暖通空调设计中BIM技术的运用分析

陆鹏本

（甘肃省建设设计咨询集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

随着建筑暖通行业及空调技术的不断发展，暖通空调系统构成越来越复杂，而功能越来越完善。在暖通空调设计工作中需综合考虑采暖、通风及空气循环等问题，传统的设计技术及设计理念已无法满足暖通空调的发展要求，急需采用先进的技术提高暖通空调设计水平[1]。而BIM技术这种建筑设计方法的出现及应用对暖通空调设计有着极大的积极影响，不仅可以通过三维建模弥补传统二维图纸的不足，使设计过程更加直观、立体、可视，而且也使暖通空调专业与土建等其他专业的沟通更密切，避免了结构碰撞问题，减少了设计变更，有助于提高整个项目的效益[2]。因此，针对BIM技术在暖通空调设计中的运用进行研究有着重要的现实意义。

1 BIM技术概述

BIM技术属于一种建筑信息模型技术，其作为一种新兴的建筑设计方法很快在建筑行业得到了推广及应用，是继CAD后的第二次设计改革。与传统的二维设计图纸相比，BIM不仅可以实现三维，还可以实现四维（空间+时间），甚至更多维度的设计目标。在设计过程中，设计人员只要将所需的建筑信息全部导入BIM系统中，BIM系统便会自动生成相对应的立体模型，以供相关人员清楚了解项目各环节的情况，便于及时发现潜在问题及风险，从而提前进行整改，使设计方案达到最优[3-5]。BIM技术的应用可以有效提高工程设计信息及设计过程的集成化水平，对工程设计实现信息化发展有着深远的影响。

2 暖通空调设计中BIM技术的特点

2.1 可视化特点

可视化特点即通过BIM技术可以直观看到暖通空调设计过程的每个细节，从而可以更好地把控暖通空调设计质量。而传统的暖通空调图纸设计时，均是采用二维图纸设计法把所有构件信息和数据都标到图纸上，这样很难直观地看出暖通空调的三维效果或者安装效果，基本都是凭经验去想象最终的效果，这样不仅难以及时发现问题，而且无形中也增加了后续施工的难度。而通过BIM技术平台，设计人员可以将暖通空调的各构件信息录入到平台中构建出对应的仿真模型，直观地展现出设计效果，同时，也可以标注构件尺寸，并根据需要对不同构件标上不同颜色，使人们可以清楚地看到各构件间位置关系[6]。此外，BIM技术的可视化优势不仅体现在设计效果的展示和自动生成报表方面，更重要的是也可以保证暖通空调设计和施工及运营沟通、讨论及决策均在可视化的状态下进行，极大地提高了暖通空调项目整体的工作效率。

2.2 数据共享特点

BIM技术在暖通空调设计中的另一重要特点就是数据共享。因为暖通空调不仅内部元器件多，构成复杂，而且所涉及的施工环节也比较多，所以如果哪个细节出现问题必然会影响整个暖通空调项目的质量及进度。因此需要做好暖通空调的整体规划并与其他专业密切配合及沟通。传统暖通空调设计中，时常会出现信息孤岛、各专业沟通不及时等问题。而引入BIM技术平台则可以实现数据信息共享，加强暖通空调专业与其他专业之间的沟通，协同工作，提高暖通空调设计的科学性及合理性，减小后期设计变更风险，保证项目建设进度及质量。同时，通过BIM的数据共享，相关技术人员能够实时掌握土建结构及水电设备等数据及信息，从而为暖通空调的安全高效安装奠定了基础[7]。

3 案例分析

3.1 案例项目概况

某中学校区建设项目，建筑总面积为67 930 m2，主要工程包括教学楼，办公楼、宿舍楼和其他相配套的设施。建筑类型采用的是多层公共建筑形式，高度为24 m，地上建筑以5层为主，主要包括教学楼、办公楼、礼堂及宿舍等，个别楼配有地下一层，主要是用于停车场及机电设备用房等。

3.2 暖通空调设计概述

3.2.1 负荷计算

该项目中选用DeST能耗计算软件对暖通空调的全年冷热负荷情况进行了全面细致的计算，具体计算结果见表1。

表1 暖通空调系统全年冷热负荷计算结果

3.2.2 冷热源设计

（1）礼堂、门厅、餐厅

该项目中空调冷热源选用的是地源热泵系统，即在负一层的冷热源机房内装配2组地源热泵，每组地源热泵的额定制冷量及制热量分别是289 kW、288 kW。制冷过程中，冷水的供水温度及回水温度分别为7℃、12℃，水源端的温度是29℃/34℃。制热过程中，热水供水温度及回水温度分别为45℃、40℃，水源端的温度是9℃/5℃。地埋管的换热孔为竖直双U型设计，共计有144个，均埋设在操场下面，间距为5 m，孔深为120 m。全年累计可以释放133 535 kW·h的冷量及134 524 kW·h的热量，土壤的冷热平衡比以0.99为准。

（2）教室、办公室、宿舍等区域

在冬季进行供暖时，一次热水主要是校区的锅炉房提供，热水的供水温度及回水温度分别为95℃、70℃，并且可以经换热器换热之后可实现二次供热，供热的供水温度及回水温度分别为85℃、60℃。在夏天需要供冷时，供冷设备主要以多联机空调系统为主。此外，也在宿舍楼的楼顶上安有太阳能热水器，保障洗澡热水供应。

3.2.3 空调供暖方案

该项目中，根据实际需求针对不同的建筑设计了相适应的空调供暖方案：对于办公楼和教学楼等，拟定选择多联机空调+散热器的方式进行供暖；对于宿舍楼，拟定以散热器供暖为主，并且为了方便以后有需要安装分体空调，也预留的相应安装位置；对于礼堂，拟定选择定风量全空气热回收空调系统进行供暖，这样可以确保在过渡季或者启动公共卫生应急方案时依然可以实现70%新风运行；对于风雨操场、小报告厅及室内活动空间，拟定采取散热器供暖；对于礼堂门厅，拟定采取定风量全空气热回收空调系统+地板辐射供暖，其中定风量全空气热回收空调系统可以在过渡季或启动公共卫生方案时可以实现全新风运行；对于食堂，拟定采取风机盘管+循环风空调+新风系统供暖。

3.3 BIM技术应用

3.3.1 BIM软件选择

MagiCAD软件分为两种，一种是基于Revit平台研发的，一种是基于CAD平台研发的，且这两种MagiCAD软件在工程设计领域均有着广泛的应用，特别是在机电领域是常用的建筑信息模型软件。因为该项目设计中设计人员均会熟练使用CAD，所以最终选择使用MagiCAD软件进行设计。

3.3.2 BIM工作范围选择

该项目中，主要是用BIM软件对教室、餐厅和负一层机电集中区等区域的暖通空调系统进行设计，主要包括空调的风系统和水系统、散热器供暖系统、地源热泵系统及换热站等内容。

3.3.3 BIM实践内容及成果

该项目中应用BIM的实践内容及成果见表2。

表2 BIM实践内容及成果

3.3.4 BIM设计与二维设计的区别

通过在该项目中应用BIM技术进行设计实践发现，BIM设计和二维设计有着明显的不同，主要体现在以下几个方面。

（1）表达方式

二维设计法的主体是线。简而言之就是利用线条叠加或者组合在二维图纸中表达暖通空调、管线及阀门等构件的外形及位置，并且也需配有文字说明构件的高度、尺寸等。

BIM设计法的主体是立体模型。简而言之就是把既有的暖通空调信息及配件信息等录入到BIM系统中便会得出相应的模型，且通过模型可以清楚了解暖通空调及配件的高度关系和尺寸情况等。

（2）绘制方法

暖通空调的二维设计，是通过组合线条来表达暖通空调及其配件的投影关系，并添加数值及文字等来对设备、管线连接和位置情况加以说明。利用BIM技术设计暖通空调则是通过点和面的组合来表达设备、管线连接及位置情况。如图1所示的空调水管支管登高连接，可以明确表示BIM设计与二维设计两种绘制方法的区别。

图1 管线登高

（3）产品（族）库的应用及完善

暖通空调二维设计过程中，基本都是以图块等来表示某一空调设备（比如制冷机、空调机组、风机及水泵等）的投影轮廓线。

而利用BIM设计暖通空调的时候，则是在建立软件的产品（族）库内直接找出合适的设备模型，并加入到整体模型中即可。由此可见，BIM设计时产品（族）库中模型的丰富程度对暖通空调设计工作效率有着很大影响。同时，产品（族）库内存储的模型也都配有产品外形尺寸及性能参数等，属于是BIM模型不可缺少的一部分。另外，通过BIM软件中产品制作功能，可根据实际需要修改构件尺寸等参数，从而形成新的构件。接着利用项目管理功能端口把做好的构件连接到BIM系统中，便能够自动生成新构件模型。

（4）专业协作

暖通空调的二维设计，主要是由各专业间用平面图及剖面图等进行协作而实现的，这就要求设计人员必须有充足的专业知识作支撑才能想象出暖通空调系统各构件的形状、位置等，并设计出来，同时设计过程中也要充分考虑各构件间不能出现冲突或影响，否则会给后期施工带来很多麻烦。若设计人员经验不足、或专业知识储备不够，或暖通空调系统结构复杂的情况下，只通过平面图、剖面图等是难以充分表达出实际效果的，进而也会影响各专业间的协作。

利用BIM进行暖通空调设计时，各专业可通过立体、直观的建筑信息模型来实现协作，同时，在模型中各专业人员可以清楚了解和掌握暖通空调系统各构件的形状及位置等信息，可有效避免因设计表达不清而导致专业间协作出现问题。另外，各专业也可在BIM模型中实时查找所需资料和进行信息共享，沟通更加密切，因此更利于协同工作[8]。

（5）管线综合

综合管线二维设计过程中，主要是通过绘制相应位置的管线剖面图来表达意图，手工绘制图纸工作量很大。

而利用BIM技术进行综合管线设计，可以使所有区域的管线都能清晰可见，管线之间是否存在交叉或者碰撞也是一目了然，若需要添加或删减内容，直接在BIM系统中输入或删除相关数据即可，不用再额外绘制新模型，方便且实用。

（6）设计成果

二维设计的暖通空调系统方案主要包括二维设计图纸及相关文字说明，需要相关人员具有比较丰富的经验及专业知识才可以读懂及理解设计的内容及意图。

而BIM设计处理的暖通空调系统模型中既包括暖通空调设备，也含有管道材质、热工性能等信息，想要了解哪里就点开模型上的相应位置，便可以看到该位置的设备及管线安装情况。

4 结束语

综上所述，在暖通空调设计中，BIM设计与二维设计有着非常大的区别，BIM设计不仅具有可视化、信息化等特点，可以提高暖通空调设计的效率、准确性及完整性，而且也能够加强各专业间的沟通，实现协同工作，减少设计变更及资源浪费，使施工成本得到合理降低，进而可以在确保暖通空调系统良好运行的基础上，促使整个项目实现最大化的效益。