暖通空調(diào)設(shè)計與BIM應(yīng)用研究

王碩

（中國中元國際工程有限公司，北京 100000）

0 引言

從暖通空調(diào)行業(yè)發(fā)展的前景來看，發(fā)展方向、發(fā)展速度與新興技術(shù)的應(yīng)用密不可分。在現(xiàn)階段，在加快暖通空調(diào)施工管理方面的迅速發(fā)展中，BIM技術(shù)作為中流砥柱的力量，其優(yōu)勢不言而喻。近年來行業(yè)頂尖人士對BIM技術(shù)的不斷完善也成為社會關(guān)注的主要看點。本文首先對BIM技術(shù)進行詳細的介紹，然后通過BIM技術(shù)在暖通空調(diào)工程的安裝以及施工方面的應(yīng)用進行詳細分析。

1 BIM技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)

現(xiàn)代科學技術(shù)快速發(fā)展的今天，逐漸出現(xiàn)了很多較為先進的繪圖技術(shù)，BIM技術(shù)是應(yīng)用范圍最廣泛的一種，其全稱為建筑信息型技術(shù)，指的是在設(shè)計工作時，根據(jù)實際需求，收集大量信息數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建出相應(yīng)的三維模型。從本質(zhì)上來說，就是在整個施工周期內(nèi)，通過數(shù)字化的方式對其管理，為各階段施工活動的進行提供幫助[1]。應(yīng)用這一技術(shù)之后，能夠清晰地展示出整個施工流程，將實際情況動態(tài)地展示出來，引導施工活動的開展，防止返工現(xiàn)象的出現(xiàn)，不僅保證了工程的進度，而且還降低了投入成本，對整個項目的建設(shè)具有重要意義。

1.2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

（1）可視化（Visualization）。對建筑行業(yè)而言，可視化功能可以發(fā)揮積極的作用。建設(shè)單位拿到施工圖紙以后，需要使用線條在圖紙上勾勒出每一個構(gòu)件的信息，要求工作人員能夠從自己的腦海中想象出建筑工程的立體模型，這是一項比較抽象的工作。在暖通空調(diào)工程施工時，使用BIM技術(shù)能夠創(chuàng)建三維立體可視化模型，使用專業(yè)化的技術(shù)手段對施工模型和施工管理等BIM參數(shù)信息實施精確核對，使用模型展現(xiàn)管道和設(shè)備的實際情況，為施工人員開展工作提供基礎(chǔ)。

（2）強化施工管理。設(shè)計暖通工程時，因各個部門的設(shè)計師之間缺少必要的溝通導致專業(yè)碰撞。例如在布置暖通工程的管道時，設(shè)計師各自在自己的施工圖紙上繪制，導致實際施工時管線布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計梁等構(gòu)件之間發(fā)生沖突。使用BIM技術(shù)以后，可以模擬整個施工過程，科學地布置管線，將施工過程中的重難點提前反映出來，高效管理關(guān)鍵部位和細節(jié)位置的具體施工情況，避免多家施工單位平行施工而導致的交叉問題。

（3）縮短施工周期。在暖通空調(diào)工程施工的過程中，施工成本和施工質(zhì)量受進度的影響非常明顯。使用BIM技術(shù)通過虛擬模型模仿施工過程可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，從而不斷提升質(zhì)量和安全，大大縮減施工周期。

（4）減少施工成本。在建筑市場快速發(fā)展的進程中，人員工資和建筑材料的費用逐年上漲，人工費和材料費在暖通空調(diào)安裝施工中占據(jù)較大比例，降低了工程的經(jīng)濟收益，應(yīng)當采取合理的方式控制成本。BIM技術(shù)可以仿真模擬具體的施工情況，調(diào)整施工管理工作的人員布局，將人工費用支出降到最少，從而使施工成本投入得到科學的管控。

2 暖通空調(diào)

暖通空調(diào)指的是集采暖、通風以及空氣調(diào)節(jié)功能于一體的空調(diào)器。設(shè)計暖通空調(diào)的根本目的是有效調(diào)控環(huán)境溫度，從而為人們的生活提供更加舒適的環(huán)境。暖通空調(diào)與普通的空調(diào)不同，普通空調(diào)只能解決冷暖問題，無法處理空氣，而暖通空調(diào)屬于分戶的中央空調(diào)，可以營造出更舒服的室內(nèi)環(huán)境，且暖通空調(diào)增加了電子除塵器以及加濕設(shè)備，可以過濾空氣當中的細菌、病毒，同時也可以增加室內(nèi)的濕度[2]。暖通空調(diào)的設(shè)計涉及了熱力學、流體機械以及流體力學等學科，常用空調(diào)水系統(tǒng)變頻變流量技術(shù)、區(qū)域冷熱電聯(lián)供和分布式能源技術(shù)、地源熱泵等舒適節(jié)能空調(diào)技術(shù)等先進技術(shù)。

3 BIM技術(shù)在暖通系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 在準備中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可以貫穿于暖通空調(diào)施工全過程，各環(huán)節(jié)都可受到影響。準備階段，BIM技術(shù)可以將準備工作完善起來，降低后續(xù)施工的難度，促使著相關(guān)的準備更加到位。施工模型建立后，以一種三維立體化的立體圖像呈現(xiàn)出來，圖像中完整的反映出安裝管道和管道安裝可行性路徑等細節(jié)，相關(guān)人員可以及時做好規(guī)劃，對于相關(guān)的模型進一步分析，將一切準備工作落到實處，制定出完整的施工計劃，促使后續(xù)的項目進展科學可靠。通過在準備階段融入BIM技術(shù)，使得相關(guān)工作的開展擁有了先決條件，這也是BIM技術(shù)的優(yōu)勢之處。

3.2 熱冷源設(shè)計

對學校暖通系統(tǒng)進行設(shè)計時，首先，可以采用多臺聯(lián)機制冷的方式，即在高溫的環(huán)境內(nèi)，增加相應(yīng)的冷負荷，之后對鍋爐房進行管理，加強對二次過水的控制，使其能夠循環(huán)利用，這些水流過高溫環(huán)境時，將會對熱量進行吸收，提升了回水的溫度，當其處于相應(yīng)標準后，在傳喚器的作用下，對回水進行處理，使其處于所需要的溫度下，以達到暖通的目的。同時，暖通系統(tǒng)設(shè)計時，還能夠應(yīng)用太陽能，即選擇樓頂適當位置，安裝特定的太陽能裝置，通過該裝置的運行，對太陽能進行轉(zhuǎn)換，變成建筑所需求的熱能，并將其存儲起來，用于室內(nèi)溫度的調(diào)控。此外，在人流量較大的地區(qū)，如教室等，應(yīng)安裝冷熱源，利用這些冷熱源向室內(nèi)傳遞熱量，以使其溫度逐漸提升。

3.3 BIM技術(shù)在圖紙繪制中的應(yīng)用

圖紙繪制是暖通空調(diào)設(shè)計的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計人員不僅需要繪制暖通空調(diào)的水泵，也需要繪制空調(diào)機組的運行圖，難度相對較大，因此設(shè)計人員就可以利用BIM技術(shù)進行圖紙繪制[3]。在繪制圖紙之時，設(shè)計人員可以利用與BIM模型相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫查詢暖通空調(diào)設(shè)計的各種參數(shù)以及性能相匹配的原件，從而提高繪制圖紙的效率。同時，在繪制圖紙時，設(shè)計人員也可以根據(jù)實際的設(shè)計需求利用BIM技術(shù)調(diào)整設(shè)計模型，增強設(shè)計的科學性與合理性。此外，設(shè)計人員還可以利用BIM技術(shù)檢查設(shè)計模型的任意剖面，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，明確問題出現(xiàn)的原因之后，積極找出解決問題的方法，從而減少施工中的錯誤，提高施工效率。

3.4 繪制方法

在二維設(shè)計中，為了詳細表達設(shè)備和管線位置，需要使用大量的文字加以說明。使用BIM技術(shù)后，管線和設(shè)備的位置表達變得非常具體、清晰，同時將點和面等元素應(yīng)用其中，使暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作具有超強的真實性和全面性，最大程度上彌補了以往表達方式的缺陷。

3.5 節(jié)能及成本控制

在暖通系統(tǒng)設(shè)計中，通過BIM技術(shù)可以提前模擬施工設(shè)計中對各類資源的需求量，進而為施工成本控制方案制定及后續(xù)施工成本控制提供重要約束及參考，避免施工中可能會存在的各類資源浪費問題。通過BIM技術(shù)，設(shè)計工作者根據(jù)學校暖通系統(tǒng)工程實際情況，設(shè)計多套暖通系統(tǒng)設(shè)計方案，然后對多套方案進行匹配對比分析，從中找出性價比最高、最符合學校實際的設(shè)計方案，實現(xiàn)暖通系統(tǒng)綜合成本的有效控制的同時，加強暖通系統(tǒng)空間功能的優(yōu)化及利用，最大限度發(fā)揮出暖通系統(tǒng)應(yīng)用效果。另外，可以根據(jù)當前節(jié)能環(huán)保要求，優(yōu)先選用節(jié)能環(huán)保材料，并通過BIM技術(shù)來合理調(diào)整材料的應(yīng)用位置，促使節(jié)能環(huán)保材料作用的有效發(fā)揮的同時，有效控制暖通系統(tǒng)施工成本。節(jié)能的變頻技術(shù)是空調(diào)未來發(fā)展的方向，這與國家所提出的節(jié)能減排政策相符，未來我國肯定在空調(diào)行業(yè)將在變頻技術(shù)上開發(fā)更先進的功能：①變頻技術(shù)讓暖通空調(diào)在最少的耗能情況下能最大化地發(fā)揮作用，解決了在因在用電高峰時間段里出現(xiàn)電壓低與暖通空調(diào)超負荷工作的矛盾所帶來的設(shè)備不安全等因素。②暖通空調(diào)的變頻技術(shù)很好地解決了我國地域差異大，部分地區(qū)氣候變化大的問題，能很好地解決了因氣溫變化大給人們帶來的不適問題。對人們的生活、工作場所進行合理的溫度調(diào)節(jié)，科學地在冷熱交替中保持空調(diào)高效能、合理化地運轉(zhuǎn)。③暖通空調(diào)變頻技術(shù)不但很好地解決了季節(jié)、早晚溫度的差異給人帶來不適的問題，將它應(yīng)用于人口密集的商場、車站，還能通過人流量的變化空調(diào)自動執(zhí)行最合理、最大化、最節(jié)能的運行方案。

暖通空調(diào)變頻技術(shù)的優(yōu)勢就在于能通過智能化對環(huán)境氣溫的變化感應(yīng)，自動執(zhí)行空調(diào)最節(jié)能、氣溫最優(yōu)化的運轉(zhuǎn)方案，保證氣溫的平衡，確保設(shè)備正常工作狀態(tài)和保持暖通空調(diào)工作效能達到最佳狀態(tài)，為人們的工作、生活提供一個舒適的環(huán)境。暖通空調(diào)變頻技術(shù)的運用是我國空調(diào)設(shè)備走向智能化的一大體現(xiàn)，很好地解決了空調(diào)高耗能與環(huán)境保護的矛盾，減少設(shè)備使用的資金投入，所以空調(diào)變頻成為廣大空調(diào)用戶的首選。

3.6 BIM技術(shù)在計算機輔助設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計當中的應(yīng)用范圍較為廣泛，其不僅能夠應(yīng)用在冷熱源設(shè)計、圖紙繪制以及方案輔助設(shè)計當中，也可以應(yīng)用在計算機輔助設(shè)計當中。①設(shè)計人員可以利用CDF軟件對建筑的施工布局、施工環(huán)境以及空調(diào)裝配施工等各個方面進行模擬，從而更好地開展設(shè)計工作。②設(shè)計人員可以根據(jù)暖通空調(diào)的實際設(shè)計需求，利用BIM技術(shù)優(yōu)化建筑的暖通設(shè)計，確保主要功能房間無論在哪個季節(jié)都具備良好的通風以及取暖條件，這樣不僅可以降低空調(diào)的損耗，也能夠充分滿足使用者對室內(nèi)溫度以及空氣的需求。此外，設(shè)計人員也可以利用BIM技術(shù)模擬每一個季節(jié)中暖通空調(diào)的動態(tài)負荷情況，這樣設(shè)計人員就可以在掌握空調(diào)負荷的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，從而提高空調(diào)的運行效率，減少能源消耗與浪費。

4 BIM技術(shù)嘗試

作為當前較為先進的技術(shù)手段，BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為整個建筑領(lǐng)域的發(fā)展帶來了更多的機遇，有利于整個建筑領(lǐng)域更好的發(fā)展，但與此同時，還帶來了諸多挑戰(zhàn)，即在BIM技術(shù)背景下，如何快速的完成轉(zhuǎn)型工作。對于一些建筑企業(yè)來說，對這一內(nèi)容產(chǎn)生了較高的重視程度，并以此為基礎(chǔ)，開展了相關(guān)工作，加強了員工的培訓力度，以符合BIM設(shè)計的要求，但實際當中，遇到了很多問題，如經(jīng)營模式不符合要求等，導致BIM技術(shù)并未得以有效應(yīng)用。另有一些建筑企業(yè)，特別是部分小型企業(yè)，因企業(yè)資金不足，無法引進BIM技術(shù)，未能將BIM技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)當中。暖通系統(tǒng)設(shè)計時，若想要有效對BIM技術(shù)進行應(yīng)用，必須要先選擇相應(yīng)的項目作為試點，驗證該技術(shù)的具體情況，之后，在逐漸將其他拓展至整個企業(yè)當中，以保證企業(yè)正常經(jīng)營的同時，能夠有效進行轉(zhuǎn)換[4]。BIM對暖通系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要相應(yīng)的軟件完成，最為常見的有Revit等，合理應(yīng)用這些軟件，將會提升整個設(shè)計效果。此外，在學校當中，不同的區(qū)域具有不同的功能，側(cè)重點略有差異，使得每個區(qū)域的設(shè)計方案也略有不同，但從本質(zhì)的角度來說，暖通方式基本相同，包括散熱器、多聯(lián)機空調(diào)等方式。

5 基于BIM技術(shù)的暖通空調(diào)施工設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別

（1）效率不同。傳統(tǒng)的管通管線設(shè)計是利用二維平面，根據(jù)管線的粗細和各種參數(shù)來進行管通管線的設(shè)計，可以體現(xiàn)出設(shè)備情況給予管線的交匯情況。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過三維模型的搭建，讓施工人員可以直觀地看到施工進度和注意事項，通過對管線的全面模擬，可以將設(shè)計中點與點的關(guān)系轉(zhuǎn)化為點與面的關(guān)系，從而讓施工人員可以更好地掌握施工進度。

（2）表達方式不同。傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計一般是通過“線”進行二維設(shè)計，讓線與線之間進行重疊，反映設(shè)計的情況和各種參數(shù)水平。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以將暖通空調(diào)設(shè)計中的各種詳細參數(shù)表達出來，這樣施工人員在施工過程中，就不需要進行人工的參數(shù)標注工作，節(jié)省了施工時間及人力成本。傳統(tǒng)的二維設(shè)計，采用的是點與線的結(jié)合，讓設(shè)計充滿不確定性。通過BIM技術(shù)進行的三維模型設(shè)施，可以通過對設(shè)備、管線的精確構(gòu)建，并可以將各種施工參數(shù)加以標記，可以明確地規(guī)定施工的材料和管線型號。

（3）繪制內(nèi)容不同。一般而言，二維構(gòu)圖是利用平面圖來區(qū)分空調(diào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部輪廓。而BIM技術(shù)可以構(gòu)建更加直觀的結(jié)構(gòu)圖，包括連接方式、管道型號、管道尺寸以及其他詳細的參數(shù)信息，為管道施工工作提供了極大的便利。建筑人員可以構(gòu)建詳細的信息庫，方便后期對于管道的管理與維護。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比，三維模型的搭建可以滿足新時期暖通空調(diào)設(shè)計的復雜性，可以滿足新時期建筑施工的要求。

6 結(jié)語

綜上所述，相對于傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式來說，BIM技術(shù)具有非常多的優(yōu)勢，如設(shè)計方案更加直觀，圖紙可以動態(tài)變換與調(diào)整，縮短施工周期，減少工程投入，對整個工程的建設(shè)具有重要意義。所以，現(xiàn)代暖通系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)加強對BIM技術(shù)的重視程度，并加強對該技術(shù)的應(yīng)用力度，通過該技術(shù)，更好地完成暖通系統(tǒng)的設(shè)計工作，為施工活動的開展奠定良好基礎(chǔ)。