BIM 正向設計在建筑暖通中的應用

張初倍

（中國中元國際工程有限公司，北京 100089）

1 引言

自改革開放以來，伴隨著我國經濟建設的大規模進行，建筑行業也得到快速發展。建筑行業對國計民生關系重大，我國建筑行業目前正處在由勞動密集型、粗放型向精細化、信息化轉變時期。這種轉變，需要有建筑行業數字信息技術進行驅動及革新。其核心技術便是BIM（Building Information Modeling，建筑信息化模型）。近年來，政府對BIM 技術越來越重視，出臺了一系列鼓勵性政策和規范標準。但目前，BIM 技術在建筑行業設計階段的項目普及率并不高。

2 BIM 技術主要特點

BIM 技術作為建筑行業數字信息化的革新技術之一，在設計階段，較CAD 制圖具有明顯優點。

1）可視性：BIM 技術具有三維可視性。傳統設計制圖習慣多為用CAD 建立的二維線條、圖塊及文字標注信息，來表達平面與剖面相對位置關系；而BIM 技術則直接生成三維模型，可以在模型中以任意角度觀察模型，從而更易暴露出設計中的錯漏碰缺。同時，立體化的展示，可對施工單位進行可視化交底，提高了施工方的讀圖效率，減少理解錯誤與施工返工。

2）協調性：BIM 技術通過鏈接或者工作集形式，可實現模型的實時協調性。通過統一的數據平臺，實時查閱，共享信息，專業間的協作會更為順利流暢。

3）模擬性：可實現消防疏散模擬、建筑風環境模擬、施工工序與工藝模擬等。使得設計方案更加合理；施工技術、安全及質量得到有效保障。

4）信息集成化：模型中的基本單元構件（族）可掛接多種參數信息。保證了項目模型在設計、施工及運維階段交接環節信息的連續性、一致性和準確性。

此外，模型可出圖，可實現與傳統CAD 制圖標準圖例的一致性，滿足曬藍圖及施工要求。

3 應用現狀及面臨的問題

3.1 應用現狀

目前，在設計單位中，BIM 技術應用過程主要有“翻模”和“正向設計”兩種形式[1，2]。其中，根據已完成的二維CAD 圖紙建立BIM 模型，稱之為“翻模”。BIM“正向設計”是相對于“翻模”而言的。BIM 正向設計直接通過三維設計軟件（如Revit 軟件）建立BIM 模型并出圖，其不依賴于二維設計圖紙。前者需要二維設計團隊和BIM 建模團隊，后者僅是一個BIM 設計團隊。“翻模”建立的模型與其設計圖紙沒有聯動性，兩者獨立存在。在設計、施工階段，由于多方審圖意見或房間功能需求變動，難免會對設計圖紙進行修改調整。“翻模”的修改需在傳統二維設計圖紙修改完成的基礎上進行，具有一定的滯后性。而通過正向設計建立的模型，由于模型本身含有二維出圖信息，模型修改和圖紙修改同步進行，較前者具有一定的時效性，避免了一些重復性的勞動。

3.2 面臨問題

3.2.1 設計計算環節

暖通在設計過程中，有冷熱負荷計算、水力平衡計算、風平衡計算等要求。現某些Revit 二次開發插件已實現部分計算功能，但實際應用中，仍有些待改善之處。比如，風管繪制過程中，傳統天正或鴻業在CAD 平臺繪制風管時，會讓風管本身帶有風量、風速、壓損等屬性信息，以方便對風管尺寸進行選擇、風平衡計算及后期修改。而用Revit 繪制風管時，雖然插件可提供這幾項參數的計算，但并未讓該屬性信息附著于管道系統族上，即風管本身未體現該參數信息，這對以后的設計優化或修改造成了不便。又如，對于單體建筑的冷熱負荷計算。傳統方式是利用插件，由暖通設計師創建計算模型，進行冷熱負荷計算、導出計算書。其中，計算模型中的墻、窗、樓板等圍護結構的傳熱系數等參數由建筑專業提供，然后由暖通專業設計師錄入計算模型。而利用BIM 模型進行負荷計算時（插件利用Revit 建立的模型可直接進行冷熱負荷計算并導出計算書），建筑模型是由建筑專業設計師創建，其圍護結構參數、房間空間范圍等亦由其錄入到建筑模型的族參數中。這便與傳統設計習慣存有較大沖突。模型計算參數改由建筑專業設計師錄入，成果卻需要暖通專業設計師對其負責，這種方式給建筑專業增加工作量的同時，冷熱負荷計算結果的準確性也難以保證。

3.2.2 提資環節

傳統的CAD 制圖，下游專業需要上游專業的提資平面圖或剖面圖，方能進行設計工作。為了在圖面中更凸顯本專業的設計內容以及圖面的美觀性，下游專業需要對提資視圖進行冗余信息刪減處理，如刪除建筑平面中詳圖索引符號、門窗尺寸定位等信息。建筑底圖的整理工作，一般都是下游專業各自整理自己的底圖。而采用BIM 出圖時，由于專業間的提資為模型文件，設計師沒有對非本專業模型的修改權限。這便對土建提資模型的格式與內容要求更嚴了。比如，建筑模型中，需有便于機電專業出圖的提資平面視圖。該平面視圖內應顯示結構柱與剪力墻，不顯示梁的信息。同時，結構柱與剪力墻實體填充顯示，建筑輕墻非填充雙線顯示。在建筑模型中，這些提資平面的整理操作內容，由于權限問題，需要由建筑專業設計師在提資前完成。利用BIM 正向設計，機電底圖的圖面處理操作，由下游專業轉移到上游提資專業處，這不同于傳統設計習慣，同時也增多了專業間的協作環節與時間。

3.2.3 出圖環節

BIM 可實現平面、立面、剖面和設計施工說明出圖。其優勢在于立面、剖面出圖。在平面圖管線密集處，以任何位置和角度進行剖切，都可自動生成該處的剖面圖，這明顯減少了剖立面的制圖時間。而對于系統原理圖、軸測圖，利用傳統CAD方式出圖比較簡便，同時也利于后期修改。用Revit 出該類型圖紙，若三維模型與軸測圖有聯動性，則在圖面顯示上會有空間遮擋，影響圖面表達；若未聯動，僅用符號線或模型線創建原理圖，則該出圖方法較CAD 并不占優勢。暖通專業利用BIM 技術進行正向設計的出圖率一般為80%～90%，系統原理圖紙仍需借助CAD 出圖。

3.2.4 審查與施工環節

圖紙審查，現在多數地區是在網上審查平臺上傳PDF 版的圖紙文件進行電子審查；項目施工，施工單位接受的正式圖紙仍是蓋設計單位出圖章的藍圖。現階段，圖紙審圖和項目施工的正式文件仍是二維平面圖紙，仍以二維圖紙形式體現，BIM 三維模型多為輔助文件、協助施工。在這種環境下應用BIM 技術，造成BIM 模型需在滿足碰撞檢查凈高分析、風環境模擬、施工工序模擬等要求下，仍要滿足二維平面圖紙的表達。這便要求族庫的二維表達樣式與傳統的CAD 制圖標準圖例一致。如果前期族庫或樣板文件準備不完善，會嚴重影響設計效率與項目進度。

3.2.5 其他方面

由于BIM 模型具有信息集成化特點，模型的基本單元——族，可以錄入一些參數信息，從而使得模型在成本算量和運維方面得到很好的應用。為保證成本算量的準確性和便捷性，則對模型的細致程度要求高了。比如，管道的保溫材質及厚度，傳統設計方式是在設計與施工說明上注明什么管道系統采用什么保溫材料，多大管徑用多厚的保溫材料。但應用BIM 正向設計，保溫材料可以直接在模型中建立，通過統計模型中的不同保溫材質的量，從而直接計算出管道的保溫成本。再如，傳統設計過程中，會有設備的接管大樣圖，如散熱器、地暖分（集）水器、風機盤管或組合式空調機組接管大樣圖。傳統設計方式是在大平面圖中僅表示設備位置，具體的接管管徑、閥門類型和數量以大樣圖為準。但應用BIM 正向設計，如果成本算量對這些有要求，則需在模型中全部建立準確的閥門閥件。這雖然減少了成本部門的工作量，但增加了設計師的工作量，使本屬于成本部門的部分工作前置到設計階段。同時，交付給客戶的模型會根據不同客戶的使用需求，進行不同的定制，如BIM 模型構件信息錄入與掛接，這都方便了后期的成本算量與運維。

4 改進建議

1）利用Revit 建立模型，需要豐富的產品庫（族庫）和樣板文件。應重視產品庫的更新與維護。各設計團隊，隨著應用BIM 正向設計項目的日益增多，產品庫會越來越豐富與完善，模型創建的前期準備工作便愈加簡單。

2）有些項目設計周期短、工期緊、圖紙量大、系統多。項目在設計和施工中又難免有方案修改、錯誤變更之處。針對短期內便要出設計成果的情況，應投入足夠的人力物力，以滿足項目需求。同時，也應加強BIM 設計師的專業技能培訓，建立完善的BIM 人才體系。

3）仍需要軟件開發商對Revit 的二次插件進行更新維護，改善其在設計方面的功能，提高設計效率，以及擴展BIM 應用軟件或功能模塊，如能耗分析軟件、運行維護軟件等，以便給業主帶來更多的經濟價值。

4）現階段的審圖機制是針對傳統二維設計出圖制定的。為滿足審查需求，模型在出圖模式中需與CAD 制圖標準圖例一致。應用二維時代制定的制度審核三維或多維時代的產物，必然會限制其前進的步伐，但仍阻擋不了其成為未來行業主流方向的發展趨勢。針對BIM 正向設計的智能化審核與交付體制改善，有待進一步研討。

5 結語

通過結合近幾年的BIM 工程項目，從暖通專業的設計計算環節、提資環節、出圖環節、審查和施工環節，分析了普及BIM 正向設計的困難所在。相較于傳統CAD 設計制圖模式，BIM 正向設計在制圖深度和精度上存有很大差異，這大大增加了設計師的工作量。面對諸多應用BIM 技術過程中暴露的問題，提升設計效率是促進其發展的第一要務。目前，建筑行業的數字化、信息化發展水平以及普及率還比較低，提升空間還很高，BIM 技術的應用潛力還很大，還有待發揮其真正的價值所在。