BIM 正向设计在建筑暖通中的应用

张初倍

（中国中元国际工程有限公司，北京 100089）

1 引言

自改革开放以来，伴随着我国经济建设的大规模进行，建筑行业也得到快速发展。建筑行业对国计民生关系重大，我国建筑行业目前正处在由劳动密集型、粗放型向精细化、信息化转变时期。这种转变，需要有建筑行业数字信息技术进行驱动及革新。其核心技术便是BIM（Building Information Modeling，建筑信息化模型）。近年来，政府对BIM 技术越来越重视，出台了一系列鼓励性政策和规范标准。但目前，BIM 技术在建筑行业设计阶段的项目普及率并不高。

2 BIM 技术主要特点

BIM 技术作为建筑行业数字信息化的革新技术之一，在设计阶段，较CAD 制图具有明显优点。

1）可视性：BIM 技术具有三维可视性。传统设计制图习惯多为用CAD 建立的二维线条、图块及文字标注信息，来表达平面与剖面相对位置关系；而BIM 技术则直接生成三维模型，可以在模型中以任意角度观察模型，从而更易暴露出设计中的错漏碰缺。同时，立体化的展示，可对施工单位进行可视化交底，提高了施工方的读图效率，减少理解错误与施工返工。

2）协调性：BIM 技术通过链接或者工作集形式，可实现模型的实时协调性。通过统一的数据平台，实时查阅，共享信息，专业间的协作会更为顺利流畅。

3）模拟性：可实现消防疏散模拟、建筑风环境模拟、施工工序与工艺模拟等。使得设计方案更加合理；施工技术、安全及质量得到有效保障。

4）信息集成化：模型中的基本单元构件（族）可挂接多种参数信息。保证了项目模型在设计、施工及运维阶段交接环节信息的连续性、一致性和准确性。

此外，模型可出图，可实现与传统CAD 制图标准图例的一致性，满足晒蓝图及施工要求。

3 应用现状及面临的问题

3.1 应用现状

目前，在设计单位中，BIM 技术应用过程主要有“翻模”和“正向设计”两种形式[1，2]。其中，根据已完成的二维CAD 图纸建立BIM 模型，称之为“翻模”。BIM“正向设计”是相对于“翻模”而言的。BIM 正向设计直接通过三维设计软件（如Revit 软件）建立BIM 模型并出图，其不依赖于二维设计图纸。前者需要二维设计团队和BIM 建模团队，后者仅是一个BIM 设计团队。“翻模”建立的模型与其设计图纸没有联动性，两者独立存在。在设计、施工阶段，由于多方审图意见或房间功能需求变动，难免会对设计图纸进行修改调整。“翻模”的修改需在传统二维设计图纸修改完成的基础上进行，具有一定的滞后性。而通过正向设计建立的模型，由于模型本身含有二维出图信息，模型修改和图纸修改同步进行，较前者具有一定的时效性，避免了一些重复性的劳动。

3.2 面临问题

3.2.1 设计计算环节

暖通在设计过程中，有冷热负荷计算、水力平衡计算、风平衡计算等要求。现某些Revit 二次开发插件已实现部分计算功能，但实际应用中，仍有些待改善之处。比如，风管绘制过程中，传统天正或鸿业在CAD 平台绘制风管时，会让风管本身带有风量、风速、压损等属性信息，以方便对风管尺寸进行选择、风平衡计算及后期修改。而用Revit 绘制风管时，虽然插件可提供这几项参数的计算，但并未让该属性信息附着于管道系统族上，即风管本身未体现该参数信息，这对以后的设计优化或修改造成了不便。又如，对于单体建筑的冷热负荷计算。传统方式是利用插件，由暖通设计师创建计算模型，进行冷热负荷计算、导出计算书。其中，计算模型中的墙、窗、楼板等围护结构的传热系数等参数由建筑专业提供，然后由暖通专业设计师录入计算模型。而利用BIM 模型进行负荷计算时（插件利用Revit 建立的模型可直接进行冷热负荷计算并导出计算书），建筑模型是由建筑专业设计师创建，其围护结构参数、房间空间范围等亦由其录入到建筑模型的族参数中。这便与传统设计习惯存有较大冲突。模型计算参数改由建筑专业设计师录入，成果却需要暖通专业设计师对其负责，这种方式给建筑专业增加工作量的同时，冷热负荷计算结果的准确性也难以保证。

3.2.2 提资环节

传统的CAD 制图，下游专业需要上游专业的提资平面图或剖面图，方能进行设计工作。为了在图面中更凸显本专业的设计内容以及图面的美观性，下游专业需要对提资视图进行冗余信息删减处理，如删除建筑平面中详图索引符号、门窗尺寸定位等信息。建筑底图的整理工作，一般都是下游专业各自整理自己的底图。而采用BIM 出图时，由于专业间的提资为模型文件，设计师没有对非本专业模型的修改权限。这便对土建提资模型的格式与内容要求更严了。比如，建筑模型中，需有便于机电专业出图的提资平面视图。该平面视图内应显示结构柱与剪力墙，不显示梁的信息。同时，结构柱与剪力墙实体填充显示，建筑轻墙非填充双线显示。在建筑模型中，这些提资平面的整理操作内容，由于权限问题，需要由建筑专业设计师在提资前完成。利用BIM 正向设计，机电底图的图面处理操作，由下游专业转移到上游提资专业处，这不同于传统设计习惯，同时也增多了专业间的协作环节与时间。

3.2.3 出图环节

BIM 可实现平面、立面、剖面和设计施工说明出图。其优势在于立面、剖面出图。在平面图管线密集处，以任何位置和角度进行剖切，都可自动生成该处的剖面图，这明显减少了剖立面的制图时间。而对于系统原理图、轴测图，利用传统CAD方式出图比较简便，同时也利于后期修改。用Revit 出该类型图纸，若三维模型与轴测图有联动性，则在图面显示上会有空间遮挡，影响图面表达；若未联动，仅用符号线或模型线创建原理图，则该出图方法较CAD 并不占优势。暖通专业利用BIM 技术进行正向设计的出图率一般为80%～90%，系统原理图纸仍需借助CAD 出图。

3.2.4 审查与施工环节

图纸审查，现在多数地区是在网上审查平台上传PDF 版的图纸文件进行电子审查；项目施工，施工单位接受的正式图纸仍是盖设计单位出图章的蓝图。现阶段，图纸审图和项目施工的正式文件仍是二维平面图纸，仍以二维图纸形式体现，BIM 三维模型多为辅助文件、协助施工。在这种环境下应用BIM 技术，造成BIM 模型需在满足碰撞检查净高分析、风环境模拟、施工工序模拟等要求下，仍要满足二维平面图纸的表达。这便要求族库的二维表达样式与传统的CAD 制图标准图例一致。如果前期族库或样板文件准备不完善，会严重影响设计效率与项目进度。

3.2.5 其他方面

由于BIM 模型具有信息集成化特点，模型的基本单元——族，可以录入一些参数信息，从而使得模型在成本算量和运维方面得到很好的应用。为保证成本算量的准确性和便捷性，则对模型的细致程度要求高了。比如，管道的保温材质及厚度，传统设计方式是在设计与施工说明上注明什么管道系统采用什么保温材料，多大管径用多厚的保温材料。但应用BIM 正向设计，保温材料可以直接在模型中建立，通过统计模型中的不同保温材质的量，从而直接计算出管道的保温成本。再如，传统设计过程中，会有设备的接管大样图，如散热器、地暖分（集）水器、风机盘管或组合式空调机组接管大样图。传统设计方式是在大平面图中仅表示设备位置，具体的接管管径、阀门类型和数量以大样图为准。但应用BIM 正向设计，如果成本算量对这些有要求，则需在模型中全部建立准确的阀门阀件。这虽然减少了成本部门的工作量，但增加了设计师的工作量，使本属于成本部门的部分工作前置到设计阶段。同时，交付给客户的模型会根据不同客户的使用需求，进行不同的定制，如BIM 模型构件信息录入与挂接，这都方便了后期的成本算量与运维。

4 改进建议

1）利用Revit 建立模型，需要丰富的产品库（族库）和样板文件。应重视产品库的更新与维护。各设计团队，随着应用BIM 正向设计项目的日益增多，产品库会越来越丰富与完善，模型创建的前期准备工作便愈加简单。

2）有些项目设计周期短、工期紧、图纸量大、系统多。项目在设计和施工中又难免有方案修改、错误变更之处。针对短期内便要出设计成果的情况，应投入足够的人力物力，以满足项目需求。同时，也应加强BIM 设计师的专业技能培训，建立完善的BIM 人才体系。

3）仍需要软件开发商对Revit 的二次插件进行更新维护，改善其在设计方面的功能，提高设计效率，以及扩展BIM 应用软件或功能模块，如能耗分析软件、运行维护软件等，以便给业主带来更多的经济价值。

4）现阶段的审图机制是针对传统二维设计出图制定的。为满足审查需求，模型在出图模式中需与CAD 制图标准图例一致。应用二维时代制定的制度审核三维或多维时代的产物，必然会限制其前进的步伐，但仍阻挡不了其成为未来行业主流方向的发展趋势。针对BIM 正向设计的智能化审核与交付体制改善，有待进一步研讨。

5 结语

通过结合近几年的BIM 工程项目，从暖通专业的设计计算环节、提资环节、出图环节、审查和施工环节，分析了普及BIM 正向设计的困难所在。相较于传统CAD 设计制图模式，BIM 正向设计在制图深度和精度上存有很大差异，这大大增加了设计师的工作量。面对诸多应用BIM 技术过程中暴露的问题，提升设计效率是促进其发展的第一要务。目前，建筑行业的数字化、信息化发展水平以及普及率还比较低，提升空间还很高，BIM 技术的应用潜力还很大，还有待发挥其真正的价值所在。