建筑暖通工程中的BIM技術(shù)應(yīng)用研究

付磊

（湖北洲天建設(shè)集團(tuán)有限公司， 武漢 武昌 430000）

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中即建筑信息模型技術(shù)，從誕生至今， 短短十幾年時間， BIM技術(shù)就為建筑行業(yè)帶來了一場管理模式、 標(biāo)準(zhǔn)和人才等多方面的巨大革新。 BIM 技術(shù)要使用計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）， 但它卻不僅限于計算機(jī)系統(tǒng)軟件的革新，在建筑設(shè)計和施工的過程中運用的BIM技術(shù)， 能在降低成本的同時提升建筑行業(yè)的管理水平， 促進(jìn)施工單位更好地發(fā)。

1 BIM技術(shù)的特點分析

1.1 可視化

BIM技術(shù)具有的可視化特點， 它能夠通過計算機(jī)技術(shù)將傳統(tǒng)的紙面二維構(gòu)造圖紙轉(zhuǎn)化為更立體的三維圖形， 使得建筑的各個構(gòu)件信息達(dá)到 “所見所得” 的效果， 將建筑更具體、 更真實的情況展示在建筑工作人員的面前。 BIM的可視化特點讓在圖紙上采用線條繪制的平面二維表達(dá)的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)變得立體， 有助于建筑業(yè)參與人員掌握建筑的真正構(gòu)造形式， 建筑工作人員可以通過清晰直觀的三維模型，預(yù)先發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的問題， 提前制訂合理高效的措施， 降低損失[1]。 同時， 由于BIM技術(shù)可視化的特點， 即使對建筑不了解的非專業(yè)人士也能很好地理解建筑設(shè)計的創(chuàng)意。 此外， BIM技術(shù)還有助于輔助進(jìn)行驗房業(yè)務(wù)， 幫助業(yè)主進(jìn)行建筑住宅的選擇和認(rèn)識， 有利于解決信息孤島。

1.2 模擬性

BIM技術(shù)對建筑信息的數(shù)字化表達(dá)可以建立與實際建筑構(gòu)造相同的虛擬替代物， 所有信息在此表達(dá)過程中都能實現(xiàn)無損傳遞， 這種基于建筑信息的數(shù)字化模型有利于建筑工作者進(jìn)行信息交流， 促進(jìn)各部門各環(huán)節(jié)的協(xié)同合作， 并且在后續(xù)施工過程中遇到緊急情況也可以按照模擬時的解決方案進(jìn)行處理。 基于BIM的模擬性模擬出的建筑物模型可以呈現(xiàn)其在真實世界的操作情況。 起初的 BIM4D理論將施工進(jìn)度和計算機(jī)模擬的三維模型相關(guān)聯(lián)， 可以根據(jù)初步的施工組織設(shè)計模擬出實際施工的情況， 從而幫助建筑工作者確定合理的施工方案， 達(dá)到指導(dǎo)施工的目的， 讓施工作業(yè)全流程的三維可視化管理得以實現(xiàn)。 隨著技術(shù)進(jìn)步和建筑行業(yè)的發(fā)展， 現(xiàn)代施工管理者希望在全面掌控進(jìn)度的同時監(jiān)控施工過程中的成本需求， 如今的BIM 5D模擬為施工管理者提供了信息交互、 協(xié)調(diào)合作、 施工操作全過程展示的一體化、 精細(xì)化、 可視化的管控管理平臺， 不僅有助于減少建筑施工中的資金資源浪費， 還能大幅提高建筑工作的質(zhì)量和效率， 在實現(xiàn)成本控制的同時保證了建筑施工工作順利開展[2]。

1.3 協(xié)調(diào)性

建筑的設(shè)計、 施工、 包括最后的建筑物完工交付等過程都離不開各方協(xié)調(diào)， 協(xié)調(diào)性更是BIM技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用的一大重點內(nèi)容。 建筑在施工過程中難免會遇到一些問題， 有些問題是客觀發(fā)生無可避免的， 還有些問題則是可以通過協(xié)調(diào)避免的。 施工中遇到問題的常見做法就是將各部門的相關(guān)人員組織起來， 大家開會討論， 及時進(jìn)行補(bǔ)救。 雖然“亡羊補(bǔ)牢為時未晚”， 但是我們只能被動地等待問題出現(xiàn)嗎? 筆者認(rèn)為 “防患于未然” 才是施工工作人員應(yīng)該做的事情。 利用BIM的協(xié)調(diào)性可以解決在建筑設(shè)計過程中各設(shè)計師之間的溝通不暢、 專業(yè)碰撞等問題， 對前期可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析協(xié)調(diào)，并且為施工管理者提供可參考的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)[3]。

1.4 可出圖性

BIM技術(shù)在建筑工程中的建模應(yīng)用是二維、 三維聯(lián)動的狀態(tài)， 通過對建筑物的可視化展示、 模擬、協(xié)調(diào)、 優(yōu)化以后， 可以瞬時為業(yè)主出一套平、 立、剖圖， 極大程度提高了設(shè)計的效率。 BIM的可出圖性主要有三點， 一是通過多方面的檢查、 設(shè)計、 修改， 消除相對應(yīng)的錯誤的綜合管線圖； 二是綜合結(jié)構(gòu)留洞圖 （預(yù)埋套管圖）； 三是碰撞檢測報告以及針對性的改進(jìn)方案[4]。

2 BIM技術(shù)在建筑暖通工程中的優(yōu)勢

隨著人們生活水平的提高， 大眾對建筑的要求也越來越高， 暖通作為建筑工程中極為重要的一個環(huán)節(jié)， 在時代和大眾的呼吁下加快建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型， 用信息技術(shù)手段推進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)刻不容緩。 BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠加強(qiáng)建筑設(shè)計的科學(xué)性和規(guī)范性， 利用BIM技術(shù)構(gòu)建的暖通設(shè)計模型有利于相關(guān)施工人員直觀地了解設(shè)計方案， 及時發(fā)現(xiàn)問題并且有效解決問題， 提升建筑質(zhì)量， 縮短建筑周期。

2.1 貫徹綠色發(fā)展理念

對建筑設(shè)計工作者而言， 在暖通工程設(shè)計中秉持綠色發(fā)展理念是十分有必要的。 BIM技術(shù)能夠?qū)εüこ痰娜鞒踢M(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計， 從降低建筑能耗的角度， 將綠色節(jié)能的設(shè)計理念落實到整個建筑工程的設(shè)計當(dāng)中， 探索并且制定讓建筑工程內(nèi)部的各部分都得到良好設(shè)計的方法。 BIM技術(shù)對建筑構(gòu)建規(guī)模大小的設(shè)計、 建筑施工情況等進(jìn)行模擬， 建立三維直觀的建筑結(jié)構(gòu)， 讓整個建筑工程的各項施工要點和方案都得到立體化呈現(xiàn)。 在確保建筑工程設(shè)計準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上， 通過利用BIM技術(shù)進(jìn)行的建筑工程模擬， 能有效對接暖通工程的各項費用投入， 有利于設(shè)計者掌握整個工程設(shè)計的情況，從綠色發(fā)展的角度進(jìn)行有效的成本控制。

2.2 提升各設(shè)計專業(yè)的協(xié)調(diào)性

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計過程中， 各專業(yè)的協(xié)調(diào)溝通常常被忽略， 這也就導(dǎo)致了建筑施工過程中因為缺少設(shè)計專業(yè)人員間的溝通， 導(dǎo)致沖突問題頻發(fā)。BIM技術(shù)在暖通工程中的運用有助于施工工作者明確施工過程中存在的重難點問題， 提升各設(shè)計專業(yè)的協(xié)調(diào)性， 讓各專業(yè)人員能夠在充分交流的基礎(chǔ)上進(jìn)行提前規(guī)劃， 根據(jù)施工的實際情況準(zhǔn)備暖通工程所需的設(shè)備和材料， 有利于各專業(yè)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，提升施工方案的科學(xué)性。 基于BIM技術(shù)提供的模型，在暖通工程的設(shè)計階段， 設(shè)備設(shè)計師、 結(jié)構(gòu)設(shè)計師以及相關(guān)專家能夠結(jié)合自身優(yōu)勢， 對暖通工程進(jìn)行性能分析、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)計算、 功能模擬和虛擬建造等，合作發(fā)揮出 “1 ＋1 大于2” 的效果， 在此協(xié)同合作的過程中得到的數(shù)據(jù)能運用到后續(xù)的施工環(huán)節(jié)中，最終實現(xiàn)各個專業(yè)之間良好的空間協(xié)調(diào)[5]。

2.3 對施工進(jìn)行更全面、 更及時的分析

在暖通工程設(shè)計中運用BIM技術(shù)能夠?qū)εüこ淌┕みM(jìn)行更全面、 更及時的分析。 BIM的技術(shù)先進(jìn)， 在集中收集暖通工程各施工部門數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建的信息化模型具有詳細(xì)的施工信息， 直觀性較強(qiáng)， 能準(zhǔn)確、 詳細(xì)的將建筑設(shè)計的數(shù)據(jù)通過數(shù)字化的形式表現(xiàn)出來， 為施工人員提供數(shù)據(jù)支撐， 使暖通工程施工更加準(zhǔn)確。 施工設(shè)計人員在暖通工程設(shè)計過程中能隨時查看分析建筑設(shè)計模型， BIM為其自動提供的精準(zhǔn)施工數(shù)據(jù)， 使得設(shè)計人員能從資源節(jié)約的角度選擇合適的材料和工藝， 減少資源浪費，保證設(shè)計過程中的節(jié)能性。

3 BIM技術(shù)在建筑暖通工程中的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在建筑暖通工程設(shè)計中的應(yīng)用

首先， 在暖通工程的前期設(shè)計中， 運用BIM技術(shù)能夠合理調(diào)整各項設(shè)計要素， 合理安排設(shè)計施工人員， 完善機(jī)械功能系統(tǒng)設(shè)計， 并且在優(yōu)化剖面圖和平面示意圖設(shè)計的同時對相應(yīng)模型做出調(diào)整。BIM技術(shù)為施工設(shè)計工作者呈現(xiàn)的模型能將暖通工程的目標(biāo)隊形、 管線布置、 碰撞等情況直觀、 形象地表示出來， 動態(tài)的模型能讓設(shè)計工作的精確性更高。 在傳統(tǒng)的暖通工程設(shè)計中， 管線多用投影輪廓線表示， 空調(diào)機(jī)組的設(shè)計也是平面的， 這樣的設(shè)計無法將暖通工程的特點完整的表示出來， 也不利于施工人員開展工作。 設(shè)計人員運用BIM建立的立體數(shù)據(jù)模型能夠在選擇剖面切圖的過程中融入實際需要， 在減少設(shè)計時間的同時簡化設(shè)計流程。 其次，BIM技術(shù)也同樣可以適用于產(chǎn)品庫的設(shè)計中， 設(shè)計人員可以結(jié)合BIM立體數(shù)據(jù)模型優(yōu)化產(chǎn)品庫的參數(shù)，結(jié)合暖通工程的模型確定施工參數(shù)， 根據(jù)產(chǎn)品的形狀、 規(guī)格、 性能等從產(chǎn)品庫中選擇符合設(shè)計需求的設(shè)備。 此外， 設(shè)計人員還能通過BIM技術(shù)計算風(fēng)量損失， BIM模型能向設(shè)計人員全面展示暖通工程的制冷取暖設(shè)備， 方便設(shè)計人員隨時掌握設(shè)備和管道系統(tǒng)的變化情況， 便于設(shè)計人員互相溝通交流， 進(jìn)行更科學(xué)合理的設(shè)計。 再次， BIM技術(shù)還可以用于壓力計算， 暖通工程的設(shè)計人員可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用靜壓恢復(fù)法、 摩擦法、 速度法等方法， 利用BIM技術(shù)中的計算程序結(jié)合定徑工具確定管道直徑，提升暖通工程的設(shè)計水平， 讓工程設(shè)計更貼合施工實際[6]。

最后， BIM還可以應(yīng)用于暖通工程的協(xié)調(diào)設(shè)計中， 基于BIM技術(shù)的三維立體數(shù)據(jù)空間模型能夠集中展示暖通工程中通風(fēng)、 制冷和取暖系統(tǒng)的參數(shù)信息， 設(shè)計人員能隨意定位三維立體數(shù)據(jù)模型中的管道、 設(shè)備等信息， 有利于設(shè)計人員及時排除管線交叉、 碰撞等問題。

3.2 BIM技術(shù)在建筑暖通工程施工中的應(yīng)用

虛擬施工在暖通工程中的應(yīng)用非常普遍， 虛擬施工 （Virtual Construction， 簡稱VC） 即采用計算機(jī)的仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)， 整理暖通工程施工活動中的材料、 人工、 設(shè)備、 物流等多方面的信息參數(shù)，并將這些信息參數(shù)轉(zhuǎn)化為計算機(jī)數(shù)據(jù)， 進(jìn)行可視化展現(xiàn)。 BIM技術(shù)在模擬施工過程中進(jìn)行內(nèi)力分析和仿真計算， 能在不耗費現(xiàn)實資源和能量的情況下對暖通工程進(jìn)行工期安排、 施工方案評價和材料需求規(guī)劃等， 讓設(shè)計者、 施工者和業(yè)主在動工之前就了解施工的過程和結(jié)果[7]。

在暖通工程中， 管線與風(fēng)管的使用對工程的完工質(zhì)量而言是非常重要的， 在暖通工程的設(shè)計階段，設(shè)計者一般會將風(fēng)管的尺寸設(shè)計得稍微大一些， 但在實際施工過程中就會出現(xiàn)風(fēng)管占據(jù)空間區(qū)域過大的問題， 施工人員迫不得已只能將管道延伸到建筑的外部， 這樣極易與建筑外部的其它管道發(fā)生碰撞，影響暖通工程的后期使用。 首先， BIM技術(shù)在虛擬施工中的應(yīng)用能有效解決這一問題， 暖通工程的相關(guān)工作人員一旦在虛擬施工過程中發(fā)現(xiàn)管道設(shè)置不合理的問題， 就能快速進(jìn)行碰撞檢查， 對施工方案進(jìn)行優(yōu)化和改善， 及時消除管線碰撞， 確保施工方案的科學(xué)性和可行性。 其次， 從過往的施工經(jīng)驗可以看出， 運用BIM技術(shù)進(jìn)行風(fēng)管系統(tǒng)、 空調(diào)系統(tǒng)等的三維立體建模能夠在一定程度上提高管線設(shè)計的準(zhǔn)確性， 避免在施工后期因為管線碰撞而導(dǎo)致的拆改問題， 提升施工效率， 降低施工難度。 最后， 在暖通工程的施工過程中， BIM技術(shù)能夠根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況對設(shè)計圖紙做出動態(tài)的調(diào)整， 讓施工方案變得更加高效合理， 竣工后， 基于BIM技術(shù)的動態(tài)圖紙還能在工程驗收和后期運行維護(hù)等方面為相關(guān)工作人員提供參照和依據(jù)。

3.3 BIM技術(shù)在暖通管道綜合中的應(yīng)用

將BIM技術(shù)運用到暖通工程中可以幫助設(shè)計人員從實際出發(fā)構(gòu)建有針對性的， 具有機(jī)械功能的供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié) （Heating， Ventilation and Air Conditioning， 簡稱 HVAC） 系統(tǒng)。 設(shè)計人員可以根據(jù)業(yè)主對暖通工程的具體要求， 結(jié)合剖面圖和平面圖， 構(gòu)建供暖和風(fēng)道系統(tǒng)管網(wǎng)的三維立體信息模型，設(shè)計人員變更或修改視圖， 三維立體信息模型也會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化， 管線區(qū)域的具體情況也能被更直觀地呈現(xiàn)到設(shè)計人員的眼前， 幫助設(shè)計人員檢測管線轉(zhuǎn)交、 交叉、 碰撞的問題， 進(jìn)一步增加暖通工程設(shè)計的科學(xué)性。 一方面BIM技術(shù)能增強(qiáng)工程實際情況與產(chǎn)品模型之間的關(guān)聯(lián)性， 幫助相關(guān)工作人員結(jié)合暖通管道設(shè)計和施工的需求調(diào)整產(chǎn)品數(shù)據(jù)和性能。 另一方面， 工作人員使用BIM技術(shù)能精確計算出暖通工程的管道通風(fēng)流量和風(fēng)量損耗， 有利于暖通工程設(shè)計工作人員掌握暖通管道的綜合情況，各專業(yè)的人員也能在一體化平臺上了解到暖通管道的設(shè)計問題， 群策群力想解決辦法， 并且通過BIM技術(shù)及時解決問題。

3.4 BIM 技術(shù)在暖通工程施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

良好的施工管理有助于確保暖通工程的實用性和安全性， BIM技術(shù)使得暖通工程的施工管理過程變得更加科學(xué)高效。 首先， BIM的技術(shù)優(yōu)勢能在前期準(zhǔn)備工作期間得到充分發(fā)揮， 作為暖通工程的技術(shù)支撐， BIM技術(shù)的MagiCAD和RevitMEP是工程施工期間的常用軟件， 能在暖通工程的三維建模和空調(diào)系統(tǒng)施工模擬中發(fā)揮舉足輕重的作用。 其次，在暖通工程的措施清單制定和施工場地布置方面，BIM技術(shù)能夠利用魯班場布軟件， 對暖通工程的機(jī)械配置、 材料堆放、 空間場地等進(jìn)行合理安排， 將暖通工程施工中涉及到的臨邊防護(hù)、 模板、 腳手架等臨時建筑物料整合到一起， 在此基礎(chǔ)上建立起三維施工的平面圖模型， 以便對暖通工程的施工進(jìn)度和動態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控和管理。 再次， BIM 技術(shù)能夠在熱源和冷源的配置和施工過程中幫助相關(guān)施工人員充分考慮到暖通工程負(fù)荷情況與供暖作業(yè)負(fù)荷量之間的關(guān)系， 提高核算工作的精確性， 幫助暖通工程的設(shè)計和施工人員進(jìn)行區(qū)域劃分和負(fù)荷計算，讓建筑的冷熱源布置工作更加合理[8]。

4 結(jié)語

綜上所述， 隨著社會的進(jìn)步和人們生活水平的提高， 我國的城市化建設(shè)進(jìn)程在不斷加快， 建筑行業(yè)的工程建設(shè)也日益增多。 BIM技術(shù)在建筑暖通工程中的應(yīng)用能夠讓暖通工程的設(shè)計更加科學(xué)合理，模擬施工更能在不耗費現(xiàn)實資源和能量的情況下幫助暖通工程的相關(guān)工作人員掌握工期安排、 施工方案評價和材料需求規(guī)劃等關(guān)鍵設(shè)計和施工事項。 此外， BIM技術(shù)還能有效減少暖通工程中管道碰撞的問題， 提升各專業(yè)間的協(xié)調(diào)性， 在提升暖通工程施工質(zhì)量管理的同時降低成本， 縮短工期， 提升暖通工程的質(zhì)量。