BIM 正向設(shè)計(jì)在建筑暖通中的應(yīng)用

張初倍

（中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司，北京 100089）

1 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大規(guī)模進(jìn)行，建筑行業(yè)也得到快速發(fā)展。建筑行業(yè)對(duì)國(guó)計(jì)民生關(guān)系重大，我國(guó)建筑行業(yè)目前正處在由勞動(dòng)密集型、粗放型向精細(xì)化、信息化轉(zhuǎn)變時(shí)期。這種轉(zhuǎn)變，需要有建筑行業(yè)數(shù)字信息技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及革新。其核心技術(shù)便是BIM（Building Information Modeling，建筑信息化模型）。近年來(lái)，政府對(duì)BIM 技術(shù)越來(lái)越重視，出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)性政策和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。但目前，BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)設(shè)計(jì)階段的項(xiàng)目普及率并不高。

2 BIM 技術(shù)主要特點(diǎn)

BIM 技術(shù)作為建筑行業(yè)數(shù)字信息化的革新技術(shù)之一，在設(shè)計(jì)階段，較CAD 制圖具有明顯優(yōu)點(diǎn)。

1）可視性：BIM 技術(shù)具有三維可視性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制圖習(xí)慣多為用CAD 建立的二維線條、圖塊及文字標(biāo)注信息，來(lái)表達(dá)平面與剖面相對(duì)位置關(guān)系；而B(niǎo)IM 技術(shù)則直接生成三維模型，可以在模型中以任意角度觀察模型，從而更易暴露出設(shè)計(jì)中的錯(cuò)漏碰缺。同時(shí)，立體化的展示，可對(duì)施工單位進(jìn)行可視化交底，提高了施工方的讀圖效率，減少理解錯(cuò)誤與施工返工。

2）協(xié)調(diào)性：BIM 技術(shù)通過(guò)鏈接或者工作集形式，可實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)性。通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)查閱，共享信息，專(zhuān)業(yè)間的協(xié)作會(huì)更為順利流暢。

3）模擬性：可實(shí)現(xiàn)消防疏散模擬、建筑風(fēng)環(huán)境模擬、施工工序與工藝模擬等。使得設(shè)計(jì)方案更加合理；施工技術(shù)、安全及質(zhì)量得到有效保障。

4）信息集成化：模型中的基本單元構(gòu)件（族）可掛接多種參數(shù)信息。保證了項(xiàng)目模型在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維階段交接環(huán)節(jié)信息的連續(xù)性、一致性和準(zhǔn)確性。

此外，模型可出圖，可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)CAD 制圖標(biāo)準(zhǔn)圖例的一致性，滿足曬藍(lán)圖及施工要求。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在設(shè)計(jì)單位中，BIM 技術(shù)應(yīng)用過(guò)程主要有“翻?！焙汀罢蛟O(shè)計(jì)”兩種形式[1，2]。其中，根據(jù)已完成的二維CAD 圖紙建立BIM 模型，稱(chēng)之為“翻?！?。BIM“正向設(shè)計(jì)”是相對(duì)于“翻?！倍缘?。BIM 正向設(shè)計(jì)直接通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件（如Revit 軟件）建立BIM 模型并出圖，其不依賴于二維設(shè)計(jì)圖紙。前者需要二維設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和BIM 建模團(tuán)隊(duì)，后者僅是一個(gè)BIM 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?！胺！苯⒌哪Ｐ团c其設(shè)計(jì)圖紙沒(méi)有聯(lián)動(dòng)性，兩者獨(dú)立存在。在設(shè)計(jì)、施工階段，由于多方審圖意見(jiàn)或房間功能需求變動(dòng)，難免會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改調(diào)整。“翻?！钡男薷男柙趥鹘y(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖紙修改完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行，具有一定的滯后性。而通過(guò)正向設(shè)計(jì)建立的模型，由于模型本身含有二維出圖信息，模型修改和圖紙修改同步進(jìn)行，較前者具有一定的時(shí)效性，避免了一些重復(fù)性的勞動(dòng)。

3.2 面臨問(wèn)題

3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)節(jié)

暖通在設(shè)計(jì)過(guò)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(kāi)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(guò)程中，傳統(tǒng)天正或鴻業(yè)在CAD 平臺(tái)繪制風(fēng)管時(shí)，會(huì)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(duì)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(shí)，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(duì)以后的設(shè)計(jì)優(yōu)化或修改造成了不便。又如，對(duì)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)算書(shū)。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(zhuān)業(yè)提供，然后由暖通專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師錄入計(jì)算模型。而利用BIM 模型進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)（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(shū)），建筑模型是由建筑專(zhuān)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錄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(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師錄入，成果卻需要暖通專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)其負(fù)責(zé)，這種方式給建筑專(zhuān)業(yè)增加工作量的同時(shí)，冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性也難以保證。

3.2.2 提資環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的CAD 制圖，下游專(zhuān)業(yè)需要上游專(zhuān)業(yè)的提資平面圖或剖面圖，方能進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。為了在圖面中更凸顯本專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容以及圖面的美觀性，下游專(zhuān)業(yè)需要對(duì)提資視圖進(jìn)行冗余信息刪減處理，如刪除建筑平面中詳圖索引符號(hào)、門(mén)窗尺寸定位等信息。建筑底圖的整理工作，一般都是下游專(zhuān)業(yè)各自整理自己的底圖。而采用BIM 出圖時(shí)，由于專(zhuān)業(yè)間的提資為模型文件，設(shè)計(jì)師沒(méi)有對(duì)非本專(zhuān)業(yè)模型的修改權(quán)限。這便對(duì)土建提資模型的格式與內(nèi)容要求更嚴(yán)了。比如，建筑模型中，需有便于機(jī)電專(zhuān)業(yè)出圖的提資平面視圖。該平面視圖內(nèi)應(yīng)顯示結(jié)構(gòu)柱與剪力墻，不顯示梁的信息。同時(shí)，結(jié)構(gòu)柱與剪力墻實(shí)體填充顯示，建筑輕墻非填充雙線顯示。在建筑模型中，這些提資平面的整理操作內(nèi)容，由于權(quán)限問(wèn)題，需要由建筑專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師在提資前完成。利用BIM 正向設(shè)計(jì)，機(jī)電底圖的圖面處理操作，由下游專(zhuān)業(yè)轉(zhuǎn)移到上游提資專(zhuān)業(yè)處，這不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣，同時(shí)也增多了專(zhuān)業(yè)間的協(xié)作環(huán)節(jié)與時(shí)間。

3.2.3 出圖環(huán)節(jié)

BIM 可實(shí)現(xiàn)平面、立面、剖面和設(shè)計(jì)施工說(shuō)明出圖。其優(yōu)勢(shì)在于立面、剖面出圖。在平面圖管線密集處，以任何位置和角度進(jìn)行剖切，都可自動(dòng)生成該處的剖面圖，這明顯減少了剖立面的制圖時(shí)間。而對(duì)于系統(tǒng)原理圖、軸測(cè)圖，利用傳統(tǒng)CAD方式出圖比較簡(jiǎn)便，同時(shí)也利于后期修改。用Revit 出該類(lèi)型圖紙，若三維模型與軸測(cè)圖有聯(lián)動(dòng)性，則在圖面顯示上會(huì)有空間遮擋，影響圖面表達(dá)；若未聯(lián)動(dòng)，僅用符號(hào)線或模型線創(chuàng)建原理圖，則該出圖方法較CAD 并不占優(yōu)勢(shì)。暖通專(zhuān)業(yè)利用BIM 技術(shù)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)的出圖率一般為80%～90%，系統(tǒng)原理圖紙仍需借助CAD 出圖。

3.2.4 審查與施工環(huán)節(jié)

圖紙審查，現(xiàn)在多數(shù)地區(qū)是在網(wǎng)上審查平臺(tái)上傳PDF 版的圖紙文件進(jìn)行電子審查；項(xiàng)目施工，施工單位接受的正式圖紙仍是蓋設(shè)計(jì)單位出圖章的藍(lán)圖?，F(xiàn)階段，圖紙審圖和項(xiàng)目施工的正式文件仍是二維平面圖紙，仍以二維圖紙形式體現(xiàn)，BIM 三維模型多為輔助文件、協(xié)助施工。在這種環(huán)境下應(yīng)用BIM 技術(shù)，造成BIM 模型需在滿足碰撞檢查凈高分析、風(fēng)環(huán)境模擬、施工工序模擬等要求下，仍要滿足二維平面圖紙的表達(dá)。這便要求族庫(kù)的二維表達(dá)樣式與傳統(tǒng)的CAD 制圖標(biāo)準(zhǔn)圖例一致。如果前期族庫(kù)或樣板文件準(zhǔn)備不完善，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)效率與項(xiàng)目進(jìn)度。

3.2.5 其他方面

由于BIM 模型具有信息集成化特點(diǎn)，模型的基本單元——族，可以錄入一些參數(shù)信息，從而使得模型在成本算量和運(yùn)維方面得到很好的應(yīng)用。為保證成本算量的準(zhǔn)確性和便捷性，則對(duì)模型的細(xì)致程度要求高了。比如，管道的保溫材質(zhì)及厚度，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是在設(shè)計(jì)與施工說(shuō)明上注明什么管道系統(tǒng)采用什么保溫材料，多大管徑用多厚的保溫材料。但應(yīng)用BIM 正向設(shè)計(jì)，保溫材料可以直接在模型中建立，通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型中的不同保溫材質(zhì)的量，從而直接計(jì)算出管道的保溫成本。再如，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)有設(shè)備的接管大樣圖，如散熱器、地暖分（集）水器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管或組合式空調(diào)機(jī)組接管大樣圖。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是在大平面圖中僅表示設(shè)備位置，具體的接管管徑、閥門(mén)類(lèi)型和數(shù)量以大樣圖為準(zhǔn)。但應(yīng)用BIM 正向設(shè)計(jì)，如果成本算量對(duì)這些有要求，則需在模型中全部建立準(zhǔn)確的閥門(mén)閥件。這雖然減少了成本部門(mén)的工作量，但增加了設(shè)計(jì)師的工作量，使本屬于成本部門(mén)的部分工作前置到設(shè)計(jì)階段。同時(shí)，交付給客戶的模型會(huì)根據(jù)不同客戶的使用需求，進(jìn)行不同的定制，如BIM 模型構(gòu)件信息錄入與掛接，這都方便了后期的成本算量與運(yùn)維。

4 改進(jìn)建議

1）利用Revit 建立模型，需要豐富的產(chǎn)品庫(kù)（族庫(kù)）和樣板文件。應(yīng)重視產(chǎn)品庫(kù)的更新與維護(hù)。各設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，隨著應(yīng)用BIM 正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目的日益增多，產(chǎn)品庫(kù)會(huì)越來(lái)越豐富與完善，模型創(chuàng)建的前期準(zhǔn)備工作便愈加簡(jiǎn)單。

2）有些項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期短、工期緊、圖紙量大、系統(tǒng)多。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和施工中又難免有方案修改、錯(cuò)誤變更之處。針對(duì)短期內(nèi)便要出設(shè)計(jì)成果的情況，應(yīng)投入足夠的人力物力，以滿足項(xiàng)目需求。同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)BIM 設(shè)計(jì)師的專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)，建立完善的BIM 人才體系。

3）仍需要軟件開(kāi)發(fā)商對(duì)Revit 的二次插件進(jìn)行更新維護(hù)，改善其在設(shè)計(jì)方面的功能，提高設(shè)計(jì)效率，以及擴(kuò)展BIM 應(yīng)用軟件或功能模塊，如能耗分析軟件、運(yùn)行維護(hù)軟件等，以便給業(yè)主帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4）現(xiàn)階段的審圖機(jī)制是針對(duì)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)出圖制定的。為滿足審查需求，模型在出圖模式中需與CAD 制圖標(biāo)準(zhǔn)圖例一致。應(yīng)用二維時(shí)代制定的制度審核三維或多維時(shí)代的產(chǎn)物，必然會(huì)限制其前進(jìn)的步伐，但仍阻擋不了其成為未來(lái)行業(yè)主流方向的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)BIM 正向設(shè)計(jì)的智能化審核與交付體制改善，有待進(jìn)一步研討。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合近幾年的BIM 工程項(xiàng)目，從暖通專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)節(jié)、提資環(huán)節(jié)、出圖環(huán)節(jié)、審查和施工環(huán)節(jié)，分析了普及BIM 正向設(shè)計(jì)的困難所在。相較于傳統(tǒng)CAD 設(shè)計(jì)制圖模式，BIM 正向設(shè)計(jì)在制圖深度和精度上存有很大差異，這大大增加了設(shè)計(jì)師的工作量。面對(duì)諸多應(yīng)用BIM 技術(shù)過(guò)程中暴露的問(wèn)題，提升設(shè)計(jì)效率是促進(jìn)其發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)。目前，建筑行業(yè)的數(shù)字化、信息化發(fā)展水平以及普及率還比較低，提升空間還很高，BIM 技術(shù)的應(yīng)用潛力還很大，還有待發(fā)揮其真正的價(jià)值所在。