BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計中，如何實現(xiàn)設(shè)計與施工中的精細(xì)化應(yīng)用？

機電安裝工程是建筑施工環(huán)節(jié)中的不可或缺的一部分，當(dāng)前的機電工程包括了建筑給排水工程、暖通工程及建筑電氣工程等部分。在安裝施工前要進行各個專業(yè)的相關(guān)圖紙設(shè)計，目前存在的問題是設(shè)計與施工脫節(jié)，導(dǎo)致各專業(yè)之間不能協(xié)調(diào)配合造成了機電管線的相互碰撞現(xiàn)象不斷地出現(xiàn)，在暖通設(shè)計中風(fēng)管和水管之間就會存在碰撞問題，這種問題導(dǎo)致了在機電管線的施工階段的材料浪費，耽誤工期甚至大量的返工。所以，在施工前合理的排布三維機電管線尤為重要。

目前機電設(shè)計仍然以二維CAD為輔助工具進行管線的優(yōu)化布置，CAD中有二維和三維兩種展示方式，但一般以二維展示管線的平面布局，三維的模型僅是依據(jù)二維的單一視圖形成，不能完成完整的建筑模型，并沒有太大的意義。對于二維平面不能夠很好的體現(xiàn)出管線之間的空間排布，各個專業(yè)的圖紙不能集中的放在一張圖紙上管理，導(dǎo)致施工人員讀圖復(fù)雜且不直觀。BIM是以CAD平面設(shè)計圖為依據(jù)，按照實際的建筑比例，對建筑結(jié)構(gòu)進行模型搭建，同時對機電管線和大型的設(shè)備等進行綜合的優(yōu)化及排布。隨著BM技術(shù)的出現(xiàn)，可以從多個視圖對設(shè)備進行布置形成完整的三維模型，有著強大的聯(lián)動修改功能，減少了制圖人員的工作量，各個專業(yè)的設(shè)計集中展示在同一個三維空間，解決了單專業(yè)和多專業(yè)之間的協(xié)同優(yōu)化問題。

當(dāng)前BIM從業(yè)人員所屬缺少現(xiàn)場施工經(jīng)驗，而現(xiàn)場技術(shù)人員又未掌握BIM技能，不能很好地將機電安裝專業(yè)知識很好地與BIM技術(shù)相結(jié)合。當(dāng)前基于BIM技術(shù)的管線綜合研究應(yīng)用也大多側(cè)重于工程應(yīng)用展示，并沒有系統(tǒng)表述如何具體應(yīng)用BIM技術(shù)進行管線綜合。族是三維模型搭建的基礎(chǔ)，BIM中的族庫的族類型短缺特別是暖通專業(yè)的設(shè)備更新速度太快，制圖人員掌握不好族的創(chuàng)建問題阻礙了建模的進程。本文以某辦公樓的暖通工程為例介紹了該工程的新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用BIM技術(shù)搭建建筑的三維模型創(chuàng)建了空調(diào)蓄能水箱的設(shè)備族更新了族庫，優(yōu)化處理管道碰撞問題。

01

暖通系統(tǒng)設(shè)計

以某地辦公樓為實例進行模型搭建，該建筑地上5層地下1層，其總建筑面積為5450㎡，地上面積4583㎡，空調(diào)面積3815㎡，主要以辦公為主。本工程機電系統(tǒng)包括了送排風(fēng)、冷熱水(地板射)、冷卻水、生活用水、消防噴淋及通風(fēng)、照明等多個系統(tǒng)管線。主要以送排風(fēng)、冷熱水(地板輻射)的暖通工程進行全面細(xì)致的模型搭建并進行相應(yīng)的深化設(shè)計。

建筑運營是能源密集型的，并且約占世界最終能源消耗的三分之一。該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)與常系統(tǒng)有所不同，該系統(tǒng)充分利用調(diào)峰蓄能技術(shù)降低建筑能耗，蓄能技術(shù)的實質(zhì)是利用峰谷期將機組產(chǎn)生多余的冷熱量儲存起來，在用冷用熱的高峰期將其釋放出來，以保證機組的穩(wěn)定運行以及解決負(fù)荷的波動問題。該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)是冬夏季兩個相對獨立的系統(tǒng)，對兩個冬夏季系統(tǒng)如圖1、2所示，詳細(xì)介紹如下：

圖1 冬季系統(tǒng)流程圖

圖2 夏季系統(tǒng)流程

(1)夏季制冷模式主要是靠干式未端+新風(fēng)機組進行制冷，而干式末端即輻射地板，在機房中冷凝器的熱量直接經(jīng)過冷卻塔將其帶走，蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量經(jīng)過蓄能水箱進行蓄冷，蓄冷冷量供應(yīng)給新風(fēng)機組，新風(fēng)機組對回風(fēng)和室外空氣進行處理向室內(nèi)送新風(fēng)。同時地埋管和輻射地板之間形成—個循環(huán)回路，室內(nèi)熱量經(jīng)過與輻射地板中的介質(zhì)進行換熱，介質(zhì)經(jīng)過地埋管在地下循環(huán)進行換熱，將部分熱量帶走形成低溫水再次進入輻射地板中形成回路。通過干式末端和新風(fēng)機組組合的制冷模式，使夏季的室內(nèi)溫度達(dá)到溫濕度適中的效果。

(2)冬季由地源熱泵向輻射地板供應(yīng)熱水，冬季時整個循環(huán)釆用地源熱泵制熱，地源熱泵制熱經(jīng)過蓄熱水箱蓄熱，再供給輻射地板進行采暖，冬季新風(fēng)機組將不運行。

02

三維模型搭建

近幾年的建筑形式各異，對內(nèi)部的系統(tǒng)如空調(diào)系統(tǒng)要求也有所提高，系統(tǒng)形式比以前相對復(fù)雜，僅靠二維圖紙表達(dá)比較復(fù)雜，與施工人員交流時不夠直觀。BIM技術(shù)可以將以往的平面心跳轉(zhuǎn)換為一種三維的立體實物展示給施工人員，使得項目設(shè)計、運營過程的溝通更加的容易方便。比如：管井的分集水器的連接比較復(fù)雜，二維平面需要另畫一張圖紙解釋具體的連接方式。

（1）風(fēng)、水系統(tǒng)建模

使用 Revit MEp搭建風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的三維模型，Revit MEP中有HVAC系統(tǒng)可以通過拖動屏幕上任何視圖中的設(shè)計元素來修改模型，在樓層平面視圖中工程師可以點擊風(fēng)管(水管)按鈕按照導(dǎo)入的二維平面圖進行布置，查明各個風(fēng)管的標(biāo)高、尺寸等參數(shù)，在屬性菜單欄中對風(fēng)管(水管)的偏移量、系統(tǒng)類型、參考標(biāo)高等進行設(shè)定以便于之后的風(fēng)管(管道)位置的優(yōu)化調(diào)整，這些參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化后，所有的模型視圖及圖紙都能自動協(xié)調(diào)的進行變更，因此能夠提供更為準(zhǔn)確一致的設(shè)計。在搭建水系統(tǒng)時，由于系統(tǒng)采用的地板輻射采暖，在每層的分集水器的路數(shù)是根據(jù)設(shè)計人員設(shè)計的，個別分集水器需要制圖人員根據(jù)實際的工程設(shè)計需求對族庫中的分集水器族參數(shù)進行修改，同時也要注意輻射盤管的管徑以及間距等參數(shù)。最終搭建的風(fēng)管(水管)系統(tǒng)的三維模型如圖3、4所示：

圖3 風(fēng)管系統(tǒng)模型

圖4 管道系統(tǒng)模型

（2）機房建模

機房建模前，要統(tǒng)計機房內(nèi)選用的設(shè)備型號、管路連接方式、管路附件連接方式等，最好與現(xiàn)場安裝人員協(xié)同確定。BIM技術(shù)搭建模型不僅僅是簡單的對三維模型進行可視化展示，它還包含了許多的參數(shù)信息，本工程的機房的主要設(shè)備有熱泵機組、冷卻(凍)水泵、分集水器、空調(diào)蓄能水箱以及地源側(cè)分集水器等，詳細(xì)的設(shè)備參數(shù)信息見表1。

表1 設(shè)備參數(shù)表

機房、管線建?？膳c樓層管網(wǎng)深化同步進行，但優(yōu)化調(diào)整應(yīng)在樓層管網(wǎng)深化后進行。機房深化時，模型建立要完整，機房內(nèi)設(shè)備型號、管路連接方式、管路附件連接方式以及設(shè)備族的參數(shù)應(yīng)根據(jù)實際的工程搭建，如沒有符合的族，可以用其它類擬的族代替應(yīng)留一定富余空間，也可以自己創(chuàng)建族更符合實際要求。在本工程的設(shè)備中空調(diào)蓄能水箱是根據(jù)辦公樓的負(fù)荷確定的尺寸與容量，所以族庫中沒有相似的蓄能水箱，設(shè)計人員自行創(chuàng)建了空調(diào)蓄能水箱族其三維圖如圖5所示。將創(chuàng)建好的空調(diào)蓄能水箱調(diào)入族庫中，與其他的設(shè)備相連接，形成的機房三維模型圖如圖6所示。

圖5 空調(diào)蓄熱水箱三維圖

圖6 機房三維模型圖

03

管道綜合優(yōu)化

傳統(tǒng)的CAD圖紙只能顯示平面圖形，標(biāo)注相應(yīng)的標(biāo)高但實際的工程中管線錯綜復(fù)雜，在二維圖中設(shè)置的標(biāo)高都是以管子的中心線為起點到相應(yīng)樓層平面的距離。這就將管子看做了一條直線忽略了其管徑，導(dǎo)致在施工過程中要不斷的修改方案，耗費了大量的財力物力。甚至在傳統(tǒng)的施工過程中有時還會需要付出幾十萬、乃至幾千萬的代價來彌補由設(shè)備與管線之間相互的碰撞等引起的拆裝、返工和浪費。

利用相應(yīng)的BIM技術(shù)可以進行管線的三維碰撞檢查，工程師可以采用Navisworks打開搭建的暖通模型來檢測碰撞點返回到Revit中進行相應(yīng)點的碰撞修改，經(jīng)碰撞檢查后的模型，不僅可以消除施工過程中的硬碰撞、軟碰撞從而減少實際工程階段存在的錯誤以及返工的可能性，而且可以凈化管道的空間以及管線的排布方案，在進行工程對接時，提高與施工人員的交流能力及效率，進一步提高施工的質(zhì)量達(dá)到最終的優(yōu)化效果，節(jié)省時間及財力。下圖是建模過程中的碰撞檢查，以送風(fēng)管和回風(fēng)管的碰撞為例：

圖7 空調(diào)蓄熱水箱三維圖

圖8 機房三維模型圖

我們設(shè)置的送風(fēng)管偏移量為3200mm，回風(fēng)管的偏移量為3400mm，雖然偏移量有差距但可以發(fā)現(xiàn)管道之間有碰撞現(xiàn)象的岀現(xiàn)如圖7所示，這時我們就要進行碰撞調(diào)節(jié)以檢查該碰撞點對Revit模型進行碰撞調(diào)節(jié)，為防止整個回風(fēng)管的偏移量提高，可以進行風(fēng)管橋的搭建，達(dá)到調(diào)節(jié)后的效果即可如圖8所示。

BIM技術(shù)的應(yīng)用是建筑行業(yè)的發(fā)展的新趨勢，在暖通行業(yè)有著重大的發(fā)展前景，BIM技術(shù)將原來單純的設(shè)計階段轉(zhuǎn)換成設(shè)計與實踐相結(jié)合的應(yīng)用階段，為暖通行業(yè)帶來了基本的技術(shù)保障以及經(jīng)濟效益，減少了施工現(xiàn)場的材料損失和返工時間。為了更好地應(yīng)用BIM技術(shù)體現(xiàn)出它的價值，我們應(yīng)該將該技術(shù)貫穿到整個暖通的建筑生命周期中，及時的發(fā)現(xiàn)建筑施工中的問題，以便于快速的處理提高整個生命周期的運營效率。BIM技術(shù)在我國還有很大的發(fā)展空間，相信在將來會成為暖通行業(yè)的首選技術(shù)。

（編輯：奚雅青）