BIM技术在暖通设计中的应用

王梓安

（太原学院建筑与环境工程系 山西 太原 030032）

0 引言

空调制造业不断发展，人们生活质量日益提高，对暖通空调设计也有了越来越高的要求。目前人们居住环境相对封闭，迫切需要空气流通，暖通空调虽然具有通风、取暖与制冷功能，但是能源消耗非常高。在此背景下，将BIM技术应用于暖通设计，通过建筑性能仿真技术，提供最佳设计方案，优化整个系统，使其变得更节能环保，对实现暖通空调设计智能化与提高设计质量有着重要意义。

1 BIM技术概述

BIM技术即建筑信息模型技术，是以建筑工程项目中的所有相关信息数据为基础，利用数字信息仿真技术，建立工程数据模型（如图1所示），转化为建筑模型中反映的建筑物的真实信息，为建筑设计以及暖通空调设计提供辅助功能，同时也是一种可用于设计、施工和管理的数字化方法[1]。BIM技术的应用为建筑业带来了革命性的变化，大大提高了工程模型的精度，加快了三维建模、四维规划以及五维成本管理的发展。不仅如此，项目参与者还可以插入自己的工作作为起点，编辑数据库中的信息数据以满足不同的工作需要，暖通设计涉及多种工作类型，在设计过程中需要事先知道各类工程的具体空间位置，可以在数据应用与系统集成过程中使用BIM技术[2]。

2 BIM技术特点

传统的暖通空调设计已不能满足行业发展的需要，BIM技术应运而生，该技术主要特点包括以下4方面：（1）可视化：可视化并不是人们看着设计图纸想象细节，它可以将传统的二维设计转化为三维可视化设计，通过BIM技术创建模型，使工作人员可以看到建筑细节，从而提前发现暖通空调施工过程中存在的问题，查缺补漏，及时改进施工方法。此外，BIM技术通过4D和5D对3D模型、时间周期、成本管理等方面有机整合，为供应链的建设提供一定的服务；（2）设计信息集成化：在设计过程中，对建筑信息模型而言，需要将建筑工程中建筑材料信息、结构尺寸以及空间关系等各种信息植入到该模型中，因此，设计人员在设计过程中可以有效地将设计过程思想与设计信息相整合；（3）可出图性：对工作人员来说，设计图纸是施工过程的重要依据，将BIM技术应用到暖通设计中可以使二维设计结果很容易转化为3D模型，更直接可观；（4）协调性：在建筑施工过程中需要各部门以及业主之间相互配合，才能使施工工作有序进行，在暖通设计中应用BIM技术可以形成相关数据，供各部门参考协调解决问题[3]。

3 BIM技术在暖通设计中的优点分析

3.1 构建三维信息模型，增强设计方案生动直观性

BIM技术对建筑行业有着很大帮助，BIM技术具有结构计算与参数分析、施工图生成等功能，因此利用BIM技术可以将建筑信息模型生动地表现为动画，更直观地展示设计效果（如图2所示），有助于设计人员创新与拓展设计思维[4]。且BIM技术可以将与建筑相关的信息数据存储在统一系统中，从而创建一个更加可靠的建筑信息模型，随着设计者思维的改变，BIM技术也会自动更新与模型相关的内容。BIM技术的优点使其更适合应用于暖通设计中，传统的暖通设计需要改变管线位置时，设计人员需要同时修改设计方案与系统图等的管线位置，但BIM技术可以实现在信息共享平台的帮助下同时改变这些信息[5]。

3.2 构建数据平台

由于暖通空调设计阶段，数据信息量较为庞大复杂，集成非常困难，设计师水平有限，需要花费较长的时间来完成，而BIM技术可以将设计元素与施工过程结合起来，构建数据平台，大大减少设计时间与设计成本。例如，BIM 3D成像技术无需映射过程便可提供更好的成像效果，不仅预防了问题发生，而且比原始设计更有效、更省时[6]。其次，暖通空调设计存在一定的不足，比如方案设计失败、不能满足先前的市场需求以及投资成本超出预算等，极容易出现设计方案变更问题，将BIM技术应用到暖通设计中可以有效改进与提高设计质量，从根本上降低设计方案变更的可能性。BIM技术可以合理控制设计过程，BIM 3D可视化能够消除设计早期的冲突与不合理，为设计程序的改进和纠正提供依据。

3.3 较强模拟分析能力

将BIM技术应用在暖通空调设计过程中，可以对构建的建筑模型进行模拟分析与评估，从而帮助设计人员发现设计缺陷，提高设计效率与质量，且将BIM技术与低碳技术相结合可以对设计数据进行有效分析，并及时反馈评价结果，从而为暖通空调施工工作提供可靠依据。在传统的数据分析以及方案评价中，实现设计方案的有效评价对设计人员专业素养有极高要求，然而借助BIM技术，系统能够自动连续地对数据进行分析，且结果更加准确，有利于提高暖通空调设计效率与质量，使设计方案达到最优[7]。

3.4 协调设计数据

应用BIM技术可以提高暖通空调设计的整体协调性，传统的暖通空调设计图纸不能全面反映设计信息，从而不能准确判断与分析设计中存在的问题。城市化进程不断加快与人们经济水平逐渐提高，对暖通设计也提出了更高要求。暖通空调系统是一个综合性系统，在设计中涉及的数据与问题也较为复杂，而利用BIM技术可以准确表达整个信息，协调施工中各个环节的数据信息，使建筑与机电等多个系统在同一模型中协调一致，避免建筑与安装各种专业问题之间的冲突，从而达到提高建筑施工工程的精度和效率的目的。经过BIM三维立体设计模型，使居民对暖通设计效果有了更直观的感受，对暖通空调设计有重要意义。

4 暖通设计中BIM技术的具体应用

4.1 三维立体化设计模型

BIM技术的三维立体特征可以帮助设计人员在暖通空调设计中建立三维设计模型，增强模型的动态性与视觉效果，需要将管道模型、风管模型与产品模型都放入三维模型中，使设计模型呈现出更全面、完整的数据，也使设计人员对建筑物有一个清晰、全面的认识，更好地满足设计需求（如图3所示）。

另外，BIM技术可以保证信息模型的紧凑性与完整性，促进信息数据之间的沟通与交换，从而使模型尺寸符合设计标准，实现三维立体模型的可视化、数字化与工程化，从而了解暖通空调设计特点[8]（如图4所示）。此外，利用BIM技术构建三维立体模型可以提供更准确的工程造价数据，为施工单位提供更有价值的信息，使后期的维护工作顺利进行。

4.2 信息化技术的应用

暖通空调系统设计的整体效果直接影响空气调节系统的运作效率，故有必要改变与提升传统的系统设计方法。在实际操作中，首先要利用BIM技术建立一个通用的三维数据模型，使工程设计数字化，再结合暖通空调实际施工情况与施工需求完成总体设计，从而实现工程设计的全面优化。但是在暖通空调系统设计中，必须充分掌握电气工程的整体数据信息，以此为基础进行全面规划，分析三维模型的合理性与可行性，以确保模型的建设符合工程建设的总体要求。BIM技术的应用可以在整体上提高暖通设计质量。

4.3 产品库模型应用

产品库是暖通空调设计的基础，在传统暖通空调设计中，空调设备、冷水机组等部件以投影的形式展示，进而由设计人员绘制线条，产品库模板通常是二维图形，不能直接体现，参考价值只存于数据阶段，但BIM技术更快更直接，可以生成模型、优化系统，实现产品库模板的3D成像，使模板的参考价值直线上升[9]。BIM技术拥有非常丰富的产品库，含有许多空调制造商的产品设计数据与各种参数，设计师可以根据设计需求随时调取数据信息，还可以调整与绘制不同空调部件的参数，将各种产品参数和性能输入到产品库中，最大限度地提高了空调设计的精度，从而可以对暖通空调工程进行有效设计。

4.4 机房建模

在机房建模之前，应与现场安装人员协同对设备类型、管路连接方式、管道附件连接方式等参数进行统计。利用BIM技术建立模型可以实现三维模型可视化，还包含了许多相关的参数信息，暖通空调机房的主要设备包含热泵机组、离水器、冷却泵、地源侧分离集水器等，具体见表1。机房与管线建模与楼层管网深化同步进行，机房深化时，模型建立需将暖通空调机房内的设备型号、管路附件连接方式、设备族参数等依据实际工程搭建，以实现BIM模型的完整性。

表1 设备参数信息

4.5 计算机辅助设计

在互联网时代下，可以将BIM技术与先进的计算机技术相结合，应用到暖通空调系统设计中。相比于传统的暖通设计方法，它不仅提高了建筑设计的质量与效率，而且对建筑的位置以及朝向进行了整体完善，同时，也要结合实际情况来进行暖通设计。例如，在夏天对房屋的通风性能要求较高，冬天则对保暖性能要求高，利用计算机软件辅助空调系统设计，可以在一定程度上优化和改进传统设计的缺陷，提高暖通空调设计的整体效率和质量。

4.6 冷热源设计

在建筑中可分区域对暖通空调进行冷热源设计，针对不同区域的不同功能特点，暖通空调的使用冷源和热源也有很大的不同。如在不同的季节，学校的宿舍与餐厅在供水、用水设计等方面存在较大差异，主要通过多台联机制冷，冬季气温变低时，空调制热功能不能满足现实需求，在这时就需要通过锅炉房应用热转换器的工作原理来发挥作用，同时，在设计冷热源来供暖难以满足用水量时，太阳能集热器也可以有效解决这一问题。

5 结语

综上所述，科技水平迅速提高使暖通空调设计逐渐向智能化发展，在暖通空调设计中运用BIM技术建立3D或5D模型，使每个模块分析更加直观。不仅如此，BIM技术还可与计算机技术相结合，应用于暖通空调三维立体化设计模型、各种产品库设计模型的集成中。同时，BIM数字化制图技术越来越成熟，对暖通空调设计效率与质量都有着积极促进作用，其技术将不断优化创新，以进一步提高BIM技术实际应用效果。