BIM 技術(shù)在建筑暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

郝 婧

太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（030000）

BIM 技術(shù)總體上是一個(gè)較為整體的綜合體系，能夠在不同的領(lǐng)域有效地整合與協(xié)調(diào)，針對(duì)各建筑實(shí)際情況進(jìn)行真實(shí)的模擬，有效地為建筑體的供暖提供基礎(chǔ)與保障。BIM 技術(shù)在模型中對(duì)建筑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與有關(guān)的系列參數(shù)進(jìn)行集成，可以提高供暖系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。因此，在建筑過(guò)程中對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行有效的應(yīng)用可以對(duì)建筑暖通的整體工作有很大的幫助。BIM 技術(shù)雖然是一個(gè)輔助類(lèi)技術(shù)卻能夠有效提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此應(yīng)重視BIM 技術(shù)，提高供暖系統(tǒng)的合規(guī)性。

1 BIM 技術(shù)的發(fā)展背景、含義及應(yīng)用價(jià)值

1.1 BIM 技術(shù)的發(fā)展背景及含義

在施工現(xiàn)場(chǎng)，各種信息的采集與集成技術(shù)還比較落后，如現(xiàn)場(chǎng)查詢工作的信息采集、施工信息的采集等，在各部門(mén)之間的信息傳輸上浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。因此，隨著工程項(xiàng)目規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，傳統(tǒng)方法在多人、多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同規(guī)劃中逐漸顯示出其缺陷和差距。這些缺陷和差距將延誤規(guī)劃階段的工期，規(guī)劃產(chǎn)品的質(zhì)量將參差不齊，影響工期，引發(fā)其他問(wèn)題，嚴(yán)重?fù)p害建設(shè)項(xiàng)目各方的利益。BIM，即建立信息模型。BIM 技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃技術(shù)之后，建筑行業(yè)的另一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，被譽(yù)為建筑業(yè)改革的創(chuàng)新力量[1]。

1.2 BIM 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

用通俗的語(yǔ)言對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行描述，BIM 就是一種數(shù)字信息模型，是當(dāng)下時(shí)代的產(chǎn)物，是數(shù)字化和信息化的時(shí)代標(biāo)識(shí)。利用現(xiàn)代化手段對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行精簡(jiǎn)，在我國(guó)建筑暖通工程已經(jīng)有幾十年的發(fā)展了，在信息技術(shù)時(shí)代，這一工程有了更大的挑戰(zhàn)與全新技術(shù)引用。近幾年BIM 技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的建筑通暖工程有較大的沖擊，能夠在很大程度上對(duì)傳統(tǒng)的建筑通暖工程行業(yè)有一定的改變，有效彌補(bǔ)與改善傳統(tǒng)工作中的不足，引進(jìn)現(xiàn)代化技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新。就當(dāng)前發(fā)展來(lái)看，BIM 技術(shù)在建筑通暖設(shè)計(jì)的應(yīng)用中是一個(gè)新領(lǐng)域，有效地將現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)引進(jìn)建筑行業(yè)，更加貼近人們生活所需，是時(shí)代和社會(huì)的發(fā)展必然趨勢(shì)。在逐步發(fā)展過(guò)程中，BIM 技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始慢慢地從模型向?qū)嶋H應(yīng)用開(kāi)始轉(zhuǎn)換，這意味著在建筑通暖工程中將會(huì)有一條現(xiàn)代有效的途徑發(fā)展壯大。從不同的方向看，BIM 技術(shù)不僅僅是在建筑暖通工程設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐中能夠有一定的應(yīng)用，對(duì)于相關(guān)的其他產(chǎn)品也有著一定的促進(jìn)發(fā)展的作用。在現(xiàn)代化城市發(fā)展過(guò)程中，建筑通暖工程的發(fā)展是與人們需求相符，因此暖通空調(diào)工程在現(xiàn)代化建筑中是一個(gè)較為重要的工程。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)暖通進(jìn)行有效的合理的設(shè)計(jì)，在一定程度上能夠讓建筑施工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)提高效率。BIM 技術(shù)利用現(xiàn)代化手段，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可視化，同時(shí)能夠?qū)⒋罅康男畔⑦M(jìn)行采集與應(yīng)用，引用特殊的手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，以三維的形式呈現(xiàn)，能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)價(jià)值最大化，從而有效地提高整個(gè)工程的效率[2]。

2 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)集成性

數(shù)據(jù)在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的，運(yùn)用BIM 在數(shù)據(jù)處理方面會(huì)有很大的改善。在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)集成是通暖空調(diào)設(shè)計(jì)周期最主要的決定因素，較短的設(shè)計(jì)周期能夠與更大的變更可能性同時(shí)將數(shù)據(jù)的作用效果放大。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中引用BIM 技術(shù)能更能加快對(duì)數(shù)據(jù)的處理效率，縮短設(shè)計(jì)周期，從而提高整個(gè)工作效率。在現(xiàn)代持續(xù)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)該將降低能耗、環(huán)境保護(hù)作為可持續(xù)發(fā)展的重心，因此對(duì)建筑通暖空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該將該理念作為設(shè)計(jì)時(shí)的重要影響因素，利用BIM 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，利用三維空間進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，減少能源在運(yùn)行過(guò)程中的損耗，降低對(duì)環(huán)境的污染。在利用BIM數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)，能夠?qū)ε照{(diào)的整體能耗、實(shí)時(shí)負(fù)荷有較為準(zhǔn)確計(jì)算。這一方法能夠在一定的程度上對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中不可預(yù)見(jiàn)的可能進(jìn)行預(yù)判，綜合管理與分析暖通空調(diào)，對(duì)促進(jìn)系統(tǒng)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要作用[3]。

2.2 數(shù)據(jù)互通性

正常的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)對(duì)建筑物的各方面數(shù)據(jù)要求十分嚴(yán)格，例如建筑物結(jié)構(gòu)與熱協(xié)調(diào)。在設(shè)計(jì)時(shí)必須將暖通空調(diào)的承載量設(shè)計(jì)在允許范圍內(nèi)。管道規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于管道的結(jié)構(gòu)承載強(qiáng)度與用電負(fù)荷程度需要有一個(gè)較為綜合的分析，然后根據(jù)合理的數(shù)據(jù)對(duì)排水工程、建筑骨架、電氣等進(jìn)行相應(yīng)的安排。在BIM 中這些過(guò)程都能夠用相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行測(cè)試，能夠使數(shù)據(jù)的利用率達(dá)到最大化[4]。

3 BIM 技術(shù)在暖通設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 建筑能耗分析

BIM 技術(shù)能夠?qū)Ω黜?xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)模擬，能夠?qū)θ藗冊(cè)谌粘Ｖ械恼鎸?shí)耗能準(zhǔn)確估計(jì)，在一定程度上對(duì)建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)有簡(jiǎn)化的作用。設(shè)計(jì)工程師能夠借助BIM 技術(shù)更加快速精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)出合理的建筑暖通系統(tǒng)。在數(shù)字模型中建筑物的各項(xiàng)指標(biāo)都是以數(shù)字的方式呈現(xiàn)，用可視化的形式將各階段數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的測(cè)評(píng)，最后呈現(xiàn)出最合理的設(shè)計(jì)。能耗分析結(jié)果可以直觀地用各種顏色圖表表示，也可以導(dǎo)出到動(dòng)畫(huà)中，提高可讀性。

3.2 風(fēng)環(huán)境分析

在BIM 技術(shù)中各種可能對(duì)設(shè)計(jì)造成影響的因素都是可以通過(guò)不同的設(shè)置進(jìn)行模擬的。也就是說(shuō)，室外風(fēng)環(huán)境也是可以進(jìn)行仿真模擬的。利用BIM 技術(shù)的對(duì)室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，可以根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)之前能夠通過(guò)BIM 對(duì)建筑外部的風(fēng)流進(jìn)行模擬，然后精確得到在不同單體建筑的外表面各項(xiàng)壓力系數(shù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)這些有效的信息對(duì)建筑體室內(nèi)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效改善。借助這些信息，可以進(jìn)一步指導(dǎo)建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)。CFD 模擬軟件還可以用來(lái)分析內(nèi)部自然通風(fēng)方式以及機(jī)械通風(fēng)的氣流分布是否合理。模擬建筑物所有外窗開(kāi)啟時(shí)自然風(fēng)壓形成的室內(nèi)氣流，預(yù)測(cè)建筑物室內(nèi)自然通風(fēng)，為建筑物功能布局和窗位設(shè)計(jì)提供合理建議，為內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)提供節(jié)能策略。另外，通過(guò)確定風(fēng)口布置、風(fēng)口形式、風(fēng)量等設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)置模型計(jì)算參數(shù)，分析室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)的氣流分布情況，根據(jù)氣流方向、速度和流量分布數(shù)據(jù)，分析通風(fēng)空調(diào)方案的合理性和方案的優(yōu)化比較。

3.3 聲環(huán)境分析

將BIM 模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入聲環(huán)境模擬軟件，模擬建筑聲環(huán)境。這樣的方式能夠?qū)⒔ㄖw實(shí)際的噪聲分布情況有效模擬，在模擬過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)的優(yōu)化具有重要的意義，且這一準(zhǔn)確的分析會(huì)比人工數(shù)據(jù)分析更加的科學(xué)準(zhǔn)確。特別對(duì)于一些有高質(zhì)量音質(zhì)要求的地方，能夠在設(shè)計(jì)時(shí)更好地規(guī)避設(shè)計(jì)漏洞，為設(shè)計(jì)提供最優(yōu)方案，盡可能減少各種噪聲對(duì)建筑的影響。例如劇院、演播廳等對(duì)噪聲有特殊要求的地方，在模擬過(guò)程中對(duì)于室內(nèi)各項(xiàng)會(huì)影響音效與音質(zhì)的數(shù)值提供精確計(jì)算，從而確定有利于保證質(zhì)量的設(shè)計(jì)，能夠在一定程度上節(jié)約人工與時(shí)間成本。

4 建筑暖通工程對(duì)BIM 技術(shù)的引入

4.1 應(yīng)用BIM 設(shè)計(jì)繪圖進(jìn)行實(shí)體組成結(jié)構(gòu)的表達(dá)

建筑暖通工程采用BIM 技術(shù)選擇方案設(shè)計(jì)主體。確定產(chǎn)品后，有必要結(jié)合物理結(jié)構(gòu)建立管道模型的可視化圖。三維信息模型可以反映各種機(jī)械設(shè)備的布置、管道尺寸和設(shè)置高度。例如，地源熱泵房的設(shè)計(jì)、各層配水管道的設(shè)置、配水閥門(mén)的設(shè)置、進(jìn)出口管道的走向等都可以通過(guò)三維信息模型反映出來(lái)，反映程度可以最接近建筑物的物理結(jié)構(gòu)特征。

4.2 BIM 設(shè)計(jì)繪圖的管線綜合體現(xiàn)

建筑體的暖通工程會(huì)涉及到較多的管道施工，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法通常是利用圖紙繪畫(huà)進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)在施工時(shí)有一定的困難，導(dǎo)致圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)時(shí)會(huì)有一定不合理的現(xiàn)象存在。但BIM 技術(shù)能夠通過(guò)虛擬的三維空間彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足，能夠在三維空間中實(shí)現(xiàn)虛擬施工，而且虛擬施工與實(shí)際情況很相似，因此能夠在結(jié)合實(shí)際情況后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行最優(yōu)化。在BIM 技術(shù)中，施工人員可通過(guò)模型的細(xì)節(jié)對(duì)管道的交叉、轉(zhuǎn)角等多個(gè)地方進(jìn)行合理的預(yù)判，從而加快施工進(jìn)度，提高圖紙的利用效率，加快工程從設(shè)計(jì)到施工整個(gè)過(guò)程的整體效率。相關(guān)設(shè)計(jì)人員還可以根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用需要，選擇任意模塊結(jié)構(gòu)的裁剪圖，生成裁剪圖，提高了工作的方便性。

5 BIM 技術(shù)在建筑暖通規(guī)劃中的運(yùn)用分析

5.1 BIM 繪圖規(guī)劃的管線歸納

與二維規(guī)劃的區(qū)別在于，BIM 規(guī)劃不是簡(jiǎn)單的管道定向布局，而是通過(guò)高度透視，在模型中直觀地顯示建筑暖通工程的管道區(qū)域，包括管道的插入、轉(zhuǎn)角和相互接觸，可以觀察到。此外，BIM 規(guī)劃模型是歸納式的，只有規(guī)劃人員根據(jù)自己的需要任意選擇剖面才能生成剖面。

5.2 BIM 技術(shù)繪圖規(guī)劃是選用產(chǎn)品庫(kù)中的規(guī)劃模型

建筑暖通空調(diào)規(guī)劃采用二維圖紙規(guī)劃，其呈現(xiàn)方式的特殊性導(dǎo)致其通常是以投影的形式對(duì)作品進(jìn)行展現(xiàn)，利用不同數(shù)值的等高線和制造塊的形式顯示對(duì)真實(shí)環(huán)境中的空調(diào)機(jī)組、水泵進(jìn)行模擬。同時(shí)在BIM 技術(shù)發(fā)展過(guò)程中得到了各大廠家的支持。BIM 儲(chǔ)存空間有較多的產(chǎn)品系數(shù)是可以在設(shè)計(jì)時(shí)直接利用的，可在BIM 的產(chǎn)品庫(kù)中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行挑選，有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的估計(jì)缺陷。在實(shí)際的操作過(guò)程中利用BIM 的檢索功能能夠快速找到所需材料，避免設(shè)計(jì)中對(duì)現(xiàn)實(shí)情況考慮不足，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)周期變長(zhǎng)的情況，保證在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料選擇的準(zhǔn)確，節(jié)約時(shí)間成本。

5.3 BIM 技術(shù)繪圖規(guī)劃經(jīng)過(guò)實(shí)體組成來(lái)表達(dá)

BIM 技術(shù)是對(duì)建筑進(jìn)行仿真模擬，因此在運(yùn)用該技術(shù)時(shí)應(yīng)該先選擇實(shí)際的主體建筑，根據(jù)建筑各類(lèi)數(shù)據(jù)的輸入建立模型，再根據(jù)模型在各種仿真環(huán)境的模擬，進(jìn)一步對(duì)建筑暖通空調(diào)的管道等進(jìn)行設(shè)計(jì)與合理安排，因此在BIM 技術(shù)中需要有大量的數(shù)據(jù)作支撐，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性才能夠保證模型的真實(shí)性。在BIM 的整體設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，前期需要有大量準(zhǔn)確數(shù)據(jù)作支撐，建筑體、管道、自然環(huán)境數(shù)值等方方面面的數(shù)據(jù)都需要精準(zhǔn)測(cè)量，以保證整個(gè)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語(yǔ)

在建筑通暖空調(diào)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中引用BIM 技術(shù)能在一定程度上提高圖紙的精確度，提高圖紙的利用效率，有效節(jié)約人力、物力資源。在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，BIM 很可能成為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，保證暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，因?yàn)锽IM 在設(shè)計(jì)中能夠與城市的發(fā)展需求更加貼近，在實(shí)際操作過(guò)程中沒(méi)有復(fù)雜的步驟。運(yùn)用合理的科學(xué)技術(shù)，保證綠色生態(tài)發(fā)展，這一系列的發(fā)展都是對(duì)BIM 技術(shù)的肯定。利用BIM 技術(shù)在對(duì)建筑設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)能考慮周邊實(shí)際環(huán)境，保證不對(duì)周邊環(huán)境造成危害。當(dāng)前建筑工程市場(chǎng)注重生態(tài)化和信息化，有這樣的前提作為背景，BIM 能夠在未來(lái)的發(fā)展中有多方面的應(yīng)用，市場(chǎng)前景十分廣闊。BIM 技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用管理也是建筑工程未來(lái)發(fā)展的總趨勢(shì)。