BIM正向設計在復雜公建項目暖通專業上的應用探究

摘要：采用BIM技術，完成暖通空調系統建模工作，對關鍵節點完成碰撞調整，在項目的設計階段成效顯著。以公建項目為例，闡述了BIM正向設計在暖通專業設計中各個環節的關鍵點，為類似項目順利推進提供參考。

關鍵詞：BIM正向設計； 復雜公建項目； 暖通專業

中圖分類號：TU806文獻標志碼：A

0引言

BIM技術實質上是數字化的建筑技術，為未來建筑提供徹底改變當代建筑設計和運行維護的機會，它應用的最大價值在于打通建筑的全生命周期 ［1］。但是，BIM技術的具體實施有其復雜性，遇到了技術、資源、管理等多方面的限制，國內在過去十多年的工程實踐中，大多采用BIM模型作為CAD設計成果的驗證，通常稱為“翻模”［2］。實現BIM的正向設計，對于復雜公共建筑中設備管線較多，可以避免翻模帶來的重復工作，為建筑業的發展帶來巨大的效益，使得規劃設計、工程施工、運營管理乃至整個工程的質量和管理效率得到顯著提高。

1暖通專業BIM正向設計

復雜公建對于暖通專業來說工作量較大，特別對于南方無集中供暖地區的設計團隊，暖通設計人員配置不足，但是施工圖時間節點通常以土建的節奏為準，相對二維設計，BIM設計效率較低。暖通在復雜項目中采用BIM正向設計，需要面對的兩個問題，一是時間緊、二是任務重，同時設計過程如果出現修改，BIM模型的修改量很大，所以在設計之前要科學地進行任務分解和團隊分工。

在任務分解上，可以首先采取拉長專業設計周期，合理前置設計任務。復雜項目往往會凈高較長時間的建筑方案設計。通常的二維設計中，此階段暖通專業并未開展實質工作，但為了減輕后期工作壓力，暖通可以做工作：冷熱負荷估算、設計說明的通用部分、調試項目需要的BIM樣板和族庫。隨著建筑方案的深化，會提供DWG格式的平面圖紙，當功能布局基本穩定后，暖通專業負責人可以開展用PL線在CAD方案圖，初步開展防排煙系統、空調風系統、水系統主管路由布置，平面末端路由基本未完成后，進行專業方案評審，邀請專業的校對、審核審定及專業內部設計制圖人員同時參加，既是對設計制圖人員的交底，同時也是拉通校審專家，評審暖通系統方案，避免后期開展BIM設計時，因為方案問題導致返工。暖通設計方案評審結束以后，需要梳理對建筑立面效果影響較大的百葉及風井位置，還有暖通的主要風管水管的走向對凈高的影響，將不利因素提供給建筑、裝飾等專業，共同針對不利因素進行評價，提前找出應對方案。

在團隊分工方面，分工的目標是在滿足項目時間節點的前提下，提高效率、保證質量。提高效率的主要原則是減少盡可能減少專業內參與人員，協助會帶來信息交圈成本，故溝通成本等非必要不增加內部協助人員。暖通專負是關鍵崗位，負責前期的資料收集，系統方案的確定，組織專家評審，負責檢查BIM模型的落地情況，設計團隊內部及外部協調對接，并跟水電設計人員初步商定風管、空調水管等主要模型的高度。BIM模型設計階段，可以根據節點和BIM人員狀況，安排較多的BIM設計人員介入，起初階段鏈接暖通的CAD方案圖紙進行建模，每個建模人員可以在建筑發布的統一軸網上分層建模，快速形成暖通系統主要設備圖紙。地下室、屋面、一層及標準層是獨立的任務單元在建模人員分配時可以按著單元分配。豎向的加壓、排煙、新風、空調水立管等豎向系統，獨立建模，便于核對建筑結構模型的準確性，特別是管井內梁的位置。暖通專業BIM正向設計流程詳見圖1。

建模過程可以參考的相關標準：GB/T 51212-2016《建筑信息模型應用統一標準》、GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類和編碼標準》、GB/T51235-2017《建筑信息模型施工應用標準》、GB/T 51301-2018《建筑信息模型設計交付標準》、JGJ/T 448-2018《建筑工程設計信息模型制圖標準》、STG114-2022《建筑信息模型數據存儲標準》及相關企業的內部標準。

暖通設計正向涉及的相關軟件是Revit及二次開發的平臺，暖通設計常用的插件包括BIMSpace機電及機電深化、MagiCAD及紅瓦科技提供的族庫大師、建模大師級設計協同大師，還有檢查模型的工具Navisworks、Fuzor或Lumion。

2專業間的協作

BIM設計對比CAD二維設計比較大的不同是模型修改量較大，但是設計過程修改是沒法避免的［3］。通常項目周期緊張，暖通專業屬于中游專業，建筑方案還沒穩定下來，施工圖就開始配合了，雖然是正向設計，但不建議配合階段就采用BIM軟件，仍采用CAD跟建筑專業提資機房、管井等，同步進行專業內部的主要選型計算及主要系統路由方案繪制，待建筑條件基本穩定后，多安排BIM人員建模，在盡量短的時間內通過中心文件的形式完成初模搭建。暖通設計給電氣設計的提資，通過Revit軟件建立提資模板完成。管線綜合階段，機電合模，三個專業設計需要拉通人力分配，可以提高信息共享性避免無效溝通，進而提高效率［4］。水電專業相對地上地下管線校多，可以負責地下室的管線綜合，地上部分及屋面以暖通管路為主，可由暖通專業負擔調整管綜。

3設計質量保證

BIM正向設計工作，相對CAD設計較為流程較為復雜，有觀點認為需要引入國際標準化組織（ISO）的質量管理體系［5］，但是目前設計院BIM沒有完全普及，特別對于年齡較大的審核、審定崗位，直接校審BIM成果有一定的困難。可以每周導出一版.DWG和.nwf格式文件，采用CAD按著通常的校審做法進行，通過可視化工具查看nwf格式的模型效果。這個做法雖然校審有一定的滯后性，但是也可以滿足質量需求，另外采用這種方式校審，不需要打開模型，可以有效提升校審質量，針對有爭議問題，校審人員可以跟BIM工程師直接針對模型溝通。

4案例分析

4.1項目概況

本項目位于合肥國家級高新技術產業開發區，集商業綜合體、銷售型商業、超高寫字樓為一體，其中商業綜合體面積約9.5萬m2，地上5層，建筑高度29.4 m；地下2層，建筑面積約8.5萬m2；超高層寫字樓面積8.3萬m2，39層，179 m。商業綜合體部分采用的BIM正向設計，超高層辦公樓采用BIM翻模（圖2）。

4.2設計過程

項目周期跨度約8個月，進度流程詳見圖3。暖通設計總投入，專負1人、副專1人，建模人員5人，暖通專業負責綜合體地上部分的機電綜合，投入3人。采用的標準為國家標準：《建筑信息模型設計交付標準》；設計企業標準：《模型審查標準》；建設單位標準：《龍湖天街建造標準》、龍湖《BIM模型信息標準》《機電管線排布標準》《 CBB標準模塊》。

項目模型組織方式見圖4，暖通設計在初模階段，建模人員單機建模，合模后均在本地服務器完成協同作業。暖通設計出圖清單為：各樓層通風、空調及消防平面，風幕、水系統等相關平面大樣均為Revit軟件；圖紙目錄、設計說明、材料、各系統原理圖等為CAD。圖5為暖通設計團隊負責調整的商業總圖地上部分管綜模型圖紙。

4.3難點及措施

4.3.1提資問題

（1）土建提資：通過CAD協同提資后，建筑先返到CAD圖上，然后再落到BIM中，比如夾層的風機房，落資較遲，暖通設計在BIM中直接繪圖時，BIM中無機房條件，只能初步放置風機等，帶來后期反復調整。

（2）電氣提資：暖通BIM中繪圖，電氣設計接受的CAD條件，需要為電氣提資專門設置提資樣板，每次需要單獨導圖，相對于CAD協同提資，及時性或便利性不足。

（3）接受結構設計的條件：結構設計需要先進行電算，導出二維模型后翻模，結構模型更新很不及時，暖通BIM設計，需要一邊對著結果的CAD圖，一邊改模型，無法直接核查結構的BIM模型。

4.3.2管綜設計問題

水電暖設計分專業單獨建模后，地上部分暖通設計調整管綜，水電模型，需要調改的，仍然需要介入調改，需要復返拆分和合模，效率很低。

4.3.3校審問題

由于電腦配置及校審人員對BIM的熟悉程度不足。

最后采用的模式，采用Navisworks查看三維，結合項目網盤，在網盤審查圖紙，仍然采用CAD版公司質量管理流程。

4.3.4管綜路由規劃

各專業內二維未進行主要管線路由排布，在BIM反向階段進行深化時間太長，占用了三維建模時間。

改進措施：應在BIM正向、反向開展前進行主要路由規劃、管綜排布、設備布置，根據專負、校對等意見修改后進行優化調整，再介入三維模型搭建。

4.3.5設備房間聚集

機電專業所需機房布置聚集在一處，導致管線在豎向空間交叉嚴重，管綜調整難度大，嚴重影響地下車庫局部凈高。建議在設計初期機電三個專業所需機房布置優化好方案，盡量避免設備房間聚集在一處，有效保證車庫凈高。

4.3.6管綜原則

前期正向設計開展前未進行充分論證，各方意見未及時收集整合，后期管綜原則有所調整。

改進措施：合模機電設計深化，與建設方確定前場公區、后勤走道、商鋪、電梯廳等管線方案。

5總結

本文結合具體項目，針對暖通專業開展BIM正向設計過程進行全面分析，總結了在項目實施的過程中幾個關鍵點：

（1）效率提升：BIM修改工作量較大，推遲啟動BIM建模，前置項目方案、設計工具的準備、項目統一技術措施的等工作準備，待土建模型穩定以后，全面開始建模，可大大避免返工，提高設計效率。

（2）提資協作：風機房、風井主要提資在CAD中完成，BIM模型僅為校驗；針對較大管路路由處，提請結構專業方案階段關注，避免設置大梁影響空間凈高；電氣專業提資在BIM中完成，管綜階段逐步修改。

（3）質量管理：模型直接校審不變，且校審人員BIM技術不足，推薦采用BIM導出CAD+可視化工具校審。

（4）人力管理：項目前期，專負全面介入把控全局，初模階段全面增加建模人員，管綜和精模階段控制人力投入，分區域拉通機電設計，專注配合調整模型。人力投入根據項目節點及團隊人員能力分布綜合考慮，平衡好設計進度和質量。

參考文獻

［1］GHAFFARIANHOSEINI A， TOOKEY J， GHAFFARIANHOSEINI A， et al. Building Information Modelling （BIM） Uptake： Clear Benefits， Understanding Its Implementation， Risks and Challenges［J］. Renewable & Sustainable Energy Reviews， 2017， 75： 1046-1053.

［2］楊遠豐.全面BIM正向設計的關鍵技術與管理要點［C］//第八屆BIM技術國際交流會暨新產品展覽會， 2021， 5： 1-11.

［3］蔡財敬.建筑機電（水暖電）BIM 正向設計研究 ［J］. 潔凈與空調技術 CC&AC， 2021（6）： 40-49.

［4］文改黎.某鄰里中心項目暖通空調BIM正向設計應用分析［J］. 暖通空調， 2022（2）： 258-260.

［5］黃高松，焦柯. BIM正向設計的 ISO 質量管理體系研究 ［J］. 規劃與設計， 2018（9）： 74-75.

［作者簡介］辛玉廣（1985—），男，碩士，高級工程師，研究方向為供熱、供燃氣通風及空調工程。