BIM技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)節(jié)能的應(yīng)用

李明柱 李華鑫

吉林建筑大學(xué)

1 引言

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是美國的Autodesk公司在2002年率先提出，并且在很短的時間內(nèi)發(fā)展到全世界，得到了廣大建筑行業(yè)人員的認(rèn)可和應(yīng)用。在國內(nèi)集中供熱工程應(yīng)用BIM 技術(shù)可以大大節(jié)省物力、財力和時間。從供熱項目的設(shè)計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結(jié)。通過BIM技術(shù)使設(shè)計團(tuán)隊、施工單位、設(shè)施運營部門和業(yè)主等進(jìn)行協(xié)同工作，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本、以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 規(guī)劃階段

供熱工程規(guī)劃階段主要是熱源、熱網(wǎng)線路。供熱工程的規(guī)劃，要根據(jù)開發(fā)商，業(yè)主要求和周圍環(huán)境綜合制定全面的計劃。換熱站規(guī)劃講究空間布局的合理性，換熱站的布置不能妨礙老百姓的正常生活、換熱站的管線到各用戶的線路要做到綜合最節(jié)省、檢修的時候車輛和相關(guān)人員進(jìn)出要方便。BIM 技術(shù)能夠幫助規(guī)劃人員作出合理的規(guī)劃，BIM 技術(shù)可以直觀的呈現(xiàn)建筑立體形態(tài)，使換熱站的建筑面積最大化，朝向最合理，使運行期間最節(jié)能。為了更好地做到節(jié)能，通過電子地圖調(diào)查了這個項目的地形圖和周圍的環(huán)境，通過氣象軟件調(diào)取了某地全年的氣象數(shù)據(jù)。

BIM模型需要導(dǎo)入ectect軟件進(jìn)行分析。BIM現(xiàn)在的主流軟件是refit,它操作界面簡單、電腦要求配置低、跨軟件信息共享方便、使它在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。refit 設(shè)計的BIM 圖紙導(dǎo)出gbxml格式文件，因為為很多軟件只識別特定格式。ectect軟件是一個全面的技術(shù)性能分析輔助設(shè)計軟件，提供了一種交互式的分析方法，只要導(dǎo)入一個簡單的模型，就可以提供數(shù)字化的可視分析圖。ectect 里面包含了大量城市氣象信息，只要輸入城市名稱，就會得到大量數(shù)據(jù)，這對規(guī)劃階段很有意義。ecotext 操作界面簡單，gbxml 文件可以直接導(dǎo)入。ectect 軟件也自帶了功能強大的建模工具，它也在軟件內(nèi)部建立起自己的分析模型。ectect可在該軟件中完成對模型的地理位置、風(fēng)向和風(fēng)力分布、溫濕度和室外太陽輻射強度進(jìn)行綜合分析。ectect軟件計算、分析過程簡單快捷，結(jié)果直觀。refit建筑信息模型最后還可以輸出到渲染器中進(jìn)行逼真的效果圖渲染，還可以導(dǎo)出成為動畫，為人們提供一個三維動態(tài)的觀賞途徑。GPS定位信息和地形圖在經(jīng)濟因素的影響下，可以決定換熱站的位置。根據(jù)BIM 模型的分析數(shù)據(jù)和住戶信息可以決定熱網(wǎng)路線。換熱站和熱網(wǎng)路線在BIM分析數(shù)據(jù)的幫助下，可以決定熱源的位置。

通過BIM 軟件的建模和綜合信息，可以在供熱工程開始階段規(guī)劃出熱源的位置、換熱站的位置、熱網(wǎng)大體路線。通過相應(yīng)的計算，選擇出使線路最短，從而節(jié)省出相關(guān)材料，使供熱管線輸入的熱介質(zhì)行走最短的路線，從而大大減少因線路過長而增加的熱損失，以達(dá)到節(jié)能的目的。

3 設(shè)計階段

在供熱項目設(shè)計階段，BIM技術(shù)與傳統(tǒng)的CAD技術(shù)相比，它最大的優(yōu)勢就是項目直觀可見。傳統(tǒng)的CAD 采用二維平面模式，很多供熱管線的標(biāo)高和交叉無法顯示出來，這導(dǎo)致了大量的管線碰撞，相關(guān)專業(yè)之間也無法及時獲取溝通信息,這導(dǎo)致了大量的施工需要返工，浪費了大量的人力和物力。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，使各個專業(yè)更及時地獲取建筑信息的修改，圖紙也從原來的2D變成了3D圖紙，管線分布一目了然，暖通專業(yè)對項目作出修改，由此產(chǎn)生的相關(guān)變動都會在整個項目中自動變動，相關(guān)專業(yè)也能及時修改自己的相關(guān)方案。BIM 技術(shù)的幫助下，提高了供熱設(shè)計師的設(shè)計效率，減少了后期施工返工的次數(shù)，大大為建筑公司減少了建筑資源的消耗。

建筑信息模型也可以進(jìn)行流體力學(xué)分析。Fluent 是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包。CFD英語全稱(Computational Fluid Dynamics），即計算流體動力學(xué),是流體力學(xué)的一個分支。CFD是近代流體力學(xué)，數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強大生命力的交叉科學(xué)。通過對fluent的參數(shù)設(shè)置，通過計算機計算來進(jìn)行相應(yīng)的模擬。通過計算機模擬可以得到相應(yīng)房間的氣流方向、風(fēng)速大小、氣壓變化等數(shù)據(jù)。通過相關(guān)數(shù)據(jù)的對比，可以在房間相應(yīng)位置放置散熱器。通過散熱器的數(shù)量和位置的布置，從而減少供熱能量的損失，以避免不必要的浪費。根據(jù)refit 的立體圖可以快速提升管道設(shè)計的效率，CFD 的數(shù)據(jù)使散熱器放置在最合理的位置，從而節(jié)能大量的資源。

4 施工階段

通過BIM 技術(shù)指導(dǎo)施工，比傳統(tǒng)的按圖紙施工效率更高。現(xiàn)場工作人員據(jù)中心的工作人員通過GPS技術(shù)定位、RFID信息采集技術(shù)和ZigBee 傳輸技術(shù)獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸入計算機。通過BIM 模型和現(xiàn)場傳輸來的數(shù)據(jù)，采用BIM4D 技術(shù)來模擬施工。現(xiàn)在主要的BIM4D 技術(shù)主要通過軟件Navisworks 來實現(xiàn)的，軟件通過調(diào)整時間軸上的對應(yīng)時間，來模擬現(xiàn)場的施工。工程師可以通過施工模擬進(jìn)來現(xiàn)場的方案調(diào)整，分析各種方案的利弊，從而得出最佳的施工方案，比如供熱管線的安裝順序，材料運輸?shù)穆肪€，從而使工人和材料做到最大的發(fā)揮和利用。BIM4D 技術(shù)是加入了時間，BIM5D技術(shù)加入了造價。通過BIM5D技術(shù)，現(xiàn)在主要應(yīng)用的是廣聯(lián)達(dá)，該軟件可以通過現(xiàn)場材料的使用情況，計算出造價。通過合理的計算，能隨時隨地掌握現(xiàn)場資金和材料使用情況，這避免了資源的浪費和起到一定的監(jiān)督作用。供熱工程的項目一般都是施工周期短，難度大，因為供熱工程一般都是在冬天前必須完工，因此如何的調(diào)動現(xiàn)場資源和控制施工進(jìn)度有重要意義，BIM技術(shù)的4D和5D為廣大建筑行業(yè)提供了方便。在供熱施工階段引用BIM技術(shù)，可以進(jìn)行合理的施工，從而減少施工階段導(dǎo)致的能源浪費，和后期運行因施工不合理而產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)，從而大大的節(jié)省相應(yīng)能源。

5 運行階段

在整個供熱工程生命周期的運行中，通過在供熱設(shè)備上安裝監(jiān)控儀器，數(shù)據(jù)能及時返回智能樓宇辦公系統(tǒng)。比如水溫、房屋人員數(shù)量、室外氣象數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。通過大量的即時數(shù)據(jù)，在電腦上建立BIM 模型。通過對大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對比，得出相應(yīng)參數(shù)。現(xiàn)在的社會是一個高速發(fā)展的社會，科技發(fā)達(dá)，信息流通，人們之間的交流越來越密切，生活也越來越方便，大數(shù)據(jù)就是這個高科技時代的產(chǎn)物。大數(shù)據(jù)并不在“大”，而在于“有用”。對于供熱行業(yè)而言，如何利用這些大規(guī)模數(shù)據(jù)是贏得競爭的關(guān)鍵。通過BIM模型的分析功能，和建立模糊控制模型，得出水溫和水量的數(shù)據(jù)，通過控制相關(guān)閥門，來實現(xiàn)節(jié)能的目的。

6 結(jié)束語

隨著BIM 技術(shù)的飛速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的來臨，為集中供熱系統(tǒng)節(jié)能提供了新方法和思路。通過BIM技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)全生命周期的應(yīng)用，來實現(xiàn)節(jié)能。本文BIM 技術(shù)進(jìn)行換熱站和熱網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計、BIM 建模和CFD 相關(guān)軟件的模擬用來布置散熱器、BIM4D 和BIM5D 技術(shù)在施工階段及時進(jìn)行施工調(diào)整節(jié)省了大量的材料和能源、利用BIM 建模結(jié)合各種測量儀器產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模從而得出最優(yōu)供熱參數(shù)，使產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作用于智能樓宇，節(jié)省了大量的能源。目前BIM 模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和實際應(yīng)用，需要大量的資金和實際項目的積累，我寫這篇文章，希望可以給相關(guān)讀者帶來些經(jīng)驗和方法。