暖通空調設計中BIM 技術運用分析

劉洋愷

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

BIM 技術是計算機行業(yè)快速發(fā)展的結果，與原始計算機技術相比，它不僅可以充分的利用原始技術的所有優(yōu)勢，而且可以在原始技術的基礎上更立體、更全面地反映設計項目的整體情況。由于BIM 軟件具有預警功能，能夠利用大數(shù)據(jù)分析建設項目中的一些潛在問題，并及時將其告知和處理，因此在暖通空調設計中運用此技術，可以減少潛在的風險，讓整個項目實現(xiàn)效益的最大化。

1 BIM 技術概述及應用特點

1.1 BIM 技術概述

BIM 是一種基于數(shù)字化建模的集成性工程管理方法，廣泛應用于建筑、土木工程、水利工程等領域。有學者認為BIM 的核心是數(shù)字模型，它是一個包含建筑或工程項目所有信息的三維模型，這個數(shù)字模型可以包括建筑元素、結構、設備、系統(tǒng)、材料、成本、進度等各種信息。而還有部分學者則認為，BIM 促使不同專業(yè)領域的團隊在同一個平臺上協(xié)同工作。設計師、工程師、施工人員和業(yè)主可以共享同一份信息，提高協(xié)同效率，減少誤差和沖突。而關于BIM 技術的完整定義，則需要從2 個方面闡述。

首先，BIM 是一種集成了建筑、土木工程和運營管理的數(shù)字化建模方法，它涵蓋了建筑物或基礎設施的全生命周期，包括設計、建造、運營和維護。從概念設計、詳細設計、施工到運營和維護，這有助于更好地管理項目的各個階段，并提供決策支持。BIM 整合了各種數(shù)據(jù)，包括幾何數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)和成本數(shù)據(jù)等，這種數(shù)據(jù)的集成性使得決策更為全面和接近實際數(shù)據(jù)。

此外，BIM 提供了強大的可視化工具，使項目相關方能夠更直觀地理解設計和施工計劃，同時，BIM 還支持模擬和分析，例如，結構分析、能源分析等，以優(yōu)化設計和提高效能。其還整合了多種幾何信息，從而表達出實體構件的詳細信息。而技術信息則指的是需要通過模型參數(shù)的設置，從而賦予構件一定材料與技術參數(shù)等方面的信息。從技術領域來分析，BIM 的技術基礎是屬于計算機3D 數(shù)字技術，可以對計算機上的建筑單元進行數(shù)字化、信息化和完整的分析，并準確反映建筑項目中的信息和數(shù)據(jù)。所以，應用BIM 技術的一個優(yōu)勢就是能讓施工方和建筑方從對立轉向協(xié)同，使得施工更加透明和清晰，減少施工方案、設計方案的更改機會，這樣就能大大的縮短工期。BIM 技術通過數(shù)字化建模和信息集成，提高了建筑和基礎設施項目的設計、施工和管理效率，減少了資源浪費和項目風險。它的優(yōu)勢將會促進現(xiàn)代建筑水平的進一步提高，彌補傳統(tǒng)項目成本的不足，不僅將自己限制在預算和執(zhí)行工作上，還將項目成本帶入項目的各個階段，與各方進行新的溝通與合作方式提供。在施工過程中，讓設計師和工程師可以在一個平臺上進行交流，并且用相同的模型和語言，這樣就能在施工和設計方面達到統(tǒng)一，減少不一致現(xiàn)象，也減少了修改的時間。

1.2 BIM 技術在暖通空調設計中的應用特點

1.2.1可視化

BIM 技術可以創(chuàng)建高度詳細的三維建模，包括建筑結構、暖通空調系統(tǒng)、管道、設備等，這使得設計團隊能夠以更直觀的方式理解和協(xié)調系統(tǒng)的布局?？梢暬ぞ呤乖O計團隊能夠在設計階段檢測到潛在的空間沖突，例如，暖通空調管道與其他系統(tǒng)或建筑結構的沖突，有助于在施工前解決問題，減少施工現(xiàn)場的修改和調整。可視化工具允許設計團隊進行系統(tǒng)模擬和分析，例如，空氣流動模擬、溫度分布分析等。通過可視化結果，設計者可以更好地理解系統(tǒng)性能，優(yōu)化設計方案。這種信息管理與傳播方式，在一定程度上增加了理解設計意圖的難度，極易造成理解偏差。而采用BIM，則能夠對整個設計過程進行可視化管理，在一定程度上能夠做到操作精準化，并有效提升空調設計的質量。

1.2.2可出圖性

BIM 模型可以自動生成高質量的施工圖，包括平面圖、剖面圖、立面圖等，減少了手工繪圖的工作量，提高了圖紙的準確性和一致性。BIM 技術將設計和繪圖過程整合在一個平臺上，設計變更會自動更新到相關圖紙中。這確保了設計和繪圖的一致性，避免了因為設計變更而導致的圖紙錯誤。BIM 模型中的數(shù)據(jù)是關聯(lián)的，一旦進行了設計修改，相關圖紙可以快速更新，這使得設計團隊可以更靈活地進行方案調整，并及時反映在施工圖上。多個團隊成員可以同時協(xié)同工作在同一個BIM 模型上，實時共享設計信息，這使得繪圖團隊可以在設計團隊進行設計變更時及時更新圖紙。同時，采用BIM 技術，也有了接口能夠對信息進行及時更新，監(jiān)理單位可以利用手機來比對工程施工是否按照圖紙進行，如果一旦出現(xiàn)不兼容現(xiàn)象，那么就可以馬上進行標記，信息就會傳遞到BIM 的整個接口中，工程師可以對建筑的安全性進行檢驗，縮短了施工的時間。

1.2.3 縮短了工期

在本次暖通空調項目建設中，共計施工時間約為200天，投資金額為1 億元。在使用BIM 對其進行施工項目管理后，在原有工期基礎上節(jié)約了60 天，同時能夠提前發(fā)現(xiàn)管道線路問題約為100 處，安裝空間不足問題約為40 處。在使用BIM 后，還能夠對工程量進行十分系統(tǒng)的統(tǒng)計，對所需要的管線洞口進行預留。而在資源組織方面，并未產(chǎn)生材料浪費現(xiàn)象，同時在一定程度上還保證了設計現(xiàn)場的合理性、有序性以及整潔性。利用BIM 這一先進的信息，使暖通空調在設計、施工等方面的管理能夠更加的流暢，從各個方面使項目能夠進展的更加順利，實現(xiàn)經(jīng)濟和技術雙贏的狀態(tài)，在暖通空調的建筑過程中，利用BIM 技術縮短了5%～10%的設計周期，減少了20%～25%的各個專業(yè)的協(xié)調時間，減少了60%的信息查詢時間，大大地提高暖通空調施工過程的安全性和設計的效率。

2 BIM 技術在暖通空調設計中的具體運用

2.1 在冷熱源設計中的運用

BIM 技術可以用于建立整體的冷熱源系統(tǒng)模型，包括制冷機組、鍋爐、熱泵、冷卻塔等設備的三維模型，這有助于設計團隊更好地理解系統(tǒng)的整體結構和布局。在進行冷熱源設計的時候，需要先對其需求進行分析，并進行冷熱方面的調節(jié)，保證空調設備的使用壽命。這一流程在使用傳統(tǒng)方式的設計時是很難達成的，并且不能對信息進行控制，那么設計人員就要應用BIM 技術，來確保設計信息為后續(xù)的設計提供信息上的保障。在實際的設計過程中，暖通空調自身的冷熱源需要按照區(qū)域來決定，不同的區(qū)域對冷熱源的需求也是不同的，所以設計人員就可以應用DeST 軟件，來計算出暖通空調當中的冷熱負荷，按照計算出的結果來找到具體的負荷區(qū)域，利用計算機可以充分地降低計算出現(xiàn)的誤差現(xiàn)象，使得冷熱負荷的計算更加的準確，為后續(xù)的設計提供一定的支持，具體的負荷計算結果如表1 所示。

表1 暖通空調的冷熱負荷計算結果

2.2 在公共區(qū)域管線設計中的運用

對于公共區(qū)域管線設計的環(huán)節(jié)來說，它是暖通空調設計的一個主要環(huán)節(jié)，設計的人員不僅需要對空調的水泵進行設計，同時也需要設計出整個空調機組在公共區(qū)域內整個管線的運行方案圖，這對繪制的難度是非常大的，所以就要利用BIM 技術，實現(xiàn)精確的三維建模，包括暖通空調系統(tǒng)中的管道網(wǎng)絡、風道、設備等，通過三維模型，設計團隊可以清晰地了解管線的布局和連接。BIM 模型可以用于自動生成施工圖，包括管道布局圖、設備安裝圖等，這減少了手動繪圖的工作量，提高了圖紙的準確性。主要的繪制方法是運用BIM 技術，并且把點和面進行結合，進而表達出設備和管線的位置，例如，在對空調水管中的支管進行登高連接時，就要應用BIM 技術，具體如圖1 所示。

圖1 管線登高圖

同時，在繪制的過程中，人員也要根據(jù)實際空調的需求來進行模型的調整，使得設計可以符合實際現(xiàn)場的需要，提升了設計的合理性。例如，在醫(yī)院、學校等公共區(qū)域進行空調管線設計的時候，從冬季供暖來看，一次熱水系統(tǒng)由鍋爐房提供，供水溫度為95℃，回水溫度為70℃。經(jīng)過換熱器進行換熱后，二次供熱的供水溫度為85℃，回水溫度為60℃。在這個過程中，鍋爐房提供高溫水，經(jīng)過換熱器降溫后供給建筑物供暖系統(tǒng)?；厮ㄟ^換熱器升溫后返回鍋爐房，形成閉合的循環(huán)。對于夏季供冷來說，空調系統(tǒng)通過制冷循環(huán)降低室內溫度。具體操作和供冷溫度需根據(jù)系統(tǒng)設計和室內需求而定。通常多聯(lián)機系統(tǒng)提供制冷功能，通過冷凝器和室內機組合實現(xiàn)空調效果。

所以為了保證公共區(qū)域空調使用效率的提升，就可以采用MagiCAD 軟件來進行管線的設計，主要包括設計空調風系統(tǒng)的管線、水系統(tǒng)管線、散熱器的管轄以及地源地泵系統(tǒng)的管線。要先通過BIM 技術，繪制出管線剖面圖，讓公共區(qū)域內所有的管線都能更加清晰，了解管線之間是否存在交叉等現(xiàn)象，如果需要刪減或者增加，就可以直接在BIM 系統(tǒng)上輸入數(shù)據(jù)即可，不用再進行額外的設計，利用BIM 設計暖通空調的管線非常的方便和實用，大大減少了設計的時間。在設計完成后，人員還需要對模型進行檢查，及時的找出設計中存在的問題并解決，盡量減少其存在的設計錯誤。

2.3 在方案輔助設計中的運用

首先，需要對暖通空調周圍的空間進行輔助設計。在這一環(huán)節(jié)中，BIM 提供了一個協(xié)同設計的平臺，允許不同專業(yè)領域的設計師在同一個模型中進行協(xié)同工作，這有助于解決不同系統(tǒng)之間的沖突，確保設計的一致性。BIM 技術結合能效分析工具可以用于模擬和分析暖通空調系統(tǒng)的性能，通過模擬不同方案，設計團隊可以評估系統(tǒng)的能效，優(yōu)化設計方案。利用了BIM 技術分別對暖通空調內的塔式支架和相關的結構進行一定的建模和優(yōu)化，準確計算各手腳架的位置、用鋼量，提升暖通空調內部的安全問題。

其次，是對工程量的統(tǒng)計。在統(tǒng)計設計項目工程量的過程中，需要充分利用BIM 工程量的統(tǒng)計功能，因為BIM 系統(tǒng)不可能去主動性的采集各項所需的信息，這就需要一定信息的支撐。例如，在學校、圖書館等公共區(qū)域進行BIM 技術應用的時候，設計師就可以利用一些無線射頻識別系統(tǒng)對前期所需信息進行一定的采集，在完成信息的審核之后，把這些相關的信息輸入到BIM 系統(tǒng)當中，而BIM 系統(tǒng)將這些信息再進行一定程度的處理，達到一定的完整性和可視性，這樣才能使管理和設計人員充分了解到公共區(qū)域內溫度的信息條件，為后續(xù)暖通空調的設計提供便利。BIM 模型可以用于進行工程造價的明確，讓工程內的造價信息得到對應，進而解決項目成本混亂的問題，以醫(yī)院暖通空調設計為例，在沒有應用BIM技術的時候，暖通空調的設計出現(xiàn)了重復性，在施工的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)重復施工、遺漏施工等現(xiàn)象，施工成本大大增加。當應用BIM 技術以后，暖通空調的設計更加的協(xié)調，減少了重復施工現(xiàn)象，工期也比原先縮短了60 天，成本節(jié)約了100 萬元左右，設計師和施工團隊的協(xié)調時間也減少了20%～25%。在暖通空調的設計過程中，由于項目的結構相對比較復雜、標高多，所以對相關工程量的計算是采用了人工計算和BIM 計算相結合的方法，當2 個計算的結果顯示出的工程量無限的接近100%的時候，BIM 技術在暖通空調的設計中就發(fā)揮著非常強大的作用，同時還能夠有效優(yōu)化成本，降低了一些不確定風險。

BIM 整體來說在本質上屬于信息整合的系統(tǒng)，通過對施工過程中的一些信息進行計算和整理，形成一個完美的數(shù)據(jù)庫，工作人員可以根據(jù)這樣的系統(tǒng)對設計過程進行一定程度的管理，大大提高了工作人員的工作效率，也為工程項目方面做出更為合理的處理方式，減少出現(xiàn)的失誤和存在的風險。

2.4 在場地布置、管理中的運用

在暖通空調項目工程管理的運用中，首先需要進行進度、資源方面的管理，BIM 可以用于創(chuàng)建項目的三維模型，并結合時間維度，實現(xiàn)4D 模擬，這使得項目管理團隊能夠可視化的了解項目的進度計劃，包括各個施工階段的時間節(jié)點和關鍵路徑。BIM 模型中包含了各種信息，包括建筑元素、設備、材料等，通過BIM 技術，可以進行資源的數(shù)量計算和管理，幫助項目管理團隊更好地規(guī)劃和調配施工所需的資源。BIM 也提供了一個協(xié)同工作的平臺，各個團隊成員可以在同一個模型中進行實時協(xié)同工作，這有助于改善團隊之間的溝通，減少信息傳遞的誤差，提高工作效率。在項目開始階段中，就應當充分避免資源浪費等多種情況出現(xiàn)。與傳統(tǒng)的模式相比較，BIM 信息庫的建立是基于網(wǎng)絡的基礎上進行的信息數(shù)據(jù)的整合，在暖通空調的工程中可以利用這種軟件對進度表格以及分析表的數(shù)據(jù)進行分析和整合，進行了有效的資源管理，大量節(jié)省了相關人員的工作時間，提升了工作效率。

此外，還需要進行三維場地的布置。在本次暖通空調的項目中，主要可分為2 個設計階段，分別為基礎設計階段、主體設計階段。在利用BIM 進行三維場地布置時，應當選擇恰當?shù)能浖?，并依?:1 的比例，模擬并布置出同階段設計所需要的工程設備以及材料等內容。需要明確的是，只有對現(xiàn)場的場地空間進行全面分析，才能夠提升組織效率。在設計的過程中，各個方面都會存在不同程度的變遷，這一點是無法真正避免的，一旦工程中的各項材料和相關的數(shù)據(jù)無法真正的到達設計人員的手中，相關的安全問題就會被觸及，那么利用BIM 軟件就能很好的解決在施工中的問題，BIM 能夠比較迅速的將數(shù)據(jù)有效傳遞，能夠有效反映出現(xiàn)場的情況，利于設計人員能夠直接的做出準確的判斷。BIM 在施工協(xié)調管理中是更加便捷的，它通常都包含了信息數(shù)據(jù)共享、四維施工模擬、遠程監(jiān)控等方面，這對于施工方面的管理更加直接。從而使得設計人員可以通過BIM 技術模擬出每一個季節(jié)中空調的動態(tài)負荷，設計人員在負荷的基礎上進行暖通空調設計，讓設計更符合施工現(xiàn)場情況，減少重復修改的次數(shù)，從而達到降低消耗、縮短工期的目的。

3 結語

綜上所述，分析暖通空調設計中BIM 技術的運用，可以提升設計的效率，保障設計的完整性和功能性。在具體運用的時候，主要是在冷熱源設計、圖紙繪制、方案設計等方面進行運用，通過BIM 技術的運用，能夠讓整個設計更加清晰和可視化，為后期的施工帶來一定的便利條件，使空調設計的實際效果得到完善。