BIM技術(shù)在大型暖通工程中的應(yīng)用與探究

謝成林 山東雙輪股份有限公司

1 前言

隨著時代的進步和發(fā)展，建筑行業(yè)工程建設(shè)規(guī)模不斷擴大，而暖通空調(diào)在建筑行業(yè)的重要作用日益明顯，是影響建筑行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。BIM技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用已經(jīng)完美地結(jié)合在傳統(tǒng)的空調(diào)供暖和通風(fēng)設(shè)計中，并對設(shè)計施工優(yōu)化起到了關(guān)鍵作用，可以明顯提升施工質(zhì)量，提高設(shè)計水平。因此，在今后的大型暖通工程的設(shè)計施工中全面應(yīng)用BIM 技術(shù)已經(jīng)成為必然趨勢。本文將詳細闡述BIM 技術(shù)在大型暖通工程設(shè)計和施工中的具體應(yīng)用措施，相關(guān)觀點僅供參考。

2 BIM技術(shù)的概念及優(yōu)勢分析

2.1 BIM技術(shù)的概述

BIM 技術(shù)的主要工作原理是對建設(shè)項目中的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進行有效的整合和分析，最終構(gòu)建可視化的建筑模型。數(shù)字信息仿真技術(shù)是BIM 技術(shù)的主要支撐技術(shù)，直觀性、協(xié)調(diào)性、可視化等是BIM技術(shù)的顯著特征。在建筑工程中合理引入BIM技術(shù)，可以更直觀、準確地呈現(xiàn)建筑環(huán)境的特征，為各專業(yè)設(shè)計人員調(diào)整設(shè)計細節(jié)提供了最直觀、最有價值的參考依據(jù)。

在大型暖通空調(diào)工程建設(shè)中，利用BIM技術(shù)的三維計算、模擬施工等功能可以提高工作效率。主要原因是BIM技術(shù)具有強大的數(shù)字信息處理功能，后期生成的模型直觀性、可視性和協(xié)調(diào)性明顯，這為施工組織優(yōu)化提供強有力的依據(jù)。從目前我國BIM 技術(shù)的實際應(yīng)用來看，BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍有一定的局限性，但其應(yīng)用前景非常廣闊和可觀。

2.2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

BIM真正實現(xiàn)了系統(tǒng)的集中化和集成化，一般情況下，會劃分到建筑設(shè)計管理領(lǐng)域。作為一種重要的方法，它得到了深入的分析和研究，可以真正做到高效管理建筑項目生命全周期。BIM 技術(shù)的應(yīng)用促進了建筑行業(yè)的健康平穩(wěn)發(fā)展，可以為施工可操作性的提升提供必要保障。

在具體的應(yīng)用過程中，BIM技術(shù)具有數(shù)據(jù)集成和信息共享的特點，充分應(yīng)用這些特點可以更加準確、全面的模擬整個建筑工程施工形態(tài)，有效提升施工的可靠性與有效性，準確找出施工組織中的盲點和不足，避免風(fēng)險因素和返工損失的產(chǎn)生。

BIM技術(shù)的主要特點之一是信息共享，主要體現(xiàn)在建設(shè)項目的施工和設(shè)計中。利用數(shù)據(jù)的共享特性，有效協(xié)調(diào)施工過程的不同專業(yè)，并輔助施工進度管理工作的開展。數(shù)據(jù)集成的特點主要體現(xiàn)在暖通空調(diào)設(shè)計決策的周期上。開發(fā)了多種具有建筑模擬性能的軟件，這些軟件的集成與傳統(tǒng)暖通空調(diào)設(shè)計軟件密切相關(guān)。比如節(jié)能型軟件可以準確地計算暖通空調(diào)1年的總能耗，并準確判斷實際動載荷情況[1]。與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，該種方法可以更好實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)和管理目標(biāo)，可以有效協(xié)調(diào)系統(tǒng)與環(huán)境間的發(fā)展關(guān)系。

3 BIM技術(shù)對暖通空調(diào)設(shè)計的影響

3.1 冷暖負荷和氣流組織設(shè)計合理分配

暖通空調(diào)設(shè)計不斷發(fā)展，建筑模型可以作為一個整體進行區(qū)域劃分，區(qū)域劃分完成后，針對熱源的實際位置完成設(shè)定工作，隨后根據(jù)不同位置的實際情況確定具有較強可行性的實施方案。

在使用模擬軟件過程中，應(yīng)用BIM技術(shù)可以準確計算劃分區(qū)域的冷熱負荷（功耗），根據(jù)區(qū)域功能用途、面積的大小和實際的冷暖負荷分配情況設(shè)置機組和末端設(shè)備，從而在運行中加快控制負荷目標(biāo)的實現(xiàn)速度，這能夠在一定程度上降低暖通空調(diào)后期運行中對資源的消耗量，避免出現(xiàn)資源浪費問題，還可以避免負荷分配不平衡造成的冷熱區(qū)。

具體而言，設(shè)計師可以先測量暖通工程范圍中的各項數(shù)據(jù)，進而通過ADPI進行評價。例如，首先需要測量各個房間的長寬高、凈高等數(shù)據(jù)，然后測量或者設(shè)定送風(fēng)溫度、房間工作區(qū)溫度、送風(fēng)溫差等內(nèi)容。之后，便可以將這些數(shù)據(jù)輸入BIM 之中，完成氣流組織設(shè)計的合理分配。

在具體設(shè)計中，設(shè)計人員要充分考慮不同區(qū)域的實際功能，在設(shè)計各區(qū)域暖通空調(diào)設(shè)計方面要充分體現(xiàn)差異性。例如，在設(shè)計辦公建筑時，要重點考慮季節(jié)變化規(guī)律，選擇冷源供應(yīng)或者熱源供應(yīng)。在居民住宅建筑暖通空調(diào)設(shè)計中，要重點關(guān)注和考慮熱水供應(yīng)工藝技術(shù)的基本要求。

3.2 合理布置管道走向，優(yōu)化計算

在暖通空調(diào)設(shè)計中科學(xué)應(yīng)用BIM技術(shù)，可以提升管道布置的合理性，防止各種線路管道錯漏碰缺，有效配置設(shè)備，減少施工中的簽單修改工程量，避免出現(xiàn)返工甚至是停工的情況。如此，能使管道設(shè)置與實際的水利要求情況相符，在暖通空調(diào)實際應(yīng)用中，便可以避免出現(xiàn)不同家庭冷暖偏差較大的情況。

在事先統(tǒng)計好各層、房間的用水需求后，BIM 中的計算模塊可以對水力進行優(yōu)化計算，并盡可能保證在遵守優(yōu)化原則的情況下進行管道的設(shè)計。并且在應(yīng)用BIM技術(shù)時，設(shè)計者可以先構(gòu)建建筑的三維模型，然后基于模型輸出可供現(xiàn)場施工人員使用的二維圖紙，以此輔助施工人員進行施工，減少施工人員出錯的可能性。如此，整個工程的水泵等成本能夠減少，因失誤造成的成本也會下降。

4 BIM暖通空調(diào)模型的基本特征

具體而言，BIM暖通空調(diào)模型主要具備以下幾個方面的特征。第一，項目決策周圍會給數(shù)據(jù)集成設(shè)計帶來較大的影響。在暖通空調(diào)設(shè)計中，經(jīng)常會遇到變更情況，如果工程決策周期短，將會帶來十分嚴重的變更影響。在現(xiàn)代社會發(fā)展中，建筑市場已經(jīng)開發(fā)出了具備較高模擬建筑性能的軟件，合理應(yīng)用這些軟件可以在建筑工程正式施工前有效改善環(huán)境污染現(xiàn)狀，科學(xué)利用能源，為此要根據(jù)數(shù)據(jù)集成性特點開展該項工作。一方面，要積極開發(fā)和利用節(jié)能軟件，另一方面，要準確計算動態(tài)負荷，在具體計算過程中，可以有效利用風(fēng)、光、熱等自然因素，從而實現(xiàn)改善生態(tài)環(huán)境和節(jié)能的目標(biāo)。第二，在暖通空調(diào)設(shè)計中，要有效協(xié)調(diào)建筑與其他專業(yè)工作。在規(guī)劃設(shè)計管線時，要重點考慮建筑的整體框架、給排水工程情況、預(yù)留電氣空間等，最大限度滿足結(jié)構(gòu)在整體承載力上的要求，滿足基本的電氣負荷要求。在開展上述工作中，數(shù)據(jù)間的共通性十分明顯，為此，要實現(xiàn)不同專業(yè)間數(shù)據(jù)與信息的實時共享。第三，暖通空調(diào)以風(fēng)、水等為基本介質(zhì)，深入分析和研究建筑內(nèi)部的舒適度、實際的熱環(huán)境。為此通過科學(xué)模擬、分析后，可以為暖通空調(diào)設(shè)計與施工提供科學(xué)的指導(dǎo)。除此之外，要重點考慮風(fēng)管、水管等的基本特性。對于暖通空調(diào)來說，要重點關(guān)注建筑中使用的機房、吊頂、管井等，并且在這一過程中通過合理應(yīng)用BIM技術(shù)，最大程度提升暖通設(shè)計以及各個環(huán)節(jié)施工質(zhì)量。

5 BIM技術(shù)在暖通空調(diào)技術(shù)中的運用

5.1 收集數(shù)據(jù)資料

在大型暖通空調(diào)設(shè)計中，要收集大量數(shù)據(jù)和信息。而在應(yīng)用BIM技術(shù)過程中，工作人員必須充分了解與暖通空調(diào)設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)、參數(shù)和具體構(gòu)件尺寸，以確保能夠以合理、準確的方式使用BIM 技術(shù)進行暖通空調(diào)設(shè)計，同時也保障BIM技術(shù)在實際應(yīng)用過程中有充足、可靠信息數(shù)據(jù)的支持。

在收集信息過程中，要準確性、全面性分析信息，保證搜集的信息與暖通空調(diào)設(shè)計保持一致，確保數(shù)據(jù)信息的真實性和可靠性，提高BIM技術(shù)建模的擬合度[2]。此外，在收集信息和數(shù)據(jù)的過程中，需要對暖通空調(diào)設(shè)計體系進行綜合分析，同時積極收集其他專業(yè)管路的資料，最終形成一個綜合的良好的設(shè)計模型，從根本上提升暖通空調(diào)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

5.2 融合設(shè)計模型

在暖通空調(diào)平面圖設(shè)計中，空調(diào)設(shè)備和冷水機通常以投影的形式展示，由設(shè)計師繪制各種線條和圖塊[3]。BIM 技術(shù)擁有豐富的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，其中包含了眾多廠商空調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)。設(shè)計人員可以隨時檢索產(chǎn)品施工的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，從而提高暖通空調(diào)工程設(shè)計的科學(xué)性、有效性。

5.3 模型直觀展示和方案優(yōu)化

在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，需要將產(chǎn)品模型和管道模型集成到3D 模型中，這樣可以幫助設(shè)計人員更加深入、全方位地了解建筑工程的實際建設(shè)規(guī)模、基本建設(shè)結(jié)構(gòu)、具體尺寸和高度等，從而保證設(shè)計方案可以滿足實際的應(yīng)用需求。同時，BIM技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，可以緊密聯(lián)系模型信息，保證模型信息的完整性和科學(xué)性，使管徑尺寸的參與符合實際設(shè)計標(biāo)準。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)工作模型的可視化和流程的數(shù)字化開發(fā)，了解模擬的特點，提高建筑信息基于各學(xué)科的實際應(yīng)用價值。基于BIM 技術(shù)構(gòu)建的三維模型，可為預(yù)算階段的工作提供更加準確可靠的參考數(shù)據(jù)，從而促進后續(xù)維護工作的順利開展[4]。

BIM 技術(shù)設(shè)計的管道綜合并不是簡單地規(guī)劃管道的位置，而是通過透視技術(shù)的使用，確保暖通管道的位置能夠以三維直觀的方式顯示出來，可以清楚地觀察管道的角落和管道交叉點，找出管路與主體結(jié)構(gòu)、各專業(yè)間管路間矛盾點，這樣不僅可以避免額外繪制圖紙，降低設(shè)計人員工作量，而且有利于優(yōu)化設(shè)計方案，完善施工組織，降低施工成本，提高施工效率。

5.4 設(shè)計階段應(yīng)用

在傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計中，設(shè)計師通常使用普通的二維設(shè)計軟件。BIM 技術(shù)與CDA 技術(shù)的主要區(qū)別在于表現(xiàn)形式和維度。BIM 會為設(shè)計師提供三維設(shè)計模型，但在CDA等軟件中，設(shè)計師會用線條來表達設(shè)計方案中的輪廓和具體位置[5]。在BIM 技術(shù)中，雖然不能使用圖層來區(qū)分風(fēng)管系統(tǒng)，但設(shè)計師可以通過設(shè)置不同的線寬和線型來劃分風(fēng)管系統(tǒng)。

在BIM模型的三維視圖中，設(shè)計師可以針對不同的風(fēng)管系統(tǒng)定義不同的過濾器，并將其作為劃分的重要依據(jù)。通過劃分管理系統(tǒng)，設(shè)計人員可以在后期的設(shè)計和實際施工中輕松修改風(fēng)管。但是，由于行業(yè)設(shè)計標(biāo)準缺乏統(tǒng)一性，如果不使用設(shè)計圖紙，基于BIM技術(shù)的風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計圖紙將不會具有通用性。

BIM技術(shù)的特點之一是可以轉(zhuǎn)換不同的視圖，設(shè)計人員可以在對凈高要求非常嚴格、過道布局復(fù)雜的狹窄空間中，利用BIM 技術(shù)優(yōu)化管道布局。利用BIM 技術(shù)的特點，設(shè)計人員可以從斷面、立面等多個角度確定管道的位置，以滿足精確的管道布局要求，從根本上提升管道布局的科學(xué)性。

5.5 在施工階段的應(yīng)用

合理應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅能夠?qū)ε照{(diào)的設(shè)計工作產(chǎn)生深刻影響，同時也會影響暖通空調(diào)施工。BIM技術(shù)通過構(gòu)建三維的數(shù)據(jù)模型，讓施工人員更加直觀、全面地掌握與工程施工相關(guān)的所有數(shù)據(jù)與信息[6]。此外，利用BIM 技術(shù)可以完整、準確地錄入各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)，降低工程項目實施的難度，防止無法清晰地呈現(xiàn)相關(guān)信息，保證工程進度與質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。

6 BIM系統(tǒng)在暖通工程中的項目實例分析

6.1 項目實際概況

以某項目為例，施工方從優(yōu)化、提速和管控三個層面向客戶展現(xiàn)了BIM的應(yīng)用收益。

6.2 具體優(yōu)化內(nèi)容

首先是優(yōu)化降本，這一項目分為設(shè)計校核、碰撞檢查、管線綜合、輕量化模型綜合四個方面。從收益來看，項目總洽商約6000 萬元，應(yīng)用BIM 后，估算避免了洽商的70%，即節(jié)約了近4200萬元。

其次是提速降本，主要包括精準預(yù)留預(yù)埋洞口圖，如此可以使工人精準施工，減少窩工及扯皮，節(jié)約15%的工期，這一部分按照整個工期為600日來計算，日“人機”綜合成本為25 萬元，即可節(jié)約2250 萬元。同理，通過機電優(yōu)化、適度交叉施工，可解決機電類工程造價約3%，即1200萬元。

最后為管控降本，即通過BIM交底、配合等方式，基于模型，對項目具體內(nèi)容進行管控。如此，大約可節(jié)省工程總造價3%，約3600萬元。

6.3 暖通部分效益

BIM技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，可以直觀地反映相應(yīng)管道的安裝狀態(tài)，對管道進行綜合布置，與以往相比，施工效率提升了20%，同時大大降低了施工現(xiàn)場出現(xiàn)問題的概率，減輕了施工現(xiàn)場的工作量，逐一解決工程問題。

經(jīng)估算，與類似工程相比，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，暖通部分的設(shè)計與施工周期減少了60d，因各專業(yè)圖紙間錯漏碰缺等矛盾引起的簽證金額減少了21%，一個采暖季后運行費用減少的10 萬元，真正實現(xiàn)了建設(shè)增值和使用增值。

7 結(jié)束語

綜上所述，在大型暖通工程施工中應(yīng)用BIM 技術(shù)，更能適應(yīng)當(dāng)代建筑業(yè)的發(fā)展要求，并融入現(xiàn)代生活。BIM 技術(shù)具有操作方便、科學(xué)高效等優(yōu)點，在建筑市場有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

該技術(shù)在大型暖通空調(diào)工程中的應(yīng)用是我國建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢，有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，降低工地暖通工程施工問題發(fā)生概率，從根本上提升暖通工程施工水平。為此在大型暖通工程施工中，要積極應(yīng)用BIM技術(shù)收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料，制定融合設(shè)計模型，直觀展示與優(yōu)化方案，并有效應(yīng)用到實際施工與設(shè)計階段。