計平臺”各模塊簡介

“設(shè)計平臺”模塊化的劃分暖通空調(diào)設(shè)計的全流程，各個子模塊內(nèi)部有一定的獨立性，便于子模塊直接利用現(xiàn)有的設(shè)計軟件，子模塊之間靠標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口連接，可相互調(diào)用數(shù)據(jù)和文件，避免了整體性過強，一個環(huán)節(jié)出錯全盤皆錯的情況。下面就各個模塊的功能做簡要設(shè)想：

a.項目基礎(chǔ)信息庫：從項目前期的資料收集入手，記錄項目的基礎(chǔ)信息，例如項目的城市、市政資料、建筑的類型、體量等，便于后續(xù)計算的調(diào)用。

b.收取專業(yè)資料庫：收取并錄入各專業(yè)的資料，保存各專業(yè)的提資文件和圖紙，便于查找和調(diào)用。

c.建筑圖紙建模：建筑提供的圖紙很難直接調(diào)用數(shù)據(jù)，改模塊以CAD插件的形式出現(xiàn)，用于處理建筑圖紙，建立平臺可以識別信息的房間模塊、防火分區(qū)、防煙分區(qū)模塊等，為后續(xù)平臺讀取建筑信息做前期的處理。

d.負荷計算：與負荷計算軟件建立數(shù)據(jù)接口，讀取建筑圖紙建模模塊的內(nèi)容，自動提取房間信息。

e.方案選擇：該模塊提供項目的各類冷熱源、空調(diào)形式、采暖形式、通風(fēng)形式等選項。方案選擇的結(jié)果會影響后續(xù)模塊中設(shè)備選型、設(shè)計說明模板生成等內(nèi)容。該模塊內(nèi)容可以在負荷計算前完成，此時會提供相似建筑的參考冷熱指標(biāo)來協(xié)助設(shè)計師的方案設(shè)計，也可在負荷計算后完成，此時會提供負荷計算結(jié)果和分析報表協(xié)助設(shè)計師的方案設(shè)計。

f.系統(tǒng)劃分和計算：該模塊是平臺的核心計算模塊，負責(zé)完成采暖空調(diào)通風(fēng)房間的參數(shù)計算，系統(tǒng)劃分，防排煙系統(tǒng)劃分，和相應(yīng)的風(fēng)量計算、冷熱量計算等工作，圖2以新風(fēng)系統(tǒng)劃分和計算為例，簡單表達了邏輯關(guān)系：

圖2 新風(fēng)系統(tǒng)劃分和計算

g.設(shè)備產(chǎn)品庫：根據(jù)設(shè)備類型、設(shè)備廠家收錄的設(shè)備產(chǎn)品庫。可根據(jù)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)檢索。本文后續(xù)內(nèi)容會有詳細介紹。

h.設(shè)備選型：該模塊根據(jù)“系統(tǒng)劃分和計算”模塊調(diào)用系統(tǒng)的各項設(shè)計參數(shù)，從“設(shè)備產(chǎn)品庫”模塊中調(diào)用產(chǎn)品參數(shù)，提供設(shè)備選型功能。

I.圖紙繪制模塊：以CAD插件的形式，與“建筑圖紙建?！蹦K相結(jié)合，起到從其它模塊向CAD繪圖調(diào)用數(shù)據(jù)的功能。例如，可從“系統(tǒng)劃分和計算”模塊中調(diào)用某房間的新風(fēng)量。

J.水力計算模塊：提供便利的水利計算功能，可從其它模塊自動調(diào)用空調(diào)機組的冷熱量、散熱器的熱量、風(fēng)機盤管的冷熱量等數(shù)據(jù)。

K.專業(yè)提資：從“設(shè)備選型”模塊自動調(diào)用設(shè)備電量、荷載，提供新風(fēng)百葉面積計算輔助工具，提供管井面積計算輔助工具，自動生成提資文件等功能。

L.規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集：該模塊提供了電子版規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集，并提供便捷的規(guī)范條文檢索功能等。

M.項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫：該模塊存儲了大量以往項目的信息和經(jīng)驗，提供相近項目的檢索、大量項目數(shù)據(jù)的分析報表、方案建議等多項功能。本文后續(xù)內(nèi)容會有詳細介紹。

N.校審查詢：該模塊為校對審核審定人員的登錄模式，在該模式下，校審人員除了傳統(tǒng)的校審設(shè)計圖紙外，還可以方便的查看各項參數(shù)的選取和計算數(shù)據(jù)，同時會記錄校審人員的意見，方便設(shè)計人員對照修改。

1.2 “設(shè)計平臺”的特點

1）“設(shè)計平臺”在技術(shù)實現(xiàn)上門檻較低?，F(xiàn)有負荷計算軟件和繪圖軟件已經(jīng)較為成熟，“設(shè)計平臺”不在此方面做深入開發(fā)，而是利用數(shù)據(jù)接口相互調(diào)用數(shù)據(jù)。由于暖通空調(diào)設(shè)計本身已較為成熟，其流程穩(wěn)定，計算方法和計算公式均有據(jù)可循，可以用較為簡單的計算機編程實現(xiàn)，這使得“設(shè)計平臺”在計算模塊的開發(fā)上基本沒有技術(shù)障礙，更加注重數(shù)據(jù)、信息的收集整理，界面的人性化設(shè)計。

2）“設(shè)計平臺”實現(xiàn)了設(shè)計全程的記錄。暖通空調(diào)設(shè)計的大部分工作都可以在“設(shè)計平臺”的參與下完成，特別是“設(shè)計平臺”記錄下了各類計算的流程，設(shè)計的數(shù)據(jù)隨時可以從“設(shè)計平臺”中找到，這對于查詢、校審提供了極大便利。同時，“設(shè)計平臺”協(xié)助文件的管理，你也可以在“設(shè)計平臺”中隨時找到與各專業(yè)協(xié)作來往的文件。

3）“設(shè)計平臺”實現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)的便捷調(diào)用。建筑房間、負荷計算、系統(tǒng)計算、設(shè)備選型等數(shù)據(jù)量巨大，平臺的各個模塊之間可以方便的調(diào)用這些數(shù)據(jù)，避免了多次手動輸入數(shù)據(jù)的重復(fù)勞動，可以極大的提高工作效率。

4）“設(shè)計平臺”提供了數(shù)據(jù)庫和檢索功能。“設(shè)計平臺”提供了設(shè)備產(chǎn)品、項目經(jīng)驗、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫，可以采用精確檢索或模糊查找來快速獲取設(shè)計者想要的信息，并且立刻調(diào)用到計算流程中，非常便利。

總之，“暖通空調(diào)設(shè)計輔助平臺”是一種集設(shè)計計算和項目管理于一體的平臺型設(shè)計軟件，可以輔助設(shè)計全程，在完成設(shè)計計算、設(shè)備選型、生成說明模板等設(shè)計功能的同時，提供文件和數(shù)據(jù)管理的功能，不管是作為商業(yè)軟件開發(fā)，還是企業(yè)內(nèi)部軟件開發(fā)，筆者認為都具有不錯的前景。

2 項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫的搭建

20世紀(jì)90年代以來，中國的房地產(chǎn)和建筑市場迅猛發(fā)展，設(shè)計行業(yè)的企業(yè)和從業(yè)者積累了大量項目經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，這些項目經(jīng)驗和數(shù)據(jù)是企業(yè)最重要的核心競爭力，行業(yè)雜志和各大設(shè)計院的圖檔庫也記錄下了這些寶貴經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，但是，對于從業(yè)人員，如此海量的項目信息和數(shù)據(jù)，按照傳統(tǒng)的方法全部學(xué)習(xí)實無可能，而從業(yè)人員需要了解某些特定信息和數(shù)據(jù)時，面對茫茫多的項目檔案，查找調(diào)用也極不方便。借助現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)來處理這個問題，或?qū)⒊蔀槲磥砼照{(diào)專業(yè)的一個重要課題。

基于大數(shù)據(jù)的人工智能早已在互聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療、金融、體育、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]，正在切實的影響并改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。暖通空調(diào)設(shè)計作為具有大量可用經(jīng)驗并且工作流程相當(dāng)成熟的傳統(tǒng)行業(yè)，借鑒“大數(shù)據(jù)”和“人工智能”的核心思想，可以建立便于查閱檢索的電子數(shù)據(jù)庫，提供各類信息數(shù)據(jù)分析的報表，甚至基于大量數(shù)據(jù)分析給出項目設(shè)計建議，為從業(yè)人員帶來便利。本文對此設(shè)想稱為項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，后文簡稱為“數(shù)據(jù)庫”，圖3是對該“數(shù)據(jù)庫”的簡單設(shè)想：

圖3 項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫

2.1 “數(shù)據(jù)庫”的簡介

1）“數(shù)據(jù)庫”信息的上傳

從結(jié)構(gòu)上看，“數(shù)據(jù)庫”主要包含三大部分：項目信息的上傳、項目信息的分類管理和數(shù)據(jù)庫的功能提供。建立統(tǒng)一規(guī)格的項目信息存儲模板是實現(xiàn)項目信息的上傳和分類管理的基礎(chǔ)，設(shè)計院的項目歸檔有標(biāo)準(zhǔn)的項目信息填寫格式，但是，如果要實現(xiàn)本文對“數(shù)據(jù)庫”更為復(fù)雜功能的實現(xiàn)，則需信息更為細化，數(shù)據(jù)更為具體，這就需要建立分類具體、便于輸入的電子上傳操作界面，特別需要注意，項目信息的上傳和存儲必須要分別處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是可以用二維表結(jié)構(gòu)來邏輯表達實現(xiàn)的數(shù)據(jù)，它可以通過固定的模板上傳和讀取，是實現(xiàn)項目檢索和推薦相近參考項目功能的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)包括建筑的形體數(shù)據(jù)、所在地區(qū)、系統(tǒng)采用的形式、冷熱源形式以及項目的得失體會等，簡單理解，這些信息可以在EXCEL表格內(nèi)存儲和調(diào)用；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指不方便用數(shù)據(jù)庫二維邏輯表來表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，包括所有格式的辦公文檔、文本、圖片、標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言下的子集XML、HTML、各類報表、圖像和音頻/視頻信息等等，對于暖通空調(diào)設(shè)計，即DWG文件、PDF文件、項目照片、計算書、審圖意見文本、來往公文等，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)不易分析和檢索，需要從中提取特征，如何高效的分析處理大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這正是大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢所在。

2）“數(shù)據(jù)庫”提供的檢索功能

檢索功能分為精確檢索和模糊檢索，從實現(xiàn)技術(shù)的角度看，精確檢索比模糊檢索要更為簡單，也更容易找到設(shè)計師需要的項目信息。通過項目名稱精確的找到具體項目當(dāng)然是“數(shù)據(jù)庫”需要提供的基礎(chǔ)功能，另外，一些結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以作為精確檢索的選項，幫助設(shè)計師找到相近項目的參考，例如項目的建筑類型、規(guī)模、所在城市、冷熱源系統(tǒng)等，設(shè)計師在選項板上做出勾選后，可以找到擁有這些特征描述的項目。除此之外，所有項目都有項目簡述字段用于模糊查找功能，例如，輸入“能源中心”“大型商業(yè)綜合體”等關(guān)鍵字，也可以檢索出具有類似特征的項目。數(shù)據(jù)存儲的越細致具體，檢索的功能就越強大，在前文“數(shù)據(jù)庫”信息的上傳中提到的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理，如果對圖紙的信息描述細致，就可以在檢索功能上提供更為細致的選型。

3）“數(shù)據(jù)庫”提供的分析報表

設(shè)計師在“數(shù)據(jù)庫”中除了調(diào)用參考項目，也需要了解類似項目的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分布情況。例如，如果設(shè)計師想要了解北京地區(qū)5～10萬m2寫字樓的冷負荷情況，那么顯然不可能將所有的類似建筑的冷負荷都查看一遍，“數(shù)據(jù)庫”應(yīng)該提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)的分析報表，在設(shè)計師選擇范圍后，自動生成“北京地區(qū)”、“寫字樓”、“5～10萬m2”幾個關(guān)鍵字下，所有項目的冷負荷平均數(shù)、中位數(shù)、正態(tài)分布圖等。如果數(shù)據(jù)存儲的足夠細致，“數(shù)據(jù)庫”甚至可以提供例如近十年采用“VRV系統(tǒng)的項目數(shù)量分布圖”、“酒店項目采用四管制與兩管制的比例”等過去很難關(guān)注的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)或許有助于設(shè)計師了解行業(yè)的發(fā)展動態(tài)。

4）基于“數(shù)據(jù)庫”開發(fā)具有方案推薦能力的人工智能

“數(shù)據(jù)庫”的方案推薦能力需要分兩個階段去考慮，從基本階段看，由于“數(shù)據(jù)庫”掌握了大量既有完成項目的方案信息，可以根據(jù)設(shè)計師輸入的描述信息，匹配既往的相近項目，根據(jù)相近項目各類方案出現(xiàn)的概率，選擇概率最高的設(shè)計方案推薦給設(shè)計師，同時生成方案設(shè)計模板，設(shè)計師可以在此基礎(chǔ)上修改和深化方案設(shè)計。這有些像新聞類APP根據(jù)用戶常見搜索內(nèi)容推薦用戶感興趣的內(nèi)容一樣，屬于“大數(shù)據(jù)”時代常見的技術(shù)手段。更進一步看，暖通空調(diào)設(shè)計的方案確定過程，也可以用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來模擬，依據(jù)設(shè)計師的各種輸入信息綜合考慮后，提供給設(shè)計師方案必選建議。

2.2 “數(shù)據(jù)庫”設(shè)想的可行性

項目信息歸檔和既往項目經(jīng)驗總結(jié)，本來就是設(shè)計院和設(shè)計師們的平日工作的一部分，“數(shù)據(jù)庫”的開發(fā)某種意義上是這部分工作內(nèi)容的升級版。從應(yīng)用技術(shù)的角度看，精確搜索、簡單的模糊搜索、數(shù)據(jù)報表的生成、甚至基礎(chǔ)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等技術(shù)，基本都是較為成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在開發(fā)和維護上，對于大型設(shè)計院來說并非不可實現(xiàn)。

3 暖通空調(diào)產(chǎn)品在線平臺的搭建

暖通空調(diào)設(shè)計中，設(shè)備產(chǎn)品選型是十分重要的一步。暖通空調(diào)設(shè)備種類多，每種產(chǎn)品型式多樣，生產(chǎn)廠家眾多，不同廠家的產(chǎn)品也有各自特點，對于設(shè)計師來說，很難對所有產(chǎn)品都有十分充分的認識，為了確保使用效果，設(shè)計師往往更傾向于采用較為熟悉的產(chǎn)品樣本，對于新產(chǎn)品的認識，普遍滯后于市場，對采用新型的節(jié)能技術(shù)缺乏信心。盡管設(shè)備廠家會與設(shè)計院開展多種交流活動，介紹和推廣產(chǎn)品，但是面對海量的產(chǎn)品樣本，設(shè)計師想在茫茫樣本中找到特定的某一種產(chǎn)品，也是極為不便。設(shè)備廠家也希望尋找一種便捷、經(jīng)濟、高效的推廣產(chǎn)品的手段。本文對此提出了“暖通空調(diào)產(chǎn)品在線平臺”的設(shè)想，簡稱“產(chǎn)品平臺”，如圖4所示：

圖4 暖通空調(diào)產(chǎn)品在線平臺

設(shè)計師可以使用前文提到的“暖通空調(diào)設(shè)計輔助平臺”來自動調(diào)用“產(chǎn)品平臺”的產(chǎn)品參數(shù)，也可以從“產(chǎn)品平臺”直接調(diào)用產(chǎn)品參數(shù)，并提供便利的設(shè)備表生成功能，從根本上解決繁瑣的樣本查找和參數(shù)輸入工作，并且可以方便的比較不同廠家的產(chǎn)品，避免出現(xiàn)設(shè)備要求苛刻，難以招標(biāo)的現(xiàn)象。設(shè)備廠家作為產(chǎn)品內(nèi)容的提供方，可以通過廠家登錄界面上傳產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

“產(chǎn)品平臺”的邏輯較為簡單，實現(xiàn)的技術(shù)難度也可以預(yù)期，前文已提到，實現(xiàn)便利的樣本查找和參數(shù)自動輸入是“產(chǎn)品平臺”帶來的意義之一，但是，從互聯(lián)網(wǎng)思維考慮，“產(chǎn)品平臺”的意義遠不止于此。

首先，“產(chǎn)品平臺”對前文所提出“暖通空調(diào)設(shè)計輔助平臺”有重要的提升意義。前文提到便于調(diào)用的設(shè)備產(chǎn)品庫是“設(shè)計平臺”功能實現(xiàn)的重要一環(huán)，事實上，如果采用設(shè)計院已收集的產(chǎn)品樣本來建立設(shè)備產(chǎn)品庫，一樣可以實現(xiàn)“設(shè)計平臺”的基礎(chǔ)功能，但是，從使用新產(chǎn)品，做多廠家的產(chǎn)品比較的角度看，單純由設(shè)計院建立的電子設(shè)備產(chǎn)品庫是無法實現(xiàn)的，只有調(diào)動全行業(yè)設(shè)備廠家的積極性，建立實時更新的“產(chǎn)品平臺”才能保證“設(shè)計平臺”所采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)不落后與市場。

第二，“產(chǎn)品平臺”是設(shè)備廠家宣傳新產(chǎn)品的廣告平臺。一旦“產(chǎn)品平臺”成為設(shè)計師工作環(huán)節(jié)中必備的工具，從“產(chǎn)品平臺”上宣傳新產(chǎn)品將成為非常有效的方式。設(shè)備廠家可以將本公司的新產(chǎn)品在選型中置頂，或者作為默認的產(chǎn)品模板，“產(chǎn)品平臺”甚至可以提供廣告功能、平臺推薦功能，為廠家的新產(chǎn)品做宣傳。

第三，“產(chǎn)品平臺”會形成新的收費模式。不論前文的“設(shè)計平臺”還是本節(jié)的“產(chǎn)品平臺”，收費模式都是一個無法回避的問題?！爱a(chǎn)品平臺”有設(shè)計師和設(shè)備廠家兩種不同的使用方，在使用收費上就具備了較為靈活的方法。例如，“產(chǎn)品平臺”可以提供一些可供免費使用的基礎(chǔ)產(chǎn)品型號，但對于新產(chǎn)品，“產(chǎn)品平臺”則會要求付費解鎖，付費方可以是設(shè)計師也可以是廠家，從廠家的角度看，為了便于宣傳新產(chǎn)品，向平臺支付費用，使新產(chǎn)品免費向設(shè)計師開放或許是大部分廠家會選擇的辦法。另外，平臺的廣告功能也是收費手段之一。如果在收費模式上合理設(shè)計，或許可以實現(xiàn)“設(shè)計平臺”免費推廣，積累用戶，采用“產(chǎn)品平臺”的收費維持運營和盈利，這對于實現(xiàn)“設(shè)計平臺”設(shè)想也有很大的意義。

4 總結(jié)

本文以暖通空調(diào)設(shè)計為基礎(chǔ)，從互聯(lián)網(wǎng)思維出發(fā)，提出了“暖通空調(diào)設(shè)計輔助平臺”、項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫和“暖通空調(diào)產(chǎn)品在線平臺”的三個設(shè)想，三個設(shè)想間有一定的獨立性，便于分別實現(xiàn)，同時又有一定的關(guān)聯(lián)性，相輔相成，使整個暖通空調(diào)設(shè)計形成一個整體。本文所討論的內(nèi)容尚淺，希望對此方向有興趣的從業(yè)者提供一定的參考。