BIM技術在暖通工程設計、施工中的應用及研究

徐華麗

（山東銀河建筑規(guī)劃設計有限公司，山東 濰坊 261041）

0 引言

基于當前的BIM技術實際應用狀況，引入新技術時應注重解決所有現(xiàn)實問題。就目前來看，因技術標準還沒有實現(xiàn)統(tǒng)一，設計時借助的模擬軟件無法對部分數(shù)據(jù)進行共享互聯(lián)，甚至直接傳輸至其他階段，造成這一問題的主要原因是為滿足商業(yè)目的，不同軟件對數(shù)據(jù)格式往往有不同要求。盡管已經(jīng)有一些軟件可采用通用接口進行數(shù)據(jù)傳輸，但實際的轉換程度依然很低。此外，暖通空調工程的很多設計與施工數(shù)據(jù)都不能有效銜接，不能對施工的成果和設計思想做綜合對比與驗證，這樣不僅無法確定施工能否達到設計要求，而且不能根據(jù)施工成果對項目的設計進行優(yōu)化改進。除此之外，在暖通空調項目中還經(jīng)常出現(xiàn)管線交錯方面的復雜問題。鑒于以上情況，根據(jù)當前信息化技術特點，以下對目前較為典型，且可良好適應暖通空調專業(yè)要求的技術進行分析，主要包括：綜合數(shù)據(jù)平臺，用于解決采用不同軟件進行工作時存在的數(shù)據(jù)展示及溝通方面的問題；數(shù)據(jù)庫技術，用于實現(xiàn)底層互通；地理信息技術，專門針對管線交錯問題制定解決方案；三維掃描技術，用于對施工成果進行對比和驗證。

1 技術發(fā)掘原則

在不斷發(fā)掘可以在暖通空調專業(yè)使用的信息化技術時，應嚴格遵循以下各項基本原則：

（1）從應用階段角度講，應用技術必須立足于項目的設計與施工，并能對應用存在不足的項目方案及運營階段實施必要的擴展與延伸，進而確保應用技術可以在整個過程中發(fā)揮應有的作用[1]。

（2）從應用工具角度講，任何一項新技術都要充分考慮能否將暖通專業(yè)分析工具引入到以BIM技術為核心的技術體系中，以此對當前的BIM技術實際應用予以必要的補充。

（3）從研究重點角度講，對于可提高有限空間實際利用率與保證布置成果合理性的應用技術進行深入分析，并針對其核心問題探究有效解決對策。

（4）從軟件角度講，新技術應盡量擺脫軟件及接口的束縛和限制，尤其是軟件公司帶來的限制，必須在短時間內完全擺脫，使用對BIM在整個項目壽命周期范圍內的應用發(fā)展有積極影響的技術。

2 技術具體應用

2.1 綜合數(shù)據(jù)平臺

這項技術的起源為不同子項技術不斷發(fā)展，尤其是設計與輔助設計軟件，因在實際工程中得到廣泛應用，所以有更多模型與信息亟待交互，因此引入這項技術是必然趨勢，可大幅提高實際工作效率[2]。

該平臺可以為不同類型軟件的數(shù)據(jù)傳輸提供轉換接口，不同參與方可結合自身實際情況自主開發(fā)。因該平臺需要在所有階段中使用，所以要針對不同階段建立各自的模型及信息存儲標準，為模型及信息在不同階段中傳遞給出明確的規(guī)定。該平臺硬件方面的問題可采用云平臺與互聯(lián)網(wǎng)技術加以解決，而軟件部分則可以由不同的部門自主開發(fā)定制。

在設計過程中，不同設計階段往往對模型有不同的要求，比如，對于概念階段，僅對建筑模型的室外條件進行分析，主要考慮周圍地物的高度，對風場及溫度場基本沒有影響的因素均不予考慮。對于方案階段，基于建筑專業(yè)提出的各套方案，仍將室外分析作為主要內容，但適當融入了圍護結構的考慮，以便對不同方案所用圍護結構體系的能耗水平進行綜合對比。對遮擋物進行的分析和概念階段完全相同，和前一個階段的主要區(qū)別為在此階段應重點關注高度關系；對于初步設計，因此前已經(jīng)通過詳細的分析確定了室外條件，所以此階段需將重點放在室內，包括空間劃分、基本構件、樓層高度等，都應納入到模型當中，對于結構構件，則可不予考慮，將重點放在出入口高度及尺寸方面；對于施工圖設計，在建模過程中應充分考慮不同設備的設計體量及裝修層的層高[3]。

2.2 數(shù)據(jù)庫技術

在暖通空調專業(yè)引入的BIM技術，在其發(fā)展至一定水平后，與本專業(yè)有關的所有數(shù)據(jù)都集中存儲于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，以此做到信息集成。盡管不同類型的軟件對數(shù)據(jù)庫結構有不同的要求，但采用BIM技術的暖通空調專業(yè)，其數(shù)據(jù)庫中所有信息都能實現(xiàn)共享。在建立該數(shù)據(jù)庫的過程中，應充分考慮下列3點內容：

（1）在數(shù)據(jù)庫中存儲的BIM模型包含項目在整個壽命周期內的全部信息，不論設計、施工還是運行管理，所有方面的工作都能利用數(shù)據(jù)庫包含的信息進行。

（2）數(shù)據(jù)庫還應可以對所有項目對應的信息模型進行儲存，由于當前常用的信息儲存方法主要將文件作為單位，所以在BIM環(huán)境下存在存儲與讀取較為困難且無法實現(xiàn)共享的問題，但如果借助數(shù)據(jù)庫來存儲不同項目對應的模型，則可以從根本上解決這一問題。

（3）數(shù)據(jù)庫所用儲存形式必須嚴格遵循相關標準。若標準與數(shù)據(jù)形式有所不同，則可能在文件傳輸時產生差錯[4]。

暖通空調專業(yè)所用BIM軟件及其輔助軟件均為上游軟件，待數(shù)據(jù)輸入至平臺后，由數(shù)據(jù)庫對其進行分解，之后傳輸至基礎軟件，在存儲器當中進行存儲。

以下以風管系統(tǒng)為例進行分析，在設計軟件中將風管及其各類附件的基本信息讀出后，存儲至數(shù)據(jù)庫當中，再由分析軟件進行讀取，以此對風管系統(tǒng)阻力與送風效果進行分析；此外也可直接傳遞至模型，以此在施工過程中和其他管線之間實現(xiàn)綜合布線，為安裝閥門位置的確定提供參考指導；在必要的情況下還可傳遞至項目運維模型，為物業(yè)數(shù)據(jù)庫提供基本參數(shù)。由此可見，通過對數(shù)據(jù)庫技術的合理應用，能起到加快信息傳遞速度的作用，解決軟件服務商在數(shù)據(jù)接口方面的問題。為BIM在建筑暖通空調專業(yè)的全壽命周期應用提供可靠支撐[5]。

2.3 地理信息技術

對暖通空調專業(yè)而言，GIS技術主要在以下方面應用：對地勢相對復雜時所處風環(huán)境進行模擬。對于場地模型，在GIS技術支持下可實現(xiàn)精確描述，借助點云實施建?？蓪龅卣鎸嵡闆r予以精確描述，進而為之后的風環(huán)境模擬及管線標高確定等提供可靠的參考。

2.4 三維掃描技術

對于三維掃描，它將光機電與計算機技術集于一體，可對物體空間外形及其內部結構進行動態(tài)掃描，進而得到物體表面所處空間坐標。其主要現(xiàn)實意義為可以把實物信息轉化成計算機可以識別并處理的信號，即實現(xiàn)實物數(shù)字化。這項技術采用非接觸測量方法，不僅速度快，而且還有很高的精度。采用這項技術得出的結果可直接和不同的軟件實現(xiàn)對接，為其他一系列技術的實際應用創(chuàng)造良好條件[6]。

在暖通空調領域中，這項技術主要在項目改造及施工成果驗收環(huán)節(jié)使用。在項目改造中，管線布置情況無論是對設計還是對施工而言均十分重要，怎樣才能摸清當前的實際狀況，進而在設計與施工中對某些原有的管道進行保留與充分利用，以及對新管道進行怎樣的布置，都必須將現(xiàn)狀分析成果作為基礎，對測量及定位結果的準確性提出了很高要求。這方面工作過去主要利用人工完成，不僅工作量大、效率低下，而且容易出現(xiàn)誤差。另外，在設計與施工時引入BIM模型后，怎樣對施工成果進行檢驗，與確定是否和模型完全一致，同樣也需要采用這項技術[7]。

實踐表明，很多竣工模型都與現(xiàn)場掃描結果存在很大出入，具體表現(xiàn)在構件和層高兩個方面，這會對之后的施工過程的定位及層高控制都造成很大影響，但也印證了這項技術在項目改造及施工成果檢驗中具有的重要作用。

3 結語

BIM作為現(xiàn)階段建筑領域信息化技術主要應用方向，必須根據(jù)不同專業(yè)具有的特點及具體應用范圍來選擇適宜的技術類型?；诖耍谶x擇可以在暖通空調專業(yè)中使用的具體BIM技術類型時，應充分考慮整體性、關聯(lián)性與信息傳遞方面的要求，并且還要注意對其他各種工具的整合。

通過對現(xiàn)階段建筑暖通空調專業(yè)具有的特點的深入分析，在包含數(shù)據(jù)貫通、成果驗證與管線等在內的方面有很多技術值得進一步地分析研究，具體包含以下幾方面：①對于綜合數(shù)據(jù)平臺，應針對不同階段的信息及數(shù)學模型確定相應的標準，采用軟件接口進行轉換，使不同的數(shù)據(jù)在所有階段都能實現(xiàn)整體貫通，進而提高實際工作效率；②數(shù)據(jù)庫為信息流通提供了更高水平的機制，因不涉及軟件轉換接口，所以能進一步提高實際工作效率，但就當前的暖通空調專業(yè)而言，應盡快解決專用數(shù)據(jù)庫對應的結構及標準問題；③采用地理信息技術后，能為暖通空調專業(yè)的風熱環(huán)境分析與管線綜合排布提供幫助，但就當前的實際情況看還存在地理信息采集及整合等方面的問題，應盡快提出統(tǒng)一的標準流程；④在暖通空調專業(yè)的項目改造過程中三維掃描技術表現(xiàn)出十分顯著的優(yōu)勢，能幫助工作人員了解管線具體狀況和現(xiàn)有的可利用空間，此外還能在施工后的成果驗收過程中使用，用于提高項目施工質量水平。然而，這項技術的實際應用并不多，尤其是在運行維護當中的應用，還有必要進行更加深入的分析與研究。