暖通設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)運(yùn)用

郭巍

（河北拓樸建筑設(shè)計(jì)有限公司山西分公司，山西 太原 030032）

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)即建筑信息模型技術(shù)，是以建筑工程項(xiàng)目中的所有相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用數(shù)字信息仿真技術(shù)，建立工程數(shù)據(jù)模型，轉(zhuǎn)化為建筑模型中反映的建筑物的真實(shí)信息，為建筑設(shè)計(jì)以及暖通空調(diào)設(shè)計(jì)提供輔助功能，同時也是一種可用于設(shè)計(jì)、施工和管理的數(shù)字化方法。BIM 技術(shù)的運(yùn)用為建筑業(yè)帶來了革命性的變化，大大提高了工程模型的精度，加快了三維建模、四維規(guī)劃以及五維成本管理的發(fā)展。不僅如此，項(xiàng)目參與者還可以插入自己的工作作為起點(diǎn)，編輯數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)以滿足不同的工作需要，暖通設(shè)計(jì)涉及多種工作類型，在設(shè)計(jì)過程中需要事先知道各類工程的具體空間位置，可以在數(shù)據(jù)運(yùn)用與系統(tǒng)集成過程中使用BIM 技術(shù)[1]。

2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)已不能滿足行業(yè)發(fā)展的需要，BIM 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)主要特點(diǎn)包括以下4 個方面。

（1）可視化：可視化并不是人們看著設(shè)計(jì)圖紙想象細(xì)節(jié)，它可以將傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為三維可視化設(shè)計(jì)，通過BIM 技術(shù)創(chuàng)建模型，使工作人員可以看到建筑細(xì)節(jié)，從而提前發(fā)現(xiàn)暖通空調(diào)施工過程中存在的問題，查缺補(bǔ)漏，及時改進(jìn)施工方法。此外，BIM 技術(shù)通過4D和5D 對3D 模型、時間周期、成本管理等方面有機(jī)整合，為供應(yīng)鏈的建設(shè)提供一定的服務(wù)。

（2）設(shè)計(jì)信息集成化：在設(shè)計(jì)過程中，對建筑信息模型而言，需要將建筑工程中建筑材料信息、結(jié)構(gòu)尺寸以及空間關(guān)系等各種信息植入到該模型中，因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中可以有效地將設(shè)計(jì)過程思想與設(shè)計(jì)信息相整合。

（3）可出圖性：對工作人員來說，設(shè)計(jì)圖紙是施工過程的重要依據(jù)，將BIM 技術(shù)運(yùn)用到暖通設(shè)計(jì)中可以使二維設(shè)計(jì)結(jié)果很容易轉(zhuǎn)化為3D 模型，更直接可觀。

（4）協(xié)調(diào)性：在建筑施工過程中需要各部門以及業(yè)主之間相互配合，才能使施工工作有序進(jìn)行，在暖通設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)可以形成相關(guān)數(shù)據(jù)，供各部門參考協(xié)調(diào)解決問題[2]。

3 BIM 技術(shù)在暖通設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)分析

3.1 構(gòu)建三維信息模型，增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案生動直觀性

BIM 技術(shù)對建筑行業(yè)有著很大幫助，BIM 技術(shù)具有結(jié)構(gòu)計(jì)算與參數(shù)分析、施工圖生成等功能，因此利用BIM 技術(shù)可以將建筑信息模型生動地表現(xiàn)為動畫，更直觀地展示設(shè)計(jì)效果，有助于設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新與拓展設(shè)計(jì)思維[3]。且BIM 技術(shù)可以將與建筑相關(guān)的信息數(shù)據(jù)存儲在統(tǒng)一系統(tǒng)中，從而創(chuàng)建一個更加可靠的建筑信息模型，隨著設(shè)計(jì)者思維的改變，BIM 技術(shù)也會自動更新與模型相關(guān)的內(nèi)容。BIM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)使其更適合運(yùn)用于暖通設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的暖通設(shè)計(jì)需要改變管線位置時，設(shè)計(jì)人員需要同時修改設(shè)計(jì)方案與系統(tǒng)圖等的管線位置，但BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在信息共享平臺的幫助下同時改變這些信息[4]。

3.2 構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺

由于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)階段，數(shù)據(jù)信息量較為龐大復(fù)雜，集成非常困難，設(shè)計(jì)師水平有限，需要花費(fèi)較長的時間來完成，而BIM 技術(shù)可以將設(shè)計(jì)元素與施工過程結(jié)合起來，構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺，大大減少設(shè)計(jì)時間與設(shè)計(jì)成本[5]。例如，BIM3D 成像技術(shù)無須映射過程便可提供更好的成像效果，不僅預(yù)防了問題發(fā)生，而且比原始設(shè)計(jì)更有效、更省時。其次，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)存在一定的不足，比如方案設(shè)計(jì)失敗、不能滿足先前的市場需求以及投資成本超出預(yù)算等，極容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)方案變更問題，將BIM 技術(shù)運(yùn)用到暖通設(shè)計(jì)中可以有效改進(jìn)與提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，從根本上降低設(shè)計(jì)方案變更的可能性。BIM 技術(shù)可以合理控制設(shè)計(jì)過程，BIM3D 可視化能夠消除設(shè)計(jì)早期的沖突與不合理，為設(shè)計(jì)程序的改進(jìn)和糾正提供依據(jù)[6]。

3.3 較強(qiáng)模擬分析能力

將BIM 技術(shù)運(yùn)用在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)過程中，可以對構(gòu)建的建筑模型進(jìn)行模擬分析與評估，從而幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，且將BIM 技術(shù)與低碳技術(shù)相結(jié)合可以對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，并及時反饋評價(jià)結(jié)果，從而為暖通空調(diào)施工工作提供可靠依據(jù)。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析以及方案評價(jià)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的有效評價(jià)對設(shè)計(jì)人員專業(yè)素養(yǎng)有極高要求，然而借助BIM 技術(shù)，系統(tǒng)能夠自動連續(xù)地對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，且結(jié)果更加準(zhǔn)確，有利于提高暖通空調(diào)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，使設(shè)計(jì)方案達(dá)到最優(yōu)[7]。

3.4 協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

運(yùn)用BIM 技術(shù)可以提高暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的整體協(xié)調(diào)性，傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)圖紙不能全面反映設(shè)計(jì)信息，從而不能準(zhǔn)確判斷與分析設(shè)計(jì)中存在的問題。城市化進(jìn)程不斷加快與人們經(jīng)濟(jì)水平逐漸提高，對暖通設(shè)計(jì)也提出了更高要求。暖通空調(diào)系統(tǒng)是一個綜合性系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中涉及的數(shù)據(jù)與問題也較為復(fù)雜，而利用BIM技術(shù)可以準(zhǔn)確表達(dá)整個信息，協(xié)調(diào)施工中各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，使建筑與機(jī)電等多個系統(tǒng)在同一模型中協(xié)調(diào)一致，避免建筑與安裝各種專業(yè)問題之間的沖突，從而達(dá)到提高建筑施工工程的精度和效率的目的。經(jīng)過BIM 三維立體設(shè)計(jì)模型，使居民對暖通設(shè)計(jì)效果有了更直觀的感受，對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)有重要意義[8]。

4 暖通設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的具體運(yùn)用

4.1 三維立體化設(shè)計(jì)模型

BIM 技術(shù)的三維立體特征可以幫助設(shè)計(jì)人員在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中建立三維設(shè)計(jì)模型，增強(qiáng)模型的動態(tài)性與視覺效果，需要將管道模型、風(fēng)管模型與產(chǎn)品模型都放入三維模型中，使設(shè)計(jì)模型呈現(xiàn)出更全面、完整的數(shù)據(jù)，也使設(shè)計(jì)人員對建筑物有一個清晰、全面的認(rèn)識，更好地滿足設(shè)計(jì)需求。另外，BIM 技術(shù)可以保證信息模型的緊湊性與完整性，促進(jìn)信息數(shù)據(jù)之間的溝通與交換，從而使模型尺寸符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)三維立體模型的可視化、數(shù)字化與工程化，從而了解暖通空調(diào)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。此外，利用BIM 技術(shù)構(gòu)建三維立體模型可以提供更準(zhǔn)確的工程造價(jià)數(shù)據(jù)，為施工單位提供更有價(jià)值的信息，使后期的維護(hù)工作順利進(jìn)行。

4.2 信息化技術(shù)的運(yùn)用

暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體效果直接影響空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)作效率，故有必要改變與提升傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際操作中，首先要利用BIM 技術(shù)建立一個通用的三維數(shù)據(jù)模型，使工程設(shè)計(jì)數(shù)字化，再結(jié)合暖通空調(diào)實(shí)際施工情況與施工需求完成總體設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的全面優(yōu)化。但是在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須充分掌握電氣工程的整體數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行全面規(guī)劃，分析三維模型的合理性與可行性，以確保模型的建設(shè)符合工程建設(shè)的總體要求。BIM 技術(shù)的運(yùn)用可以在整體上提高暖通設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4.3 產(chǎn)品庫模型運(yùn)用

產(chǎn)品庫是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，空調(diào)設(shè)備、冷水機(jī)組等部件以投影的形式展示，進(jìn)而由設(shè)計(jì)人員繪制線條，產(chǎn)品庫模板通常是二維圖形，不能直接體現(xiàn)，參考價(jià)值只存于數(shù)據(jù)階段，但BIM 技術(shù)更快更直接，可以生成模型、優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品庫模板的3D 成像，使模板的參考價(jià)值直線上升。BIM 技術(shù)擁有非常豐富的產(chǎn)品庫，含有許多空調(diào)制造商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與各種參數(shù)，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求隨時調(diào)取數(shù)據(jù)信息，還可以調(diào)整與繪制不同空調(diào)部件的參數(shù)，將各種產(chǎn)品參數(shù)和性能輸入到產(chǎn)品庫中，最大限度地提高了空調(diào)設(shè)計(jì)的精度，從而可以對暖通空調(diào)工程進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。

4.4 機(jī)房建模

在機(jī)房建模之前，應(yīng)與現(xiàn)場安裝人員協(xié)同對設(shè)備類型、管路連接方式、管道附件連接方式等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。利用BIM 技術(shù)建立模型可以實(shí)現(xiàn)三維模型可視化，還包含了許多相關(guān)的參數(shù)信息，暖通空調(diào)機(jī)房的主要設(shè)備包含熱泵機(jī)組、離水器、冷卻泵、地源側(cè)分離集水器等。機(jī)房與管線建模與樓層管網(wǎng)深化同步進(jìn)行，機(jī)房深化時，模型建立需將暖通空調(diào)機(jī)房內(nèi)的設(shè)備型號、管路附件連接方式、設(shè)備族參數(shù)等依據(jù)實(shí)際工程搭建，以實(shí)現(xiàn)BIM 模型的完整性。

4.5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

在互聯(lián)網(wǎng)時代下，可以將BIM 技術(shù)與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用到暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。相比于傳統(tǒng)的暖通設(shè)計(jì)方法，它不僅提高了建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率，而且對建筑的位置以及朝向進(jìn)行了整體完善，同時，也要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行暖通設(shè)計(jì)。例如，在夏天對房屋的通風(fēng)性能要求較高，冬天則對保暖性能要求高，利用計(jì)算機(jī)軟件輔助空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以在一定程度上優(yōu)化和改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷，提高暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的整體效率和質(zhì)量。

4.6 冷熱源設(shè)計(jì)

在建筑中可分區(qū)域?qū)ε照{(diào)進(jìn)行冷熱源設(shè)計(jì)，針對不同區(qū)域的不同功能特點(diǎn)，暖通空調(diào)的使用冷源和熱源也有很大的不同。如在不同的季節(jié)，學(xué)校的宿舍與餐廳在供水、用水設(shè)計(jì)等方面存在較大差異，主要通過多臺聯(lián)機(jī)制冷，冬季氣溫變低時，空調(diào)制熱功能不能滿足現(xiàn)實(shí)需求，在這時就需要通過鍋爐房運(yùn)用熱轉(zhuǎn)換器的工作原理來發(fā)揮作用，同時，在設(shè)計(jì)冷熱源來供暖難以滿足用水量時，太陽能集熱器也可以有效解決這一問題。

4.7 設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)節(jié)

暖通在設(shè)計(jì)過程中，有冷熱負(fù)荷計(jì)算、水力平衡計(jì)算、風(fēng)平衡計(jì)算等要求?，F(xiàn)某些Revit 二次開發(fā)插件已實(shí)現(xiàn)部分計(jì)算功能，但實(shí)際應(yīng)用中，仍有些待改善之處。比如，風(fēng)管繪制過程中，傳統(tǒng)天正或鴻業(yè)在CAD 平臺繪制風(fēng)管時，會讓風(fēng)管本身帶有風(fēng)量、風(fēng)速、壓損等屬性信息，以方便對風(fēng)管尺寸進(jìn)行選擇、風(fēng)平衡計(jì)算及后期修改。而用Revit 繪制風(fēng)管時，雖然插件可提供這幾項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，但并未讓該屬性信息附著于管道系統(tǒng)族上，即風(fēng)管本身未體現(xiàn)該參數(shù)信息，這對以后的設(shè)計(jì)優(yōu)化或修改造成了不便。又如，對于單體建筑的冷熱負(fù)荷計(jì)算。傳統(tǒng)方式是利用插件，由暖通設(shè)計(jì)師創(chuàng)建計(jì)算模型，進(jìn)行冷熱負(fù)荷計(jì)算、導(dǎo)出計(jì)算J。其中，計(jì)算模型中的墻、窗、樓板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)等參數(shù)由建筑專業(yè)提供，然后由暖通專業(yè)設(shè)計(jì)師（入計(jì)算模型。而利用BIM 模型進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時（插件利用Revit 建立的模型可直接進(jìn)行冷熱負(fù)荷計(jì)算并導(dǎo)出計(jì)算書），建筑模型是由建筑專業(yè)設(shè)計(jì)師創(chuàng)建，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、房間空間范圍等亦由其（入到建筑模型的族參數(shù)中。這便與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣存有較大沖突。模型計(jì)算參數(shù)改由建筑專業(yè)設(shè)計(jì)師錄入，成果卻需要暖通專業(yè)設(shè)計(jì)師對其負(fù)責(zé)，這種方式給建筑專業(yè)增加工作量的同時，冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性也難以保證。

4.8 專業(yè)協(xié)作

暖通空調(diào)的二維設(shè)計(jì)，主要是由各專業(yè)間用平面圖及剖面圖等進(jìn)行協(xié)作而實(shí)現(xiàn)的，這就要求設(shè)計(jì)人員必須有充足的專業(yè)知識作支撐才能想象出暖通空調(diào)系統(tǒng)各構(gòu)件的形狀、位置等，并設(shè)計(jì)出來，同時設(shè)計(jì)過程中也要充分考慮各構(gòu)件間不能出現(xiàn)沖突或影響，否則會給后期施工帶來很多麻煩。若設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足、或?qū)I(yè)知識儲備不夠，或暖通空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，只通過平面圖、剖面圖等是難以充分表達(dá)出實(shí)際效果的，進(jìn)而也會影響各專業(yè)間的協(xié)作。利用BIM 進(jìn)行暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時，各專業(yè)可通過立體、直觀的建筑信息模型來實(shí)現(xiàn)協(xié)作，同時，在模型中各專業(yè)人員可以清楚了解和掌握暖通空調(diào)系統(tǒng)各構(gòu)件的形狀及位置等信息，可有效避免因設(shè)計(jì)表達(dá)不清而導(dǎo)致專業(yè)間協(xié)作出現(xiàn)問題。另外，各專業(yè)也可在BIM 模型中實(shí)時查找所需資料和進(jìn)行信息共享，溝通更加密切，因此更利于協(xié)同工作。

4.9 管線綜合

綜合管線二維設(shè)計(jì)過程中，主要是通過繪制相應(yīng)位置的管線剖面圖來表達(dá)意圖，手工繪制圖紙工作量很大。而利用BIM 技術(shù)進(jìn)行綜合管線設(shè)計(jì)，可以使所有區(qū)域的管線都能清晰可見，管線之間是否存在交叉或者碰撞也是一目了然，若需要添加或刪減內(nèi)容，直接在BIM 系統(tǒng)中輸入或刪除相關(guān)數(shù)據(jù)即可，不用再額外繪制新模型，方便且實(shí)用。

5 結(jié)語

綜上所述，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)建立3D 或5D 模型，使每個模塊分析更加直觀。不僅如此，BIM 技術(shù)還可與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用于暖通空調(diào)三維立體化設(shè)計(jì)模型、各種產(chǎn)品庫設(shè)計(jì)模型的集成中。同時，BIM 數(shù)字化制圖技術(shù)越來越成熟，對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量都有著積極促進(jìn)作用，其技術(shù)將不斷優(yōu)化創(chuàng)新，以進(jìn)一步提高BIM 技術(shù)實(shí)際運(yùn)用效果。