BIM技術在暖通空調工程設計中的應用分析

孫大瑋

（安徽地平線建筑設計有限公司，安徽 合肥 230001）

暖通空調作為一種能夠對室內環境溫濕度進行有效調控的設備，在建筑中的應用越發頻繁，現階段，為了在滿足人們對暖通空調使用需要的基礎上，保證暖通空調設計效果能夠達到相應標準的需要，BIM技術在暖通空調施工過程中得到了廣泛的應用。

1 BIM技術在暖通空調設計中的應用優勢

在暖通空調工程設計施工過程中，若單純使用二維圖紙對暖通空調的結構進行規劃，受圖紙精確度不夠高、暖通空調管路維護機制不夠健全等問題的影響，施工人員、客戶所了解到的暖通空調系統設計施工信息往往存在一定的不足，進而對后續工程施工、人們正常使用暖通空調系統都帶來一定的不利影響，現階段，為提高暖通空調系統信息共享傳遞的效率與質量，BIM技術被廣泛應用到了暖通空調設計工作中。具體來說，BIM技術是一種通過參數整合，對工程項目各項數據信息進行分析模擬，構建相應工程設計建造模型，使工程施工人員與客戶均能通過三維模型對項目構建進行細致觀察的分析的數據化工具。自20 世紀90 年代這一技術提出以來，在我國BIM技術已經從概念普及階段進入到了實踐應用階段，并且住房與城鄉建設部在2011 年公布的《2011—2015 年建筑業信息化發展綱要》 的提出，更是推動了BIM技術在我國建筑行業的發展落實。在當前的建筑工程施工過程中，將BIM技術應用到暖通空調工程的設計工作中，不僅可以有效降低管線規劃設計的難度，還可以使設計單位通過直觀的三維管線模型顯示，在較短的時間內選出最佳的工程設計施工方案，并及時發現方案中存在的不足，然后通過對其進行不斷優化升級的方式，為后續工程施工活動的順利進行提供有效的支持。

2 BIM技術在暖通空調設計中的應用實例

暖通空調的管道系統較為復雜，并且數量較多，在實際施工過程中，極易與電氣、消防等管線發生碰撞，進而造成嚴重的安全隱患，現階段，為切實解決上述問題，在暖通空調工程的設計階段，借助BIM技術構建合適的暖通空調設計三維模型，對水暖管道、通風管道等管道進行合理規劃，不僅成為了降低工程施工過程中錯誤發生率的有效舉措之一，更是推動建筑工程朝著信息化、智能化發展的有效方式之一。

2.1 工程概況

某學校工程建筑總面積為55463m，建筑共六層，地上五層，地下一層，設計高度大25.1m，建筑的地上部分主要用作教學辦公、住宿等，地下部分區域用作停車場，部分用作機房，擺放機電設備。現階段，為滿足建筑地上建筑溫度調節、熱水供應等需求，需要進行建筑工程主體部分的暖通空調設計。

2.2 設計概述

2.2.1 設計負荷

在該建筑暖通空調項目設計前，需要以建筑所在區域供暖指標、氣候環境變化、人員需要等情況為基礎，對建筑各區域的溫度調節、熱水供應負荷進行計算，并得出如表1 所示的設計負荷數據信息。

表1 建筑各區域的設計負荷

2.2.2 布置方案

在工程項目中，為了在滿足人們對暖通空調需要的同時，盡可能實現節能環保的目的，可以將該學校內的暖通系統分為兩部分，一部分由禮堂、門廳與餐廳共用，另一部分由教學區、宿舍區與辦公區共用。具體來說，在設計第一部分的暖通系統時，可以選用地源熱泵作為冷熱源，并按照設計參數的具體要求，為該區域配備兩臺制冷量能夠達到289kW、制熱量能夠達到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，使用豎直U型設計法，將埋管換熱系統布置在學校的操場下，孔深約為120m，相鄰的孔間距為5m。在設計第二部分的暖通系統時，為實現低碳減排的目標，可以為其配備三種形式的冷熱源設備，首先，在夏季，為滿足人們對降低室內溫度的需要，可以采用多聯機空調供應冷氣； 其次，在冬季，為滿足人們對提升室內溫度的需要，可以采用鍋爐供應熱水，并且將出水溫度控制在95℃左右，回水溫度控制在70℃左右，然后利用換熱設備實現熱量交換的方式，實現室內溫度的上升； 最后，為進一步降低暖通空調使用過程中對于能源的消耗，可以通過在建筑頂部區域設置太陽能面板，并將收集的熱能轉化為生活用水的熱能的方式，在滿足人們對生活用水溫度需要的同時，實現能源的節約。

2.3 技術應用

2.3.1 建立暖通空調數據平臺

近年來，隨著信息技術的不斷發展，暖通空調設計軟件也層出不窮，類似項目設計、設計分析、流程編輯軟件的使用，不僅可以進一步提升暖通空調系統設計的合理性，還能對數據平臺進行有效的完善，從而使暖通空調工程設計圖能夠兼容各類軟件的使用要求。在進行該建筑工程設計前，為實現BIM技術暖通空調建模與其他軟件間信息的有效交互，應建立合適的數據平臺，并提供相應的技術轉化接口，構建綜合型的數據平臺，提升數據轉化分析工作的效率。在進行暖通空調工程施工過程中，為進一步提升工程的施工質量，施工的各個階段都需要設計圖紙的支持，因此，構建標準的數據平臺，同樣成為了保證圖紙信息有效在數據平臺上傳輸、共享、使用的有效性。

2.3.2 融合BIM與數據庫技術

為實現暖通空調設計模型的有效存儲，需要將BIM技術與數據庫技術進行有效的融合。具體來說，暖通空調工程三維模型中包括工程建造周期、工程施工建材等信息，在工程施工的各個階段都能為工作人員提供參考，現階段，為實現模型信息的有效共享，降低信息的讀取難度，可以將BIM技術與數據庫技術進行融合，為暖通空調工程模型提供信息共享、讀取功能，同時利用信息模型實現不同的項目信息的存儲。需要注意的是，在BIM技術應用過程中，為避免信息的傳輸出現錯誤，影響暖通空調工程模型的讀取質量，需要保證模型在數據庫中的存儲方式能夠滿足相應的規范要求。舉例來說，在該建筑工程暖通空調系統中風管系統的信息管理過程中，可以在設計時將風管、閥門等信息先輸入數據庫中，在完成BIM技術建模工作后，BIM軟件可以在較短的時間內，從數據庫中調取相應部件的信息，并形成模型設計情況的分析數據，將這些數據應用到后續設計與工程施工過程中，可以為管道、閥門等部件的排布及安裝提供參考。

2.3.3 確認施工地點地理信息

為保證設計質量能夠滿足學校方面對工程施工情況的預期需要，在暖通空調工程設計前，需要利用BIM技術中的地理信息確認技術對工程施工地點的室外標高定位、管線鋪設情況等信息進行確認，然后通過直接將信息導入到BIM系統中的方式，為后續暖通空調工程設計所在區域的建筑地形進行有效的模擬，便于進一步提升暖通空調工程設計的精確度。

2.3.4 構建暖通空調BIM模型

為實現管線的綜合設計與專業BIM三維模型的出圖，在該建筑暖通空調工程設計過程中，可以搭建基于BIM技術的Revit三維模型。具體來說，在設計過程中，首先，可以利用RevitMEP軟件，新建機械樣板文件，然后將預先掃描得出的建筑模型的軸網與標高利用“復制/監視” 功能，進行鏈接，建立暖通空調施工所在區域的專業樓層平面與樓層標高。其次，將新建的樓層平面復制下來，并細化不同樓層平面的功能，添加空調風管、水管系統。最后，按照暖通空調專業設計內容，將樓層平面的暖通系統進行合理劃分，為后續模型的搭建與后期設計圖的出圖提供便利。需要注意的是，在暖通空調繪制過程中，應在風管繪制時設置保溫參數，在水管繪制時設置保溫、坡度等參數。

2.3.5 構建暖通空調系統族庫

在BIM技術的應用過程中，“族” 文件是模型構建的重要支撐，在暖通空調工程的準備階段，為保證建模工作的順利進行，應對項目所需的“族” 文件進行初步的整理分析。具體來說，族文件中應包括不同型號的地源熱泵、風機、不同管徑的風閥、水閥等信息，并且在族文件建立時，為保證文件的有效性，需要由專人對建立的文件進行檢查，保證每個族文件中的“族” 型號、尺寸均與樣本相同。同時，“族” 文件的命名應符合對應系統族、注釋族的分類存檔要求。

2.3.6 暖通空調工程BIM出圖

在完成暖通空調系統的初步BIM 三維模型設計后，應對模型的具體情況進行分析，觀察模型中是否存在管線交叉、緊靠的情況，若存在對其進行優化，并且通過為模型添加一定系統構件的方式，對暖通空調工程二維、三維圖紙的表達情況加以完善。然后依據暖通空調工程的專業出圖需要，補充圖紙的管道標高、尺寸、機械設備、系統名稱等部分的注釋族，進一步提高設計圖的標準性。同時，為便于學校方面對圖紙的分辨，在提供給學校方面的平面圖紙上還需要標出管線的尺寸與標高，管線翻彎處的平面定位情況，對于管線、設備較為密集的區域，則需要提供相應的剖面視圖與三維視圖，進一步降低學校方面分析圖紙的難度。

2.3.7 Navisworks軟件的應用

Navisworks軟件可以為BIM技術提供動畫編輯功能，在暖通空調工程模型設計后期，可以利用這一軟件的實時漫游與審閱功能，對模型進行后期處理，及時找出模型中的錯誤，降低因設計失誤的存在導致施工現場返工的可能性。在該建筑暖通空調工程設計過程中，主要應用了Navisworks軟件中的碰撞檢測與視點動畫功能對項目的管線進行了碰撞檢測。具體來說，在開展碰撞檢測過程中，先將基于Revit軟件的BIM模型與建筑模型導入到Navisworks軟件中，再利用軟件的碰撞檢測功能對BIM模型進行檢測，然后參照碰撞報告中的碰撞圖元ID，查找RevitMEP模型中存在的碰撞點，并對其進行修改，通過重復上述步驟，直至不存在碰撞點的方式，切實解決模型中的所有碰撞問題，從而達到綜合優化管線的目的。在進行視點動畫檢測時，Navisworks軟件的視點動畫功能能夠將試點對象的位置變化與移動情況表示出來，在該暖通空調工程中，可以選取多個特定的位置用動畫模擬的方式，將管線排布較為密集的區域展示出來，從而實現該區域信息的有效傳遞。

2.4 技術分析

在本次建筑工程施工過程中，為進一步提升暖通工程項目管線排布的展示效果，BIM技術主要被應用于設計建模與管線綜合兩方面，在提升設計人員檢查管線之間是否存在碰撞問題、設計優化工作開展便利性的同時，專業BIM模型的生成可以向施工方與學校方更為清楚地展示暖通空調線路的設計效果，為后續工程質量的提升提供了可靠的保障。

2.4.1 表達方式

如圖1 所示為該工程BIM設計三維模型中的部分管線排布圖像，相較于傳統的二維CAD設計軟件，BIM技術在暖通工程設計過程中并不需要利用投影圖像對閥門設備、管線等部分進行圖像表達，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管線、閥門的具體排布情況、高度等信息直觀地體現出來，降低了后續工程施工過程中，設計圖的分辨難度。

圖1 暖通空調工程局部管線排布圖

2.4.2 連接方式

相較于傳統CAD軟件設計需要利用管線投影交叉并用文字標注實現管道連接的情況，BIM技術在表示管線連接時，可以直接用三維模型對管線的連接情況進行生成，并依據管道的走勢實現管線的旋轉調節，在管線的連接點位處直接生成角度、中心高度等信息，實現暖通空調整體系統的有效展示。

2.4.3 成圖效率

盡管利用BIM技術進行暖通空調系統設計得出的設計模型效果更好，但由于BIM技術在應用過程中需要輸入與建筑工程相關的管道尺寸、管道連接高度等信息，并且為保證設計數據的精確度，在數據輸入時，應保證輸入信息的準確性，這一情況的出現在一定程度上增加了暖通空調系統設計工作的工作量，降低了暖通空調設計圖的成圖效果。

2.4.4 管線綜合

在利用BIM技術進行暖通設計時，管線系統可以自動生成，不需要對設計圖進行進一步的轉化，借助管線綜合技術可以實現暖通系統三維模型中管線、部件布置情況的直觀觀察，并且借助BIM技術自帶的管線碰撞、交叉標注功能，降低暖通工程管線布置優化工作的難度。

3 結語

總而言之，對當前我國暖通空調施工情況進行分析后可以發現，各種設計施工問題的存在不僅降低了暖通空調的施工質量與使用性能，還會對建筑工程整體的安全性造成極為不利的影響，現階段，為保證暖通空調工程質量能夠達到預期要求，使用BIM技術對暖通工程進行預先設計，已經成為降低工程施工難度的有效舉措之一。