基于建筑信息模型技術(shù)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)

趙志安 于曉菲 邱相武 康忠良 鮑玲玲 王一帆

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

基于建筑信息模型技術(shù)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)

趙志安 于曉菲 邱相武 康忠良 鮑玲玲 王一帆

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

基于建筑信息模型技術(shù)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和暖通專業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是一次軟件水平大幅提升的機(jī)會(huì)，對(duì)于暖通軟件開發(fā)技術(shù)人員來說是一種挑戰(zhàn)，也是一次機(jī)遇。軟件功能由以往的零散化向集成化發(fā)展，由以往的封閉系統(tǒng)向更加開放化的系統(tǒng)方向發(fā)展，更加注重?cái)?shù)據(jù)在建筑全壽命周期內(nèi)的唯一性，更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)內(nèi)或?qū)I(yè)間數(shù)據(jù)共享，達(dá)到有效利用專業(yè)模型數(shù)據(jù)的作用。本文結(jié)合新一代暖通空凋設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，根據(jù)我國(guó)目前暖通設(shè)計(jì)需求，對(duì)如何利用建筑信息模型技術(shù)進(jìn)行探討。

建筑信息模型；暖通空調(diào)；專業(yè)協(xié)同

1 引言

本論文得到“十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題：基于建筑信息模型綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用”的支持。近年來，隨著綠色建筑設(shè)計(jì)的逐漸推廣，相關(guān)建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)軟件開發(fā)也開始適應(yīng)綠色建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的需要，關(guān)注建筑全壽命周期內(nèi)的應(yīng)用，由于綠色建筑設(shè)計(jì)技術(shù)是集合了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的多個(gè)專業(yè)，軟件也由單一專業(yè)設(shè)計(jì)軟件向系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件擴(kuò)展，由施工圖設(shè)計(jì)向包括建筑運(yùn)維在內(nèi)的全壽命周期擴(kuò)展，即使在設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)階段，也由專業(yè)間數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單文件傳遞向?qū)I(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)擴(kuò)展，使用新的技術(shù)使得描述對(duì)象唯一化，對(duì)象數(shù)據(jù)唯一化，數(shù)據(jù)使用達(dá)到最大化。其中關(guān)鍵技術(shù)就是建筑信息模型(BIM)技術(shù)。目前，PKPM系列設(shè)計(jì)軟件正在向新一代基于建筑信息模型技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品發(fā)展，本文結(jié)合目前暖通空調(diào)新一代設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，就如何利用建筑信息模型技術(shù)于產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)行探討。

2 建筑信息模型技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)中的應(yīng)用

2.1 利用建筑信息模型技術(shù)描述專業(yè)對(duì)象

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的對(duì)象主要包括設(shè)備、管道、附件，以往以施工圖設(shè)計(jì)為中心的設(shè)計(jì)建模強(qiáng)調(diào)的是圖面表達(dá)，以符號(hào)為主，不關(guān)心其實(shí)際物理屬性(幾何和性能參數(shù))，所有數(shù)據(jù)都在設(shè)計(jì)者心中，離開設(shè)計(jì)者，許多信息會(huì)變得不完整。而利用建筑信息模型技術(shù)建模的基本要求就是模型中包含對(duì)象的所有信息，包括外觀形狀和性能參數(shù)，這些信息為后續(xù)設(shè)計(jì)分析工作提供條件。

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)信息模型的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)暖通專業(yè)對(duì)象不同，確定不同的描述方法。暖通設(shè)備種類多，形狀復(fù)雜，如何比較真實(shí)描述其幾何和專業(yè)參數(shù)是軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。幾何描述是暖通設(shè)備展示的一項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)。難點(diǎn)在于暖通設(shè)備形狀差異太大和種類繁多，設(shè)備幾何描述又是模型三維展示的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)軟件永遠(yuǎn)無法將設(shè)備完全一樣的顯示，也不可能將各種型號(hào)的設(shè)備完全包含在內(nèi)，因此表達(dá)形狀近似需要有一個(gè)度，表達(dá)方法需要開放式表達(dá)，用戶可以擴(kuò)充。如水泵電機(jī)外殼有許多散熱肋片，有許多小螺絲，從視覺角度，沒有必要完全按照真實(shí)地肋片個(gè)數(shù)和肋高顯示，因?yàn)槿藗冴P(guān)心的是水泵，只要“像”就可以，在后續(xù)的碰撞檢查中，只需要控制外輪廓尺寸，所以適當(dāng)簡(jiǎn)化外形表示，即減小了制作工作量，又減少了計(jì)算機(jī)大量?jī)?nèi)存，同時(shí)提高了顯示效率。性能參數(shù)描述需要分類設(shè)計(jì)，對(duì)于制冷機(jī)，有離心制冷機(jī)、吸收式制冷機(jī)、往復(fù)式制冷機(jī)等，不同制冷機(jī)不僅形狀差異很大，技術(shù)參數(shù)也不同，要詳細(xì)描述這些設(shè)備，必須根據(jù)對(duì)象的不同設(shè)定不同的描述參數(shù)，由于同類制冷機(jī)的不同型號(hào)參數(shù)數(shù)量相同，只是參數(shù)內(nèi)容不同，可以按照產(chǎn)品樣本方式描述這些參數(shù)，樣本可以提供足夠的設(shè)備信息，包括設(shè)備基礎(chǔ)做法要求等。對(duì)于管道的描述，它涉及到管材、連接方式和管道外各層的做法，管材涉及管材標(biāo)準(zhǔn)及管件標(biāo)準(zhǔn)，管道外材料包括防腐層、保溫層、保護(hù)層、管道類別標(biāo)記和流向標(biāo)記，它涉及到施工做法，以前由施工說明中的說明內(nèi)容也要添加到對(duì)象的描述中，所以，對(duì)于管道需要分成多個(gè)類別描述，包括管道本身和外包材料及施工做法描述。

由于對(duì)象的真實(shí)描述，使得信息量非常大，必須結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)有效組織數(shù)據(jù)。前面提到使用產(chǎn)品樣本方式描述設(shè)備，使用管材庫描述管材，使用材料庫描述保溫材料和做法。做到盡可能面向?qū)ο螅橄髷?shù)據(jù)類，減少數(shù)據(jù)冗余。

建筑信息模型技術(shù)就是要盡可能將對(duì)象的全部信息記錄到對(duì)象中，為專業(yè)分析、專業(yè)協(xié)調(diào)、后續(xù)設(shè)計(jì)和施工、運(yùn)維等提供足夠的設(shè)計(jì)階段信息，今后在施工階段，只要施工技術(shù)人員利用移動(dòng)設(shè)備查看設(shè)計(jì)模型，一切設(shè)計(jì)信息都可獲得，在設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試階段可以隨時(shí)查看每個(gè)設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)、每個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量、每段管道的做法等?？梢娔Ｐ徒⒌氖欠裢暾Q于專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)后續(xù)階段應(yīng)用具有很大影響。

2.2 注重模型三維顯示效率

從不同視角三維顯示出暖通設(shè)計(jì)的設(shè)備、管道及其附件貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程，在設(shè)計(jì)過程中，需要隨時(shí)查看建立的模型，檢查設(shè)備布置、管道走向是否合理，在特殊需要空間布置時(shí)，還要在空間布置管道，在設(shè)計(jì)完成后，觀察全樓系統(tǒng)情況。由于暖通系統(tǒng)有大量的設(shè)備和附件，需要占用大量計(jì)算機(jī)內(nèi)存，為提高顯示效率，加快顯示速度，除圖形平臺(tái)提供較強(qiáng)的顯示功能外，從專業(yè)本身編程考慮，在構(gòu)造三維實(shí)體時(shí)也應(yīng)考慮顯示效率，如根據(jù)顯示應(yīng)用情況，在概略顯示整體情況時(shí)，可采用較粗的實(shí)體構(gòu)造方法，如水管采用單線表示或圓周采用較少等分段數(shù)，在需要局部放大觀察時(shí)，詳細(xì)構(gòu)造實(shí)體形狀。

2.3 實(shí)現(xiàn)模型和施工圖的關(guān)聯(lián)

模型和施工圖相關(guān)聯(lián)的主要目的就是保證模型和施工圖保持一致，一處修改多處自動(dòng)修改。目前我國(guó)大部分設(shè)計(jì)單位仍以施工圖設(shè)計(jì)為主，目前施工圖主要包括平面施工圖、系統(tǒng)圖、剖面圖、詳圖、施工總說明和材料表等。由于模型中包含了對(duì)象全部信息，這些施工圖完全可以通過分析自動(dòng)生成，但考慮到施工圖表達(dá)和真實(shí)對(duì)象的差異，需要增加一些與繪圖相關(guān)的設(shè)置參數(shù)，如立管圓圈大小設(shè)置、法蘭表示方法、設(shè)備圖例等。由于各種施工圖中的對(duì)象都來自于模型對(duì)象，通過項(xiàng)目管理和數(shù)據(jù)組織，將模型和施工圖相關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)在任一施工圖中的對(duì)象修改都自動(dòng)反映在其他圖紙上，包括設(shè)備管道屬性、位置、幾何尺寸以及相應(yīng)的標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。標(biāo)注在施工圖設(shè)計(jì)中占有比較大的工作量，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)注的統(tǒng)一自動(dòng)更新，標(biāo)注可與標(biāo)注對(duì)象相關(guān)聯(lián)，這樣在涉及到管道尺寸、設(shè)備型號(hào)等屬性設(shè)計(jì)變更時(shí)，通過標(biāo)注對(duì)象找到對(duì)象的標(biāo)注，自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)注的自動(dòng)更新。

2.4 注重專業(yè)計(jì)算分析和智能檢查，最大限度地利用模型數(shù)據(jù)

暖通設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)除滿足設(shè)計(jì)施工圖的要求外，在輔助設(shè)計(jì)中應(yīng)發(fā)揮更大作用。輔助設(shè)計(jì)包括專業(yè)計(jì)算，如負(fù)荷計(jì)算、風(fēng)量統(tǒng)計(jì)、管道尺寸選擇、設(shè)備選擇、能耗分析、系統(tǒng)水力計(jì)算等，專業(yè)內(nèi)和專業(yè)間管道碰撞檢查，規(guī)范檢查等功能。管道碰撞檢查是BIM軟件中非常引人關(guān)注的功能，對(duì)于大型工程來說是一必不可少的工具，在建模過程中，可以隨時(shí)檢查暖通專業(yè)和給排水專業(yè)管道設(shè)備、電氣橋架之間的碰撞，也可以檢查是否滿足管道最小間距要求、設(shè)備操作維護(hù)空間要求，避免專業(yè)沖突發(fā)生，同時(shí)利用專業(yè)間數(shù)據(jù)共享，檢查結(jié)構(gòu)墻、梁、板留洞是否正確，與建筑布置是否沖突。規(guī)范檢查是一個(gè)新的數(shù)據(jù)挖據(jù)領(lǐng)域，也是今后中國(guó)P-BIM標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，特別是強(qiáng)制性條文檢查。由于暖通專業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)建筑專業(yè)模型數(shù)據(jù)依賴性很高，包括區(qū)域劃分、區(qū)域功能、圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法、防火分區(qū)、防火門設(shè)置、疏散樓梯等，首先應(yīng)與建筑數(shù)據(jù)充分共享，為暖通專業(yè)設(shè)計(jì)是否滿足建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范條文智能檢查提供分析依據(jù)，設(shè)計(jì)全專業(yè)信息齊全的模型，不僅能夠進(jìn)行暖通專業(yè)本身的設(shè)計(jì)檢查，還能夠進(jìn)行所有可量化的設(shè)計(jì)規(guī)范條文的智能檢查，大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率?？梢娊ㄖ畔⒛Ｐ图夹g(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的利用，具有非常大的潛力，能夠產(chǎn)生許多附加值。

2.5 強(qiáng)調(diào)專業(yè)間協(xié)同和互提資料

對(duì)于暖通專業(yè)來說，上游設(shè)計(jì)專業(yè)的修改，會(huì)影響本專業(yè)的設(shè)計(jì)，如建筑房間功能修改、墻移位、梁高變化等，而水電專業(yè)的修改，也會(huì)影響設(shè)備和管道的空間布置，所以暖通專業(yè)在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)隨時(shí)得到所有相關(guān)專業(yè)的修改信息，做出處理判斷，調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重新進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，重新進(jìn)行碰撞檢查。暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)變化，也需要及時(shí)通知其他相關(guān)專業(yè)，特別是需要其他專業(yè)配合的變更，如結(jié)構(gòu)留洞、電氣配電點(diǎn)參數(shù)、影響吊頂高度等情況。通過協(xié)同設(shè)計(jì)管理將各個(gè)專業(yè)信息進(jìn)行管理，保證各專業(yè)圖紙的一致性。

專業(yè)間自動(dòng)互提資料也是BIM軟件的另一大亮點(diǎn)，對(duì)于暖通專業(yè)來說，需要將結(jié)構(gòu)墻板留洞、設(shè)備基礎(chǔ)要求、設(shè)備荷載、水箱管道荷載、預(yù)埋件、設(shè)備運(yùn)輸通道、設(shè)備配電要求、設(shè)備控制要求、給水要求等在設(shè)計(jì)過程中提供給相關(guān)專業(yè)，由于BIM 暖通軟件具有設(shè)備管道的信息，大部分需求可以自動(dòng)生成，包括圖紙或數(shù)據(jù)，自動(dòng)提供給相關(guān)專業(yè)，提高了專業(yè)間互提資料的效率和準(zhǔn)確性。

2.6 考慮專業(yè)數(shù)據(jù)開放

專業(yè)數(shù)據(jù)開放是今后BIM軟件的方向。專業(yè)數(shù)據(jù)共享，可以充分利用社會(huì)資源，發(fā)揮各種專業(yè)軟件的作用。設(shè)想每個(gè)軟件開發(fā)商都做自己擅長(zhǎng)的部分，而不是大而全的全專業(yè)軟件，大家通過建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)建立聯(lián)系，返回?cái)?shù)據(jù)，供其他相關(guān)人員使用，每個(gè)部分都能做精做細(xì)，軟件水平也能大幅提高。如設(shè)備廠商按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，準(zhǔn)

備產(chǎn)品數(shù)據(jù)，定義產(chǎn)品外形、產(chǎn)品規(guī)格性能，各種分析和繪圖軟件都能直接使用，無論對(duì)用戶還是設(shè)備廠商都是有益的。數(shù)據(jù)共享的前提需要制定各相關(guān)領(lǐng)域的輸出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，各軟件開發(fā)商都按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸出和讀入，達(dá)到暖通專業(yè)可以讀取任意軟件開發(fā)商的建筑、結(jié)構(gòu)、水、電專業(yè)數(shù)據(jù)，同時(shí)也能讀取其他軟件開發(fā)商的暖通專業(yè)模型數(shù)據(jù)和產(chǎn)品信息。目前結(jié)構(gòu)軟件已經(jīng)先行一步，各軟件開發(fā)商互做接口，做到同一個(gè)模型多個(gè)軟件進(jìn)行計(jì)算，互相比較計(jì)算結(jié)果，這樣，可以充分發(fā)揮各軟件的特點(diǎn)，也能比較不同計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果。專業(yè)數(shù)據(jù)共享不僅有益于本專業(yè)，也有益于相關(guān)專業(yè)，因此專業(yè)數(shù)據(jù)開放是今后軟件開發(fā)的必然趨勢(shì)。

3 結(jié)論

利用建筑信息模型技術(shù)開發(fā)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)軟件是今后軟件的開發(fā)方向，基于建筑信息模型的暖通軟件應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

(1)所有設(shè)計(jì)成果來自于統(tǒng)一的專業(yè)信息模型，為在建筑全壽命周期使用提供依據(jù)；

(2)在專業(yè)信息模型基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，提高軟件智能性和提高設(shè)計(jì)效率；

(3)設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)專業(yè)間協(xié)同，通過信息化管理進(jìn)行專業(yè)間互提資料；

(4)具有開放的數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出接口，可與第三方軟件銜接。

The Development of HVAC Design Software based on BIM

Zhao Zhian,Yu Xiaofei,Qiu Xiangwu,Kang Zhonglian, Bao Lingling,Wang Yifan

(CABRTechnologyCo.，Ltd.，Beijing100013,China)

The BIM-based HVAC software is an inevitable result of the combination of computer technology and HVAC technologies. It is a chance of great improvement of the level of HVAC software. For the HVAC software development engineers, it is a challenge as well as a chance from scatters to integration and from a closed system to an open system. For LC of buildings, the unique characteristics and data share within and between professions to effectively use the professional models are concentrated. Based on the development and requirements of new HVAC design software,the research on how to use BIM technology are discussed.

BIM; HVAC; Interoperability

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAJ09B04)

趙志安(1959-),男,研究員。長(zhǎng)期從事建筑設(shè)備及節(jié)能設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)工作。

TU83;TU17

A

1674-7461(2015)02-00105-03