建筑暖通工程中的BIM技术应用研究

付磊

（湖北洲天建设集团有限公司， 武汉 武昌 430000）

BIM技术在建筑行业中即建筑信息模型技术，从诞生至今， 短短十几年时间， BIM技术就为建筑行业带来了一场管理模式、 标准和人才等多方面的巨大革新。 BIM 技术要使用计算机辅助设计（CAD）， 但它却不仅限于计算机系统软件的革新，在建筑设计和施工的过程中运用的BIM技术， 能在降低成本的同时提升建筑行业的管理水平， 促进施工单位更好地发。

1 BIM技术的特点分析

1.1 可视化

BIM技术具有的可视化特点， 它能够通过计算机技术将传统的纸面二维构造图纸转化为更立体的三维图形， 使得建筑的各个构件信息达到 “所见所得” 的效果， 将建筑更具体、 更真实的情况展示在建筑工作人员的面前。 BIM的可视化特点让在图纸上采用线条绘制的平面二维表达的构件和结构变得立体， 有助于建筑业参与人员掌握建筑的真正构造形式， 建筑工作人员可以通过清晰直观的三维模型，预先发现施工中可能存在的问题， 提前制订合理高效的措施， 降低损失[1]。 同时， 由于BIM技术可视化的特点， 即使对建筑不了解的非专业人士也能很好地理解建筑设计的创意。 此外， BIM技术还有助于辅助进行验房业务， 帮助业主进行建筑住宅的选择和认识， 有利于解决信息孤岛。

1.2 模拟性

BIM技术对建筑信息的数字化表达可以建立与实际建筑构造相同的虚拟替代物， 所有信息在此表达过程中都能实现无损传递， 这种基于建筑信息的数字化模型有利于建筑工作者进行信息交流， 促进各部门各环节的协同合作， 并且在后续施工过程中遇到紧急情况也可以按照模拟时的解决方案进行处理。 基于BIM的模拟性模拟出的建筑物模型可以呈现其在真实世界的操作情况。 起初的 BIM4D理论将施工进度和计算机模拟的三维模型相关联， 可以根据初步的施工组织设计模拟出实际施工的情况， 从而帮助建筑工作者确定合理的施工方案， 达到指导施工的目的， 让施工作业全流程的三维可视化管理得以实现。 随着技术进步和建筑行业的发展， 现代施工管理者希望在全面掌控进度的同时监控施工过程中的成本需求， 如今的BIM 5D模拟为施工管理者提供了信息交互、 协调合作、 施工操作全过程展示的一体化、 精细化、 可视化的管控管理平台， 不仅有助于减少建筑施工中的资金资源浪费， 还能大幅提高建筑工作的质量和效率， 在实现成本控制的同时保证了建筑施工工作顺利开展[2]。

1.3 协调性

建筑的设计、 施工、 包括最后的建筑物完工交付等过程都离不开各方协调， 协调性更是BIM技术在建筑行业应用的一大重点内容。 建筑在施工过程中难免会遇到一些问题， 有些问题是客观发生无可避免的， 还有些问题则是可以通过协调避免的。 施工中遇到问题的常见做法就是将各部门的相关人员组织起来， 大家开会讨论， 及时进行补救。 虽然“亡羊补牢为时未晚”， 但是我们只能被动地等待问题出现吗? 笔者认为 “防患于未然” 才是施工工作人员应该做的事情。 利用BIM的协调性可以解决在建筑设计过程中各设计师之间的沟通不畅、 专业碰撞等问题， 对前期可能出现的问题进行分析协调，并且为施工管理者提供可参考的协调数据[3]。

1.4 可出图性

BIM技术在建筑工程中的建模应用是二维、 三维联动的状态， 通过对建筑物的可视化展示、 模拟、协调、 优化以后， 可以瞬时为业主出一套平、 立、剖图， 极大程度提高了设计的效率。 BIM的可出图性主要有三点， 一是通过多方面的检查、 设计、 修改， 消除相对应的错误的综合管线图； 二是综合结构留洞图 （预埋套管图）； 三是碰撞检测报告以及针对性的改进方案[4]。

2 BIM技术在建筑暖通工程中的优势

随着人们生活水平的提高， 大众对建筑的要求也越来越高， 暖通作为建筑工程中极为重要的一个环节， 在时代和大众的呼吁下加快建筑行业的数字化转型， 用信息技术手段推进建筑行业的发展已经刻不容缓。 BIM技术的应用能够加强建筑设计的科学性和规范性， 利用BIM技术构建的暖通设计模型有利于相关施工人员直观地了解设计方案， 及时发现问题并且有效解决问题， 提升建筑质量， 缩短建筑周期。

2.1 贯彻绿色发展理念

对建筑设计工作者而言， 在暖通工程设计中秉持绿色发展理念是十分有必要的。 BIM技术能够对暖通工程的全流程进行科学合理的规划设计， 从降低建筑能耗的角度， 将绿色节能的设计理念落实到整个建筑工程的设计当中， 探索并且制定让建筑工程内部的各部分都得到良好设计的方法。 BIM技术对建筑构建规模大小的设计、 建筑施工情况等进行模拟， 建立三维直观的建筑结构， 让整个建筑工程的各项施工要点和方案都得到立体化呈现。 在确保建筑工程设计准确性的基础上， 通过利用BIM技术进行的建筑工程模拟， 能有效对接暖通工程的各项费用投入， 有利于设计者掌握整个工程设计的情况，从绿色发展的角度进行有效的成本控制。

2.2 提升各设计专业的协调性

在传统的建筑设计过程中， 各专业的协调沟通常常被忽略， 这也就导致了建筑施工过程中因为缺少设计专业人员间的沟通， 导致冲突问题频发。BIM技术在暖通工程中的运用有助于施工工作者明确施工过程中存在的重难点问题， 提升各设计专业的协调性， 让各专业人员能够在充分交流的基础上进行提前规划， 根据施工的实际情况准备暖通工程所需的设备和材料， 有利于各专业进行科学优化，提升施工方案的科学性。 基于BIM技术提供的模型，在暖通工程的设计阶段， 设备设计师、 结构设计师以及相关专家能够结合自身优势， 对暖通工程进行性能分析、 技术经济计算、 功能模拟和虚拟建造等，合作发挥出 “1 ＋1 大于2” 的效果， 在此协同合作的过程中得到的数据能运用到后续的施工环节中，最终实现各个专业之间良好的空间协调[5]。

2.3 对施工进行更全面、 更及时的分析

在暖通工程设计中运用BIM技术能够对暖通工程施工进行更全面、 更及时的分析。 BIM的技术先进， 在集中收集暖通工程各施工部门数据的基础上，构建的信息化模型具有详细的施工信息， 直观性较强， 能准确、 详细的将建筑设计的数据通过数字化的形式表现出来， 为施工人员提供数据支撑， 使暖通工程施工更加准确。 施工设计人员在暖通工程设计过程中能随时查看分析建筑设计模型， BIM为其自动提供的精准施工数据， 使得设计人员能从资源节约的角度选择合适的材料和工艺， 减少资源浪费，保证设计过程中的节能性。

3 BIM技术在建筑暖通工程中的应用

3.1 BIM技术在建筑暖通工程设计中的应用

首先， 在暖通工程的前期设计中， 运用BIM技术能够合理调整各项设计要素， 合理安排设计施工人员， 完善机械功能系统设计， 并且在优化剖面图和平面示意图设计的同时对相应模型做出调整。BIM技术为施工设计工作者呈现的模型能将暖通工程的目标队形、 管线布置、 碰撞等情况直观、 形象地表示出来， 动态的模型能让设计工作的精确性更高。 在传统的暖通工程设计中， 管线多用投影轮廓线表示， 空调机组的设计也是平面的， 这样的设计无法将暖通工程的特点完整的表示出来， 也不利于施工人员开展工作。 设计人员运用BIM建立的立体数据模型能够在选择剖面切图的过程中融入实际需要， 在减少设计时间的同时简化设计流程。 其次，BIM技术也同样可以适用于产品库的设计中， 设计人员可以结合BIM立体数据模型优化产品库的参数，结合暖通工程的模型确定施工参数， 根据产品的形状、 规格、 性能等从产品库中选择符合设计需求的设备。 此外， 设计人员还能通过BIM技术计算风量损失， BIM模型能向设计人员全面展示暖通工程的制冷取暖设备， 方便设计人员随时掌握设备和管道系统的变化情况， 便于设计人员互相沟通交流， 进行更科学合理的设计。 再次， BIM技术还可以用于压力计算， 暖通工程的设计人员可以根据相关标准，采用静压恢复法、 摩擦法、 速度法等方法， 利用BIM技术中的计算程序结合定径工具确定管道直径，提升暖通工程的设计水平， 让工程设计更贴合施工实际[6]。

最后， BIM还可以应用于暖通工程的协调设计中， 基于BIM技术的三维立体数据空间模型能够集中展示暖通工程中通风、 制冷和取暖系统的参数信息， 设计人员能随意定位三维立体数据模型中的管道、 设备等信息， 有利于设计人员及时排除管线交叉、 碰撞等问题。

3.2 BIM技术在建筑暖通工程施工中的应用

虚拟施工在暖通工程中的应用非常普遍， 虚拟施工 （Virtual Construction， 简称VC） 即采用计算机的仿真与虚拟现实技术， 整理暖通工程施工活动中的材料、 人工、 设备、 物流等多方面的信息参数，并将这些信息参数转化为计算机数据， 进行可视化展现。 BIM技术在模拟施工过程中进行内力分析和仿真计算， 能在不耗费现实资源和能量的情况下对暖通工程进行工期安排、 施工方案评价和材料需求规划等， 让设计者、 施工者和业主在动工之前就了解施工的过程和结果[7]。

在暖通工程中， 管线与风管的使用对工程的完工质量而言是非常重要的， 在暖通工程的设计阶段，设计者一般会将风管的尺寸设计得稍微大一些， 但在实际施工过程中就会出现风管占据空间区域过大的问题， 施工人员迫不得已只能将管道延伸到建筑的外部， 这样极易与建筑外部的其它管道发生碰撞，影响暖通工程的后期使用。 首先， BIM技术在虚拟施工中的应用能有效解决这一问题， 暖通工程的相关工作人员一旦在虚拟施工过程中发现管道设置不合理的问题， 就能快速进行碰撞检查， 对施工方案进行优化和改善， 及时消除管线碰撞， 确保施工方案的科学性和可行性。 其次， 从过往的施工经验可以看出， 运用BIM技术进行风管系统、 空调系统等的三维立体建模能够在一定程度上提高管线设计的准确性， 避免在施工后期因为管线碰撞而导致的拆改问题， 提升施工效率， 降低施工难度。 最后， 在暖通工程的施工过程中， BIM技术能够根据施工现场的具体情况对设计图纸做出动态的调整， 让施工方案变得更加高效合理， 竣工后， 基于BIM技术的动态图纸还能在工程验收和后期运行维护等方面为相关工作人员提供参照和依据。

3.3 BIM技术在暖通管道综合中的应用

将BIM技术运用到暖通工程中可以帮助设计人员从实际出发构建有针对性的， 具有机械功能的供热通风与空气调节 （Heating， Ventilation and Air Conditioning， 简称 HVAC） 系统。 设计人员可以根据业主对暖通工程的具体要求， 结合剖面图和平面图， 构建供暖和风道系统管网的三维立体信息模型，设计人员变更或修改视图， 三维立体信息模型也会随之发生相应的变化， 管线区域的具体情况也能被更直观地呈现到设计人员的眼前， 帮助设计人员检测管线转交、 交叉、 碰撞的问题， 进一步增加暖通工程设计的科学性。 一方面BIM技术能增强工程实际情况与产品模型之间的关联性， 帮助相关工作人员结合暖通管道设计和施工的需求调整产品数据和性能。 另一方面， 工作人员使用BIM技术能精确计算出暖通工程的管道通风流量和风量损耗， 有利于暖通工程设计工作人员掌握暖通管道的综合情况，各专业的人员也能在一体化平台上了解到暖通管道的设计问题， 群策群力想解决办法， 并且通过BIM技术及时解决问题。

3.4 BIM 技术在暖通工程施工质量管理中的应用

良好的施工管理有助于确保暖通工程的实用性和安全性， BIM技术使得暖通工程的施工管理过程变得更加科学高效。 首先， BIM的技术优势能在前期准备工作期间得到充分发挥， 作为暖通工程的技术支撑， BIM技术的MagiCAD和RevitMEP是工程施工期间的常用软件， 能在暖通工程的三维建模和空调系统施工模拟中发挥举足轻重的作用。 其次，在暖通工程的措施清单制定和施工场地布置方面，BIM技术能够利用鲁班场布软件， 对暖通工程的机械配置、 材料堆放、 空间场地等进行合理安排， 将暖通工程施工中涉及到的临边防护、 模板、 脚手架等临时建筑物料整合到一起， 在此基础上建立起三维施工的平面图模型， 以便对暖通工程的施工进度和动态进行全方位的监控和管理。 再次， BIM 技术能够在热源和冷源的配置和施工过程中帮助相关施工人员充分考虑到暖通工程负荷情况与供暖作业负荷量之间的关系， 提高核算工作的精确性， 帮助暖通工程的设计和施工人员进行区域划分和负荷计算，让建筑的冷热源布置工作更加合理[8]。

4 结语

综上所述， 随着社会的进步和人们生活水平的提高， 我国的城市化建设进程在不断加快， 建筑行业的工程建设也日益增多。 BIM技术在建筑暖通工程中的应用能够让暖通工程的设计更加科学合理，模拟施工更能在不耗费现实资源和能量的情况下帮助暖通工程的相关工作人员掌握工期安排、 施工方案评价和材料需求规划等关键设计和施工事项。 此外， BIM技术还能有效减少暖通工程中管道碰撞的问题， 提升各专业间的协调性， 在提升暖通工程施工质量管理的同时降低成本， 缩短工期， 提升暖通工程的质量。