暖通空調設計中BIM技術的運用分析

陸鵬本

（甘肅省建設設計咨詢集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著建筑暖通行業及空調技術的不斷發展，暖通空調系統構成越來越復雜，而功能越來越完善。在暖通空調設計工作中需綜合考慮采暖、通風及空氣循環等問題，傳統的設計技術及設計理念已無法滿足暖通空調的發展要求，急需采用先進的技術提高暖通空調設計水平[1]。而BIM技術這種建筑設計方法的出現及應用對暖通空調設計有著極大的積極影響，不僅可以通過三維建模彌補傳統二維圖紙的不足，使設計過程更加直觀、立體、可視，而且也使暖通空調專業與土建等其他專業的溝通更密切，避免了結構碰撞問題，減少了設計變更，有助于提高整個項目的效益[2]。因此，針對BIM技術在暖通空調設計中的運用進行研究有著重要的現實意義。

1 BIM技術概述

BIM技術屬于一種建筑信息模型技術，其作為一種新興的建筑設計方法很快在建筑行業得到了推廣及應用，是繼CAD后的第二次設計改革。與傳統的二維設計圖紙相比，BIM不僅可以實現三維，還可以實現四維（空間+時間），甚至更多維度的設計目標。在設計過程中，設計人員只要將所需的建筑信息全部導入BIM系統中，BIM系統便會自動生成相對應的立體模型，以供相關人員清楚了解項目各環節的情況，便于及時發現潛在問題及風險，從而提前進行整改，使設計方案達到最優[3-5]。BIM技術的應用可以有效提高工程設計信息及設計過程的集成化水平，對工程設計實現信息化發展有著深遠的影響。

2 暖通空調設計中BIM技術的特點

2.1 可視化特點

可視化特點即通過BIM技術可以直觀看到暖通空調設計過程的每個細節，從而可以更好地把控暖通空調設計質量。而傳統的暖通空調圖紙設計時，均是采用二維圖紙設計法把所有構件信息和數據都標到圖紙上，這樣很難直觀地看出暖通空調的三維效果或者安裝效果，基本都是憑經驗去想象最終的效果，這樣不僅難以及時發現問題，而且無形中也增加了后續施工的難度。而通過BIM技術平臺，設計人員可以將暖通空調的各構件信息錄入到平臺中構建出對應的仿真模型，直觀地展現出設計效果，同時，也可以標注構件尺寸，并根據需要對不同構件標上不同顏色，使人們可以清楚地看到各構件間位置關系[6]。此外，BIM技術的可視化優勢不僅體現在設計效果的展示和自動生成報表方面，更重要的是也可以保證暖通空調設計和施工及運營溝通、討論及決策均在可視化的狀態下進行，極大地提高了暖通空調項目整體的工作效率。

2.2 數據共享特點

BIM技術在暖通空調設計中的另一重要特點就是數據共享。因為暖通空調不僅內部元器件多，構成復雜，而且所涉及的施工環節也比較多，所以如果哪個細節出現問題必然會影響整個暖通空調項目的質量及進度。因此需要做好暖通空調的整體規劃并與其他專業密切配合及溝通。傳統暖通空調設計中，時常會出現信息孤島、各專業溝通不及時等問題。而引入BIM技術平臺則可以實現數據信息共享，加強暖通空調專業與其他專業之間的溝通，協同工作，提高暖通空調設計的科學性及合理性，減小后期設計變更風險，保證項目建設進度及質量。同時，通過BIM的數據共享，相關技術人員能夠實時掌握土建結構及水電設備等數據及信息，從而為暖通空調的安全高效安裝奠定了基礎[7]。

3 案例分析

3.1 案例項目概況

某中學校區建設項目，建筑總面積為67 930 m2，主要工程包括教學樓，辦公樓、宿舍樓和其他相配套的設施。建筑類型采用的是多層公共建筑形式，高度為24 m，地上建筑以5層為主，主要包括教學樓、辦公樓、禮堂及宿舍等，個別樓配有地下一層，主要是用于停車場及機電設備用房等。

3.2 暖通空調設計概述

3.2.1 負荷計算

該項目中選用DeST能耗計算軟件對暖通空調的全年冷熱負荷情況進行了全面細致的計算，具體計算結果見表1。

表1 暖通空調系統全年冷熱負荷計算結果

3.2.2 冷熱源設計

（1）禮堂、門廳、餐廳

該項目中空調冷熱源選用的是地源熱泵系統，即在負一層的冷熱源機房內裝配2組地源熱泵，每組地源熱泵的額定制冷量及制熱量分別是289 kW、288 kW。制冷過程中，冷水的供水溫度及回水溫度分別為7℃、12℃，水源端的溫度是29℃/34℃。制熱過程中，熱水供水溫度及回水溫度分別為45℃、40℃，水源端的溫度是9℃/5℃。地埋管的換熱孔為豎直雙U型設計，共計有144個，均埋設在操場下面，間距為5 m，孔深為120 m。全年累計可以釋放133 535 kW·h的冷量及134 524 kW·h的熱量，土壤的冷熱平衡比以0.99為準。

（2）教室、辦公室、宿舍等區域

在冬季進行供暖時，一次熱水主要是校區的鍋爐房提供，熱水的供水溫度及回水溫度分別為95℃、70℃，并且可以經換熱器換熱之后可實現二次供熱，供熱的供水溫度及回水溫度分別為85℃、60℃。在夏天需要供冷時，供冷設備主要以多聯機空調系統為主。此外，也在宿舍樓的樓頂上安有太陽能熱水器，保障洗澡熱水供應。

3.2.3 空調供暖方案

該項目中，根據實際需求針對不同的建筑設計了相適應的空調供暖方案：對于辦公樓和教學樓等，擬定選擇多聯機空調+散熱器的方式進行供暖；對于宿舍樓，擬定以散熱器供暖為主，并且為了方便以后有需要安裝分體空調，也預留的相應安裝位置；對于禮堂，擬定選擇定風量全空氣熱回收空調系統進行供暖，這樣可以確保在過渡季或者啟動公共衛生應急方案時依然可以實現70%新風運行；對于風雨操場、小報告廳及室內活動空間，擬定采取散熱器供暖；對于禮堂門廳，擬定采取定風量全空氣熱回收空調系統+地板輻射供暖，其中定風量全空氣熱回收空調系統可以在過渡季或啟動公共衛生方案時可以實現全新風運行；對于食堂，擬定采取風機盤管+循環風空調+新風系統供暖。

3.3 BIM技術應用

3.3.1 BIM軟件選擇

MagiCAD軟件分為兩種，一種是基于Revit平臺研發的，一種是基于CAD平臺研發的，且這兩種MagiCAD軟件在工程設計領域均有著廣泛的應用，特別是在機電領域是常用的建筑信息模型軟件。因為該項目設計中設計人員均會熟練使用CAD，所以最終選擇使用MagiCAD軟件進行設計。

3.3.2 BIM工作范圍選擇

該項目中，主要是用BIM軟件對教室、餐廳和負一層機電集中區等區域的暖通空調系統進行設計，主要包括空調的風系統和水系統、散熱器供暖系統、地源熱泵系統及換熱站等內容。

3.3.3 BIM實踐內容及成果

該項目中應用BIM的實踐內容及成果見表2。

表2 BIM實踐內容及成果

3.3.4 BIM設計與二維設計的區別

通過在該項目中應用BIM技術進行設計實踐發現，BIM設計和二維設計有著明顯的不同，主要體現在以下幾個方面。

（1）表達方式

二維設計法的主體是線。簡而言之就是利用線條疊加或者組合在二維圖紙中表達暖通空調、管線及閥門等構件的外形及位置，并且也需配有文字說明構件的高度、尺寸等。

BIM設計法的主體是立體模型。簡而言之就是把既有的暖通空調信息及配件信息等錄入到BIM系統中便會得出相應的模型，且通過模型可以清楚了解暖通空調及配件的高度關系和尺寸情況等。

（2）繪制方法

暖通空調的二維設計，是通過組合線條來表達暖通空調及其配件的投影關系，并添加數值及文字等來對設備、管線連接和位置情況加以說明。利用BIM技術設計暖通空調則是通過點和面的組合來表達設備、管線連接及位置情況。如圖1所示的空調水管支管登高連接，可以明確表示BIM設計與二維設計兩種繪制方法的區別。

圖1 管線登高

（3）產品（族）庫的應用及完善

暖通空調二維設計過程中，基本都是以圖塊等來表示某一空調設備（比如制冷機、空調機組、風機及水泵等）的投影輪廓線。

而利用BIM設計暖通空調的時候，則是在建立軟件的產品（族）庫內直接找出合適的設備模型，并加入到整體模型中即可。由此可見，BIM設計時產品（族）庫中模型的豐富程度對暖通空調設計工作效率有著很大影響。同時，產品（族）庫內存儲的模型也都配有產品外形尺寸及性能參數等，屬于是BIM模型不可缺少的一部分。另外，通過BIM軟件中產品制作功能，可根據實際需要修改構件尺寸等參數，從而形成新的構件。接著利用項目管理功能端口把做好的構件連接到BIM系統中，便能夠自動生成新構件模型。

（4）專業協作

暖通空調的二維設計，主要是由各專業間用平面圖及剖面圖等進行協作而實現的，這就要求設計人員必須有充足的專業知識作支撐才能想象出暖通空調系統各構件的形狀、位置等，并設計出來，同時設計過程中也要充分考慮各構件間不能出現沖突或影響，否則會給后期施工帶來很多麻煩。若設計人員經驗不足、或專業知識儲備不夠，或暖通空調系統結構復雜的情況下，只通過平面圖、剖面圖等是難以充分表達出實際效果的，進而也會影響各專業間的協作。

利用BIM進行暖通空調設計時，各專業可通過立體、直觀的建筑信息模型來實現協作，同時，在模型中各專業人員可以清楚了解和掌握暖通空調系統各構件的形狀及位置等信息，可有效避免因設計表達不清而導致專業間協作出現問題。另外，各專業也可在BIM模型中實時查找所需資料和進行信息共享，溝通更加密切，因此更利于協同工作[8]。

（5）管線綜合

綜合管線二維設計過程中，主要是通過繪制相應位置的管線剖面圖來表達意圖，手工繪制圖紙工作量很大。

而利用BIM技術進行綜合管線設計，可以使所有區域的管線都能清晰可見，管線之間是否存在交叉或者碰撞也是一目了然，若需要添加或刪減內容，直接在BIM系統中輸入或刪除相關數據即可，不用再額外繪制新模型，方便且實用。

（6）設計成果

二維設計的暖通空調系統方案主要包括二維設計圖紙及相關文字說明，需要相關人員具有比較豐富的經驗及專業知識才可以讀懂及理解設計的內容及意圖。

而BIM設計處理的暖通空調系統模型中既包括暖通空調設備，也含有管道材質、熱工性能等信息，想要了解哪里就點開模型上的相應位置，便可以看到該位置的設備及管線安裝情況。

4 結束語

綜上所述，在暖通空調設計中，BIM設計與二維設計有著非常大的區別，BIM設計不僅具有可視化、信息化等特點，可以提高暖通空調設計的效率、準確性及完整性，而且也能夠加強各專業間的溝通，實現協同工作，減少設計變更及資源浪費，使施工成本得到合理降低，進而可以在確保暖通空調系統良好運行的基礎上，促使整個項目實現最大化的效益。