互联网思维下关于暖通空调设计工具的几个设想

2018-08-03汪春华吕利强王春雷

建筑热能通风空调 2018年6期

汪春华吕利强王春雷

1中国建筑设计院有限公司

2国家知识产权局

近年来，随着互联网和计算机信息技术的发展，“互联网+”、“大数据”、人工智能不断切实的改变着人们的生活方式和生产方式。如何借助互联网和计算机技术迅猛发展的浪潮，是众多传统行业正在思考和实践的重要课题。作为传统行业，近年来，建筑设计行业低迷，项目数量减少，但项目设计周期不断缩短，设计修改量变大，设计人员压力加剧，项目品质缺少保障，从设计行业自身来讲，也需要借助互联网和计算机信息技术提升效率，提高生产力，保障产品的价值。本文就计算机和互联网技术在暖通空调设计中的几个运用做出简单的设想，希望对行业在该领域的探索有一定帮助。

1 项目设计与项目管理一体型软件的设想

从计算机绘图取代手绘图以来，计算机一直都是设计师最重要的设计辅助工具，从CAD制图软件，各类制图插件，负荷计算软件，流体模拟计算软件到基于EXCEL的各种计算表格，计算机技术已经大量的运用在今天的暖通空调设计上，扮演着重要的角色。但是，不论是计算软件还是绘图软件，解决的问题依然是点的问题，或局部的问题，没有形成整体的系统构架，无法从项目的全局上实现数据的关联，缺少系统整体的概念。在项目流程的控制上，人与计算机之间，人一直扮演着掌控全局的角色，尽管一些企业运用了一些项目管理的软件，但软件本身仅是起到文件管理作用和作为人员协作的平台，对于项目本身的技术问题并不涉及。作为传统行业，暖通设计的工作流程已经相当成熟，如果依照整个设计流程，建立一个项目设计和项目管理结合的平台型软件，协助设计人员掌控项目的全程，连接各类设计软件和计算软件，调用和中转各类数据库中的数据，对于提高设计效率，校核设计数据，保证设计质量，将有不可估量的作用，笔者称其为“暖通空调设计辅助平台”，后文简称“设计平台”，图1是对该“设计平台”构架的设想：

图1 暖通空调设计辅助平台构架

1.1 “设计平台”各模块简介

“设计平台”模块化的划分暖通空调设计的全流程，各个子模块内部有一定的独立性，便于子模块直接利用现有的设计软件，子模块之间靠标准化的数据接口连接，可相互调用数据和文件，避免了整体性过强，一个环节出错全盘皆错的情况。下面就各个模块的功能做简要设想：

a.项目基础信息库：从项目前期的资料收集入手，记录项目的基础信息，例如项目的城市、市政资料、建筑的类型、体量等，便于后续计算的调用。

b.收取专业资料库：收取并录入各专业的资料，保存各专业的提资文件和图纸，便于查找和调用。

c.建筑图纸建模：建筑提供的图纸很难直接调用数据，改模块以CAD插件的形式出现，用于处理建筑图纸，建立平台可以识别信息的房间模块、防火分区、防烟分区模块等，为后续平台读取建筑信息做前期的处理。

d.负荷计算：与负荷计算软件建立数据接口，读取建筑图纸建模模块的内容，自动提取房间信息。

e.方案选择：该模块提供项目的各类冷热源、空调形式、采暖形式、通风形式等选项。方案选择的结果会影响后续模块中设备选型、设计说明模板生成等内容。该模块内容可以在负荷计算前完成，此时会提供相似建筑的参考冷热指标来协助设计师的方案设计，也可在负荷计算后完成，此时会提供负荷计算结果和分析报表协助设计师的方案设计。

f.系统划分和计算：该模块是平台的核心计算模块，负责完成采暖空调通风房间的参数计算，系统划分，防排烟系统划分，和相应的风量计算、冷热量计算等工作，图2以新风系统划分和计算为例，简单表达了逻辑关系：

图2 新风系统划分和计算

g.设备产品库：根据设备类型、设备厂家收录的设备产品库。可根据设备关键参数检索。本文后续内容会有详细介绍。

h.设备选型：该模块根据“系统划分和计算”模块调用系统的各项设计参数，从“设备产品库”模块中调用产品参数，提供设备选型功能。

I.图纸绘制模块：以CAD插件的形式，与“建筑图纸建模”模块相结合，起到从其它模块向CAD绘图调用数据的功能。例如，可从“系统划分和计算”模块中调用某房间的新风量。

J.水力计算模块：提供便利的水利计算功能，可从其它模块自动调用空调机组的冷热量、散热器的热量、风机盘管的冷热量等数据。

K.专业提资：从“设备选型”模块自动调用设备电量、荷载，提供新风百叶面积计算辅助工具，提供管井面积计算辅助工具，自动生成提资文件等功能。

L.规范、标准、图集：该模块提供了电子版规范、标准、图集，并提供便捷的规范条文检索功能等。

M.项目经验数据库：该模块存储了大量以往项目的信息和经验，提供相近项目的检索、大量项目数据的分析报表、方案建议等多项功能。本文后续内容会有详细介绍。

N.校审查询：该模块为校对审核审定人员的登录模式，在该模式下，校审人员除了传统的校审设计图纸外，还可以方便的查看各项参数的选取和计算数据，同时会记录校审人员的意见，方便设计人员对照修改。

1.2 “设计平台”的特点

1）“设计平台”在技术实现上门槛较低。现有负荷计算软件和绘图软件已经较为成熟，“设计平台”不在此方面做深入开发，而是利用数据接口相互调用数据。由于暖通空调设计本身已较为成熟，其流程稳定，计算方法和计算公式均有据可循，可以用较为简单的计算机编程实现，这使得“设计平台”在计算模块的开发上基本没有技术障碍，更加注重数据、信息的收集整理，界面的人性化设计。

2）“设计平台”实现了设计全程的记录。暖通空调设计的大部分工作都可以在“设计平台”的参与下完成，特别是“设计平台”记录下了各类计算的流程，设计的数据随时可以从“设计平台”中找到，这对于查询、校审提供了极大便利。同时，“设计平台”协助文件的管理，你也可以在“设计平台”中随时找到与各专业协作来往的文件。

3）“设计平台”实现了大量数据的便捷调用。建筑房间、负荷计算、系统计算、设备选型等数据量巨大，平台的各个模块之间可以方便的调用这些数据，避免了多次手动输入数据的重复劳动，可以极大的提高工作效率。

4）“设计平台”提供了数据库和检索功能。“设计平台”提供了设备产品、项目经验、规范标准的数据库，可以采用精确检索或模糊查找来快速获取设计者想要的信息，并且立刻调用到计算流程中，非常便利。

总之，“暖通空调设计辅助平台”是一种集设计计算和项目管理于一体的平台型设计软件，可以辅助设计全程，在完成设计计算、设备选型、生成说明模板等设计功能的同时，提供文件和数据管理的功能，不管是作为商业软件开发，还是企业内部软件开发，笔者认为都具有不错的前景。

2 项目经验数据库的搭建

20世纪90年代以来，中国的房地产和建筑市场迅猛发展，设计行业的企业和从业者积累了大量项目经验和数据，这些项目经验和数据是企业最重要的核心竞争力，行业杂志和各大设计院的图档库也记录下了这些宝贵经验和数据，但是，对于从业人员，如此海量的项目信息和数据，按照传统的方法全部学习实无可能，而从业人员需要了解某些特定信息和数据时，面对茫茫多的项目档案，查找调用也极不方便。借助现代的互联网和计算机技术来处理这个问题，或将成为未来暖通空调专业的一个重要课题。

基于大数据的人工智能早已在互联网、医疗、金融、体育、服务业等领域得到了广泛的应用[1]，正在切实的影响并改变着人们的生产和生活方式。暖通空调设计作为具有大量可用经验并且工作流程相当成熟的传统行业，借鉴“大数据”和“人工智能”的核心思想，可以建立便于查阅检索的电子数据库，提供各类信息数据分析的报表，甚至基于大量数据分析给出项目设计建议，为从业人员带来便利。本文对此设想称为项目经验数据库，后文简称为“数据库”，图3是对该“数据库”的简单设想：

图3 项目经验数据库

2.1 “数据库”的简介

1）“数据库”信息的上传

从结构上看，“数据库”主要包含三大部分：项目信息的上传、项目信息的分类管理和数据库的功能提供。建立统一规格的项目信息存储模板是实现项目信息的上传和分类管理的基础，设计院的项目归档有标准的项目信息填写格式，但是，如果要实现本文对“数据库”更为复杂功能的实现，则需信息更为细化，数据更为具体，这就需要建立分类具体、便于输入的电子上传操作界面，特别需要注意，项目信息的上传和存储必须要分别处理结构化数据和非结构化数据。结构化数据是可以用二维表结构来逻辑表达实现的数据，它可以通过固定的模板上传和读取，是实现项目检索和推荐相近参考项目功能的基础，这些数据包括建筑的形体数据、所在地区、系统采用的形式、冷热源形式以及项目的得失体会等，简单理解，这些信息可以在EXCEL表格内存储和调用；非结构化数据是指不方便用数据库二维逻辑表来表现的数据，包括所有格式的办公文档、文本、图片、标准通用标记语言下的子集XML、HTML、各类报表、图像和音频/视频信息等等，对于暖通空调设计，即DWG文件、PDF文件、项目照片、计算书、审图意见文本、来往公文等，非结构化数据不易分析和检索，需要从中提取特征，如何高效的分析处理大量非结构化数据，这正是大数据相关技术的优势所在。

2）“数据库”提供的检索功能

检索功能分为精确检索和模糊检索，从实现技术的角度看，精确检索比模糊检索要更为简单，也更容易找到设计师需要的项目信息。通过项目名称精确的找到具体项目当然是“数据库”需要提供的基础功能，另外，一些结构化数据可以作为精确检索的选项，帮助设计师找到相近项目的参考，例如项目的建筑类型、规模、所在城市、冷热源系统等，设计师在选项板上做出勾选后，可以找到拥有这些特征描述的项目。除此之外，所有项目都有项目简述字段用于模糊查找功能，例如，输入“能源中心”“大型商业综合体”等关键字，也可以检索出具有类似特征的项目。数据存储的越细致具体，检索的功能就越强大，在前文“数据库”信息的上传中提到的非结构化数据的处理，如果对图纸的信息描述细致，就可以在检索功能上提供更为细致的选型。

3）“数据库”提供的分析报表

设计师在“数据库”中除了调用参考项目，也需要了解类似项目的关键数据分布情况。例如，如果设计师想要了解北京地区5～10万m2写字楼的冷负荷情况，那么显然不可能将所有的类似建筑的冷负荷都查看一遍，“数据库”应该提供关键数据的分析报表，在设计师选择范围后，自动生成“北京地区”、“写字楼”、“5～10万m2”几个关键字下，所有项目的冷负荷平均数、中位数、正态分布图等。如果数据存储的足够细致，“数据库”甚至可以提供例如近十年采用“VRV系统的项目数量分布图”、“酒店项目采用四管制与两管制的比例”等过去很难关注的数据，这些数据或许有助于设计师了解行业的发展动态。

4）基于“数据库”开发具有方案推荐能力的人工智能

“数据库”的方案推荐能力需要分两个阶段去考虑，从基本阶段看，由于“数据库”掌握了大量既有完成项目的方案信息，可以根据设计师输入的描述信息，匹配既往的相近项目，根据相近项目各类方案出现的概率，选择概率最高的设计方案推荐给设计师，同时生成方案设计模板，设计师可以在此基础上修改和深化方案设计。这有些像新闻类APP根据用户常见搜索内容推荐用户感兴趣的内容一样，属于“大数据”时代常见的技术手段。更进一步看，暖通空调设计的方案确定过程，也可以用人工神经网络模型来模拟，依据设计师的各种输入信息综合考虑后，提供给设计师方案必选建议。

2.2 “数据库”设想的可行性

项目信息归档和既往项目经验总结，本来就是设计院和设计师们的平日工作的一部分，“数据库”的开发某种意义上是这部分工作内容的升级版。从应用技术的角度看，精确搜索、简单的模糊搜索、数据报表的生成、甚至基础的人工神经网络模型等技术，基本都是较为成熟的互联网技术，在开发和维护上，对于大型设计院来说并非不可实现。

3 暖通空调产品在线平台的搭建

暖通空调设计中，设备产品选型是十分重要的一步。暖通空调设备种类多，每种产品型式多样，生产厂家众多，不同厂家的产品也有各自特点，对于设计师来说，很难对所有产品都有十分充分的认识，为了确保使用效果，设计师往往更倾向于采用较为熟悉的产品样本，对于新产品的认识，普遍滞后于市场，对采用新型的节能技术缺乏信心。尽管设备厂家会与设计院开展多种交流活动，介绍和推广产品，但是面对海量的产品样本，设计师想在茫茫样本中找到特定的某一种产品，也是极为不便。设备厂家也希望寻找一种便捷、经济、高效的推广产品的手段。本文对此提出了“暖通空调产品在线平台”的设想，简称“产品平台”，如图4所示：

图4 暖通空调产品在线平台

设计师可以使用前文提到的“暖通空调设计辅助平台”来自动调用“产品平台”的产品参数，也可以从“产品平台”直接调用产品参数，并提供便利的设备表生成功能，从根本上解决繁琐的样本查找和参数输入工作，并且可以方便的比较不同厂家的产品，避免出现设备要求苛刻，难以招标的现象。设备厂家作为产品内容的提供方，可以通过厂家登录界面上传产品数据。

“产品平台”的逻辑较为简单，实现的技术难度也可以预期，前文已提到，实现便利的样本查找和参数自动输入是“产品平台”带来的意义之一，但是，从互联网思维考虑，“产品平台”的意义远不止于此。

首先，“产品平台”对前文所提出“暖通空调设计辅助平台”有重要的提升意义。前文提到便于调用的设备产品库是“设计平台”功能实现的重要一环，事实上，如果采用设计院已收集的产品样本来建立设备产品库，一样可以实现“设计平台”的基础功能，但是，从使用新产品，做多厂家的产品比较的角度看，单纯由设计院建立的电子设备产品库是无法实现的，只有调动全行业设备厂家的积极性，建立实时更新的“产品平台”才能保证“设计平台”所采用产品数据不落后与市场。

第二，“产品平台”是设备厂家宣传新产品的广告平台。一旦“产品平台”成为设计师工作环节中必备的工具，从“产品平台”上宣传新产品将成为非常有效的方式。设备厂家可以将本公司的新产品在选型中置顶，或者作为默认的产品模板，“产品平台”甚至可以提供广告功能、平台推荐功能，为厂家的新产品做宣传。

第三，“产品平台”会形成新的收费模式。不论前文的“设计平台”还是本节的“产品平台”，收费模式都是一个无法回避的问题。“产品平台”有设计师和设备厂家两种不同的使用方，在使用收费上就具备了较为灵活的方法。例如，“产品平台”可以提供一些可供免费使用的基础产品型号，但对于新产品，“产品平台”则会要求付费解锁，付费方可以是设计师也可以是厂家，从厂家的角度看，为了便于宣传新产品，向平台支付费用，使新产品免费向设计师开放或许是大部分厂家会选择的办法。另外，平台的广告功能也是收费手段之一。如果在收费模式上合理设计，或许可以实现“设计平台”免费推广，积累用户，采用“产品平台”的收费维持运营和盈利，这对于实现“设计平台”设想也有很大的意义。