BIM技術(shù)在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

孫大瑋

（安徽地平線建筑設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230001）

暖通空調(diào)作為一種能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境溫濕度進(jìn)行有效調(diào)控的設(shè)備，在建筑中的應(yīng)用越發(fā)頻繁，現(xiàn)階段，為了在滿足人們對(duì)暖通空調(diào)使用需要的基礎(chǔ)上，保證暖通空調(diào)設(shè)計(jì)效果能夠達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的需要，BIM技術(shù)在暖通空調(diào)施工過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，若單純使用二維圖紙對(duì)暖通空調(diào)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，受圖紙精確度不夠高、暖通空調(diào)管路維護(hù)機(jī)制不夠健全等問(wèn)題的影響，施工人員、客戶所了解到的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工信息往往存在一定的不足，進(jìn)而對(duì)后續(xù)工程施工、人們正常使用暖通空調(diào)系統(tǒng)都帶來(lái)一定的不利影響，現(xiàn)階段，為提高暖通空調(diào)系統(tǒng)信息共享傳遞的效率與質(zhì)量，BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用到了暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作中。具體來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)是一種通過(guò)參數(shù)整合，對(duì)工程項(xiàng)目各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析模擬，構(gòu)建相應(yīng)工程設(shè)計(jì)建造模型，使工程施工人員與客戶均能通過(guò)三維模型對(duì)項(xiàng)目構(gòu)建進(jìn)行細(xì)致觀察的分析的數(shù)據(jù)化工具。自20 世紀(jì)90 年代這一技術(shù)提出以來(lái)，在我國(guó)BIM技術(shù)已經(jīng)從概念普及階段進(jìn)入到了實(shí)踐應(yīng)用階段，并且住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部在2011 年公布的《2011—2015 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》 的提出，更是推動(dòng)了BIM技術(shù)在我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展落實(shí)。在當(dāng)前的建筑工程施工過(guò)程中，將BIM技術(shù)應(yīng)用到暖通空調(diào)工程的設(shè)計(jì)工作中，不僅可以有效降低管線規(guī)劃設(shè)計(jì)的難度，還可以使設(shè)計(jì)單位通過(guò)直觀的三維管線模型顯示，在較短的時(shí)間內(nèi)選出最佳的工程設(shè)計(jì)施工方案，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案中存在的不足，然后通過(guò)對(duì)其進(jìn)行不斷優(yōu)化升級(jí)的方式，為后續(xù)工程施工活動(dòng)的順利進(jìn)行提供有效的支持。

2 BIM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

暖通空調(diào)的管道系統(tǒng)較為復(fù)雜，并且數(shù)量較多，在實(shí)際施工過(guò)程中，極易與電氣、消防等管線發(fā)生碰撞，進(jìn)而造成嚴(yán)重的安全隱患，現(xiàn)階段，為切實(shí)解決上述問(wèn)題，在暖通空調(diào)工程的設(shè)計(jì)階段，借助BIM技術(shù)構(gòu)建合適的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)三維模型，對(duì)水暖管道、通風(fēng)管道等管道進(jìn)行合理規(guī)劃，不僅成為了降低工程施工過(guò)程中錯(cuò)誤發(fā)生率的有效舉措之一，更是推動(dòng)建筑工程朝著信息化、智能化發(fā)展的有效方式之一。

2.1 工程概況

某學(xué)校工程建筑總面積為55463m，建筑共六層，地上五層，地下一層，設(shè)計(jì)高度大25.1m，建筑的地上部分主要用作教學(xué)辦公、住宿等，地下部分區(qū)域用作停車場(chǎng)，部分用作機(jī)房，擺放機(jī)電設(shè)備?，F(xiàn)階段，為滿足建筑地上建筑溫度調(diào)節(jié)、熱水供應(yīng)等需求，需要進(jìn)行建筑工程主體部分的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)概述

2.2.1 設(shè)計(jì)負(fù)荷

在該建筑暖通空調(diào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)前，需要以建筑所在區(qū)域供暖指標(biāo)、氣候環(huán)境變化、人員需要等情況為基礎(chǔ)，對(duì)建筑各區(qū)域的溫度調(diào)節(jié)、熱水供應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，并得出如表1 所示的設(shè)計(jì)負(fù)荷數(shù)據(jù)信息。

表1 建筑各區(qū)域的設(shè)計(jì)負(fù)荷

2.2.2 布置方案

在工程項(xiàng)目中，為了在滿足人們對(duì)暖通空調(diào)需要的同時(shí)，盡可能實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的，可以將該學(xué)校內(nèi)的暖通系統(tǒng)分為兩部分，一部分由禮堂、門廳與餐廳共用，另一部分由教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)與辦公區(qū)共用。具體來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)第一部分的暖通系統(tǒng)時(shí)，可以選用地源熱泵作為冷熱源，并按照設(shè)計(jì)參數(shù)的具體要求，為該區(qū)域配備兩臺(tái)制冷量能夠達(dá)到289kW、制熱量能夠達(dá)到288kW 的地源熱泵，并且控制制冷供回水溫度分別是7℃與12℃，供暖供回水溫度分別是45℃與40℃，同時(shí)，使用豎直U型設(shè)計(jì)法，將埋管換熱系統(tǒng)布置在學(xué)校的操場(chǎng)下，孔深約為120m，相鄰的孔間距為5m。在設(shè)計(jì)第二部分的暖通系統(tǒng)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)低碳減排的目標(biāo)，可以為其配備三種形式的冷熱源設(shè)備，首先，在夏季，為滿足人們對(duì)降低室內(nèi)溫度的需要，可以采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)供應(yīng)冷氣； 其次，在冬季，為滿足人們對(duì)提升室內(nèi)溫度的需要，可以采用鍋爐供應(yīng)熱水，并且將出水溫度控制在95℃左右，回水溫度控制在70℃左右，然后利用換熱設(shè)備實(shí)現(xiàn)熱量交換的方式，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的上升； 最后，為進(jìn)一步降低暖通空調(diào)使用過(guò)程中對(duì)于能源的消耗，可以通過(guò)在建筑頂部區(qū)域設(shè)置太陽(yáng)能面板，并將收集的熱能轉(zhuǎn)化為生活用水的熱能的方式，在滿足人們對(duì)生活用水溫度需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。

2.3 技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 建立暖通空調(diào)數(shù)據(jù)平臺(tái)

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)軟件也層出不窮，類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)分析、流程編輯軟件的使用，不僅可以進(jìn)一步提升暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，還能對(duì)數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行有效的完善，從而使暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)圖能夠兼容各類軟件的使用要求。在進(jìn)行該建筑工程設(shè)計(jì)前，為實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)暖通空調(diào)建模與其他軟件間信息的有效交互，應(yīng)建立合適的數(shù)據(jù)平臺(tái)，并提供相應(yīng)的技術(shù)轉(zhuǎn)化接口，構(gòu)建綜合型的數(shù)據(jù)平臺(tái)，提升數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化分析工作的效率。在進(jìn)行暖通空調(diào)工程施工過(guò)程中，為進(jìn)一步提升工程的施工質(zhì)量，施工的各個(gè)階段都需要設(shè)計(jì)圖紙的支持，因此，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，同樣成為了保證圖紙信息有效在數(shù)據(jù)平臺(tái)上傳輸、共享、使用的有效性。

2.3.2 融合BIM與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)模型的有效存儲(chǔ)，需要將BIM技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行有效的融合。具體來(lái)說(shuō)，暖通空調(diào)工程三維模型中包括工程建造周期、工程施工建材等信息，在工程施工的各個(gè)階段都能為工作人員提供參考，現(xiàn)階段，為實(shí)現(xiàn)模型信息的有效共享，降低信息的讀取難度，可以將BIM技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行融合，為暖通空調(diào)工程模型提供信息共享、讀取功能，同時(shí)利用信息模型實(shí)現(xiàn)不同的項(xiàng)目信息的存儲(chǔ)。需要注意的是，在BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，為避免信息的傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響暖通空調(diào)工程模型的讀取質(zhì)量，需要保證模型在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)方式能夠滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。舉例來(lái)說(shuō)，在該建筑工程暖通空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)管系統(tǒng)的信息管理過(guò)程中，可以在設(shè)計(jì)時(shí)將風(fēng)管、閥門等信息先輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，在完成BIM技術(shù)建模工作后，BIM軟件可以在較短的時(shí)間內(nèi)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取相應(yīng)部件的信息，并形成模型設(shè)計(jì)情況的分析數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到后續(xù)設(shè)計(jì)與工程施工過(guò)程中，可以為管道、閥門等部件的排布及安裝提供參考。

2.3.3 確認(rèn)施工地點(diǎn)地理信息

為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量能夠滿足學(xué)校方面對(duì)工程施工情況的預(yù)期需要，在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)前，需要利用BIM技術(shù)中的地理信息確認(rèn)技術(shù)對(duì)工程施工地點(diǎn)的室外標(biāo)高定位、管線鋪設(shè)情況等信息進(jìn)行確認(rèn)，然后通過(guò)直接將信息導(dǎo)入到BIM系統(tǒng)中的方式，為后續(xù)暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)所在區(qū)域的建筑地形進(jìn)行有效的模擬，便于進(jìn)一步提升暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)的精確度。

2.3.4 構(gòu)建暖通空調(diào)BIM模型

為實(shí)現(xiàn)管線的綜合設(shè)計(jì)與專業(yè)BIM三維模型的出圖，在該建筑暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以搭建基于BIM技術(shù)的Revit三維模型。具體來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先，可以利用RevitMEP軟件，新建機(jī)械樣板文件，然后將預(yù)先掃描得出的建筑模型的軸網(wǎng)與標(biāo)高利用“復(fù)制/監(jiān)視” 功能，進(jìn)行鏈接，建立暖通空調(diào)施工所在區(qū)域的專業(yè)樓層平面與樓層標(biāo)高。其次，將新建的樓層平面復(fù)制下來(lái)，并細(xì)化不同樓層平面的功能，添加空調(diào)風(fēng)管、水管系統(tǒng)。最后，按照暖通空調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，將樓層平面的暖通系統(tǒng)進(jìn)行合理劃分，為后續(xù)模型的搭建與后期設(shè)計(jì)圖的出圖提供便利。需要注意的是，在暖通空調(diào)繪制過(guò)程中，應(yīng)在風(fēng)管繪制時(shí)設(shè)置保溫參數(shù)，在水管繪制時(shí)設(shè)置保溫、坡度等參數(shù)。

2.3.5 構(gòu)建暖通空調(diào)系統(tǒng)族庫(kù)

在BIM技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，“族” 文件是模型構(gòu)建的重要支撐，在暖通空調(diào)工程的準(zhǔn)備階段，為保證建模工作的順利進(jìn)行，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目所需的“族” 文件進(jìn)行初步的整理分析。具體來(lái)說(shuō)，族文件中應(yīng)包括不同型號(hào)的地源熱泵、風(fēng)機(jī)、不同管徑的風(fēng)閥、水閥等信息，并且在族文件建立時(shí)，為保證文件的有效性，需要由專人對(duì)建立的文件進(jìn)行檢查，保證每個(gè)族文件中的“族” 型號(hào)、尺寸均與樣本相同。同時(shí)，“族” 文件的命名應(yīng)符合對(duì)應(yīng)系統(tǒng)族、注釋族的分類存檔要求。

2.3.6 暖通空調(diào)工程BIM出圖

在完成暖通空調(diào)系統(tǒng)的初步BIM 三維模型設(shè)計(jì)后，應(yīng)對(duì)模型的具體情況進(jìn)行分析，觀察模型中是否存在管線交叉、緊靠的情況，若存在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，并且通過(guò)為模型添加一定系統(tǒng)構(gòu)件的方式，對(duì)暖通空調(diào)工程二維、三維圖紙的表達(dá)情況加以完善。然后依據(jù)暖通空調(diào)工程的專業(yè)出圖需要，補(bǔ)充圖紙的管道標(biāo)高、尺寸、機(jī)械設(shè)備、系統(tǒng)名稱等部分的注釋族，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)圖的標(biāo)準(zhǔn)性。同時(shí)，為便于學(xué)校方面對(duì)圖紙的分辨，在提供給學(xué)校方面的平面圖紙上還需要標(biāo)出管線的尺寸與標(biāo)高，管線翻彎處的平面定位情況，對(duì)于管線、設(shè)備較為密集的區(qū)域，則需要提供相應(yīng)的剖面視圖與三維視圖，進(jìn)一步降低學(xué)校方面分析圖紙的難度。

2.3.7 Navisworks軟件的應(yīng)用

Navisworks軟件可以為BIM技術(shù)提供動(dòng)畫編輯功能，在暖通空調(diào)工程模型設(shè)計(jì)后期，可以利用這一軟件的實(shí)時(shí)漫游與審閱功能，對(duì)模型進(jìn)行后期處理，及時(shí)找出模型中的錯(cuò)誤，降低因設(shè)計(jì)失誤的存在導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)返工的可能性。在該建筑暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要應(yīng)用了Navisworks軟件中的碰撞檢測(cè)與視點(diǎn)動(dòng)畫功能對(duì)項(xiàng)目的管線進(jìn)行了碰撞檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，在開展碰撞檢測(cè)過(guò)程中，先將基于Revit軟件的BIM模型與建筑模型導(dǎo)入到Navisworks軟件中，再利用軟件的碰撞檢測(cè)功能對(duì)BIM模型進(jìn)行檢測(cè)，然后參照碰撞報(bào)告中的碰撞圖元ID，查找RevitMEP模型中存在的碰撞點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行修改，通過(guò)重復(fù)上述步驟，直至不存在碰撞點(diǎn)的方式，切實(shí)解決模型中的所有碰撞問(wèn)題，從而達(dá)到綜合優(yōu)化管線的目的。在進(jìn)行視點(diǎn)動(dòng)畫檢測(cè)時(shí)，Navisworks軟件的視點(diǎn)動(dòng)畫功能能夠?qū)⒃圏c(diǎn)對(duì)象的位置變化與移動(dòng)情況表示出來(lái)，在該暖通空調(diào)工程中，可以選取多個(gè)特定的位置用動(dòng)畫模擬的方式，將管線排布較為密集的區(qū)域展示出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)該區(qū)域信息的有效傳遞。

2.4 技術(shù)分析

在本次建筑工程施工過(guò)程中，為進(jìn)一步提升暖通工程項(xiàng)目管線排布的展示效果，BIM技術(shù)主要被應(yīng)用于設(shè)計(jì)建模與管線綜合兩方面，在提升設(shè)計(jì)人員檢查管線之間是否存在碰撞問(wèn)題、設(shè)計(jì)優(yōu)化工作開展便利性的同時(shí)，專業(yè)BIM模型的生成可以向施工方與學(xué)校方更為清楚地展示暖通空調(diào)線路的設(shè)計(jì)效果，為后續(xù)工程質(zhì)量的提升提供了可靠的保障。

2.4.1 表達(dá)方式

如圖1 所示為該工程BIM設(shè)計(jì)三維模型中的部分管線排布圖像，相較于傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計(jì)軟件，BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)過(guò)程中并不需要利用投影圖像對(duì)閥門設(shè)備、管線等部分進(jìn)行圖像表達(dá)，也不需要利用文字描述管線、閥門的具體高度以及部件間的具體間距，而是直接利用三維模型對(duì)管線、閥門的具體排布情況、高度等信息直觀地體現(xiàn)出來(lái)，降低了后續(xù)工程施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)圖的分辨難度。

圖1 暖通空調(diào)工程局部管線排布圖

2.4.2 連接方式

相較于傳統(tǒng)CAD軟件設(shè)計(jì)需要利用管線投影交叉并用文字標(biāo)注實(shí)現(xiàn)管道連接的情況，BIM技術(shù)在表示管線連接時(shí)，可以直接用三維模型對(duì)管線的連接情況進(jìn)行生成，并依據(jù)管道的走勢(shì)實(shí)現(xiàn)管線的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，在管線的連接點(diǎn)位處直接生成角度、中心高度等信息，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)整體系統(tǒng)的有效展示。

2.4.3 成圖效率

盡管利用BIM技術(shù)進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得出的設(shè)計(jì)模型效果更好，但由于BIM技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中需要輸入與建筑工程相關(guān)的管道尺寸、管道連接高度等信息，并且為保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精確度，在數(shù)據(jù)輸入時(shí)，應(yīng)保證輸入信息的準(zhǔn)確性，這一情況的出現(xiàn)在一定程度上增加了暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的工作量，降低了暖通空調(diào)設(shè)計(jì)圖的成圖效果。

2.4.4 管線綜合

在利用BIM技術(shù)進(jìn)行暖通設(shè)計(jì)時(shí)，管線系統(tǒng)可以自動(dòng)生成，不需要對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化，借助管線綜合技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)暖通系統(tǒng)三維模型中管線、部件布置情況的直觀觀察，并且借助BIM技術(shù)自帶的管線碰撞、交叉標(biāo)注功能，降低暖通工程管線布置優(yōu)化工作的難度。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)當(dāng)前我國(guó)暖通空調(diào)施工情況進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，各種設(shè)計(jì)施工問(wèn)題的存在不僅降低了暖通空調(diào)的施工質(zhì)量與使用性能，還會(huì)對(duì)建筑工程整體的安全性造成極為不利的影響，現(xiàn)階段，為保證暖通空調(diào)工程質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期要求，使用BIM技術(shù)對(duì)暖通工程進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為降低工程施工難度的有效舉措之一。