基于BIM的暖通空調(diào)自動(dòng)設(shè)計(jì)

趙海濤

武漢時(shí)代建筑設(shè)計(jì)有限公司 湖北武漢 430024

1 BIM概述

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)通過數(shù)字化手段，在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)虛擬建筑，該虛擬建筑會提供一個(gè)單一、完整、包含邏輯關(guān)系的建筑信息庫。BIM是以從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營協(xié)調(diào)、以項(xiàng)目信息為基礎(chǔ)而構(gòu)建的集成流程，它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。BIM技術(shù)對建筑領(lǐng)域來說，是繼CAD以后第二次技術(shù)性“革命”，是建筑業(yè)信息化發(fā)展的產(chǎn)物。我國住建部繼“十二五”期間提出加快BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用后，2016年住建部《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》再一次明確提出“十三五”期間建筑業(yè)信息化是建筑業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。2017年2月國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)[2017]19號文），加快建筑信息模型（BIM）技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)全過程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建筑項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理。在住建部相關(guān)政策引導(dǎo)下，全國十幾個(gè)省市地區(qū)已經(jīng)在推進(jìn)BIM技術(shù)在本地區(qū)的發(fā)展和應(yīng)用，相繼出臺了相關(guān)BIM技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見，全面貫徹落實(shí)住建部發(fā)布的BIM技術(shù)相關(guān)指導(dǎo)政策。建筑行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用即將飛速發(fā)展。

2 BIM的意義和應(yīng)用

BIM（建筑信息模型）是有關(guān)建筑項(xiàng)目的相關(guān)信息的基礎(chǔ)，建筑模型的建立以及建筑的真實(shí)信息，通過數(shù)字信息的模擬。它具有視覺、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化和可用性的五個(gè)主要特征。在美國的BIM執(zhí)行管理平臺執(zhí)行現(xiàn)有的綜合管理平臺建設(shè)BIM：在這方面，優(yōu)化，管理工程，統(tǒng)計(jì)時(shí)間，安全管理，質(zhì)量管理，成本管理，數(shù)字建設(shè)等。BIM是一種應(yīng)用于整個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)過程的新技術(shù)，直到運(yùn)營管理涵蓋了整個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)生命周期。整個(gè)建筑工程的各個(gè)階段，可以是全方位的，比姆系統(tǒng)有不同的視角，遇到問題，預(yù)先警告，找出解決方案。BIM可適用于所有建筑工程，如設(shè)計(jì)、投標(biāo)、施工等，具有乘數(shù)效應(yīng)。是一種直接自適應(yīng)技術(shù)在三維數(shù)字顯示直觀，有專屬建筑語言，能找出錯(cuò)誤并給出解決方案。現(xiàn)今，住房部門已經(jīng)確立了BIM技術(shù)在我國信息化建設(shè)中的核心地位。

3 基于BIM模型，進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)設(shè)計(jì)

當(dāng)前實(shí)際工程中暖通設(shè)計(jì)主要是在建筑結(jié)構(gòu)CAD圖紙基礎(chǔ)上根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)：（1）確定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算房間負(fù)荷。（2）確定系統(tǒng)方案，選定主要設(shè)備型號。（3）布置設(shè)備管網(wǎng)、進(jìn)行水力計(jì)算及設(shè)備校驗(yàn)。這類工作可重復(fù)性強(qiáng)，在當(dāng)前建筑模型愈加成熟的時(shí)期，探索空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，從而提高工程效率。

3.1 空調(diào)分區(qū)與負(fù)荷計(jì)算

針對空調(diào)系統(tǒng)的熱工分區(qū)，分區(qū)劃分原則考慮到負(fù)荷特性、使用時(shí)間、房間功能、平面位置、溫濕度基數(shù)、防火防爆分區(qū)等。例如，將朝向相同、功能相似、使用時(shí)間類似的幾個(gè)房間并為一個(gè)區(qū)域。由原來的BIM模型簡化得到的輕量化模型，計(jì)算房間負(fù)荷。再綜合分區(qū)結(jié)果，確定分區(qū)負(fù)荷，這里使用Energyplus作為計(jì)算引擎。

3.2 理想系統(tǒng)的生成

空調(diào)系統(tǒng)的選擇，在工程中，考慮到建筑物的用途和性質(zhì)，熱濕負(fù)荷特點(diǎn)，溫濕度調(diào)節(jié)和控制的要求，空調(diào)機(jī)房的面積和位置，初投資和運(yùn)行費(fèi)用等多方面的因素。在這里，人為確定某一種空調(diào)系統(tǒng)，直接用做設(shè)計(jì)；或某選取幾種空調(diào)系統(tǒng)，用作方案比較。

將設(shè)備庫中的設(shè)備進(jìn)行分類，分為選型設(shè)備與功能性部件。在冷機(jī)/熱網(wǎng)與VAV形式的空調(diào)系統(tǒng)中，選型設(shè)備包含冷水機(jī)組、冷卻水泵、分集水器、冷卻塔、冷卻水泵、換熱器、熱水循環(huán)泵、膨脹水箱、軟化水箱、補(bǔ)水泵、凝水泵、凝水水箱等核心設(shè)備；功能性部件主要包括各種水閥、風(fēng)閥、溫度計(jì)、流量計(jì)與壓差開關(guān)等。

自動(dòng)選型輸出設(shè)備明細(xì)表（類型，數(shù)量，特征），將其結(jié)果寫入預(yù)設(shè)的系統(tǒng)描述xml文件中。系統(tǒng)描述文件是基于空調(diào)系統(tǒng)中環(huán)路的類型來逐一填寫路類型包括冷凍水環(huán)路、冷卻水環(huán)路、熱水環(huán)路、家用熱水路等。每一種環(huán)路中包含八種信息，分別為環(huán)路名稱、環(huán)路特征描述、流體特征、溫度壓力設(shè)定點(diǎn)、動(dòng)力單元、能源單元、輸送單元與控制單元。前四種信息由系統(tǒng)選擇得出，后四種信息由自動(dòng)選型結(jié)果得出。最終生成完整描述空調(diào)系統(tǒng)的xml文件。設(shè)備連接關(guān)系的確定。在空調(diào)系統(tǒng)中，主要針對選型設(shè)備設(shè)置三種節(jié)點(diǎn)，分別為設(shè)備單元、并聯(lián)單元（如冷機(jī)并聯(lián)，水泵并聯(lián)），旁通單元。在空調(diào)系統(tǒng)中，用“邊”來描述節(jié)點(diǎn)間的物理連接關(guān)系。功能性部件（如閥等）隨選型部件的確定而確定。僅對冷源端進(jìn)行分析。冷源端有冷凍水循環(huán)和冷卻水循環(huán)，冷凍水環(huán)路中，由并聯(lián)水泵節(jié)點(diǎn)提供動(dòng)力，將回水送入并聯(lián)冷機(jī)節(jié)點(diǎn)，制冷完成后，由分水器從各出口連接至末端節(jié)點(diǎn)（末端節(jié)點(diǎn)在此未細(xì)致描述），末端節(jié)點(diǎn)回水，通過集水器節(jié)點(diǎn)再次進(jìn)入并聯(lián)水泵節(jié)點(diǎn)完成循環(huán)。在描述文件中核心是對每條“邊”的定義，定義內(nèi)容包括兩節(jié)點(diǎn)的引用，流體的類型和流量。

3.3 實(shí)際系統(tǒng)的生成

已生成的理想系統(tǒng)中，存在以下問題。選型設(shè)備（例如水泵），流量與揚(yáng)程的計(jì)算結(jié)果，與實(shí)際廠家供應(yīng)型號的數(shù)據(jù)不符，在合理的范圍內(nèi)，修正設(shè)備特征值（流量與揚(yáng)程）。管路管徑（風(fēng)管）使用當(dāng)量直徑，需要換算為工程中常用的尺寸。管路管徑（水管）的計(jì)算結(jié)果在常用尺寸之間，也需要按照實(shí)際工程尺寸進(jìn)行修正。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，管路的布置忽略房間中實(shí)際墻體走向，方便系統(tǒng)實(shí)際計(jì)算，第一，主要設(shè)備額定流量的匹配；第二，末端溫度滿足預(yù)設(shè)值；第三，動(dòng)力設(shè)備壓頭達(dá)到要求。滿足以上要求，可視為空調(diào)系統(tǒng)合理。

4 結(jié)語

綜上所述，在BIM大力發(fā)展的時(shí)代，通過空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)設(shè)計(jì)，來減輕工程師在設(shè)計(jì)中的繁重勞動(dòng)，能將更多精力投入在方案的選擇上。在實(shí)際工程中，減少與建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)間滯后性，促使各部門之間及時(shí)地互聯(lián)互通。