天津市城市规划设计研究院 天津市 300070
摘要：以济宁文化中心群艺馆为例，从建筑增加天窗对暖通设计的影响方面介绍了该项目如何通过BIM技术和绿色建筑分析来提高暖通空调设计品质。介绍BIM技术在该项目中的实践成果及体会。
关键词：暖通空调；BIM；绿色建筑；信息
引言
随着我国数字化城市进程的深入与稳步发展，建筑业的管理方式逐步从粗放式向精细化管理的方向转变，而且人民也越来越重视建筑环境对日常生活的影响。BIM技术在民用建筑、工业建筑等项目中发挥的价值不断得到充分的验证，同时为数字化城市的发展提供着信息的载体。对暖通设计而言，如何通过BIM技术将暖通设计与绿色建筑分析有机结合起来，提高设计成果的品质是当前面对的一道难题。
本文以济宁文化中心群众艺术馆项目暖通空调设计为例，进行BIM技术的设计应用，并有机的借助于绿色建筑分析手段来提高建筑的品质，为在暖通设计模式提供参考。
1 工程概况
本项目位于山东省济宁市，群众艺术馆总建筑面积3.21万平方米，建筑高度30米，主要功能为群众演艺、排练、培训、办公、创作及相关配套设施。建筑类别为5层公共建筑。项目实拍图见图1。
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图1 项目实拍图
2 暖通空调设计
本项目空调冷、热源由位于高低公园的集中能源站供给，夏季供/回水温度为6.5/13.5℃，冬季空调供/回水温度为47/40℃，空调计算总冷负荷为3042kw,单位建筑面积冷指标为94.6w/㎡，空调计算总热负荷为2432kw。根据建筑功能分区和运营时间，本项目的空调系统拟采用分内外区方式，剧场舞台、剧场前厅、观众厅为外区，设置全新风系统；中央大厅为内区，拟采用上送下侧回式通风系统，需进行模拟分析和验证；其它区域的空调采用风机盘管+新风方式。
3 BIM技术应用
本项目选用Autodesk Revit软件作为BIM设计核心工具。Revit是民用建筑设计应用中常用的BIM设计工具，软件的使用习惯与熟悉CAD设计平台的人员相似，集合了建筑、结构和机电专业的全专业软件设计平台，而且有利于各专业之间的协同设计。
3.1三维可视化设计
BIM的三维可视化设计即“所见所得”的形式，BIM的可视化是一种能够体现构建形成互动性和反馈性可视，也是对模型构件属性设计信息的可视化，同时可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，更重要的是，在项目设计、推敲和建造过程中的沟通、讨论和决策阶段都可在可视化的状态下进行。因此，BIM在建筑行业的作用是非常巨大的，可视化的结果使人员对各专业设计意图充分理解，尤其是暖通专业合理布局通风管道以保障复杂建筑的空间需求。
3.2实体模型空间定位
传统二维设计图纸是以线和文字为主体，通过各种线条不断叠加，在建筑的轮廓在平面图、立面图、剖面图中进行表达，以及各种颜色的管道、设备和阀门等，并配合各种可任意编辑的文字加以注释等组合的二维信息图纸。BIM设计是以实体产品为主体，在三维可视化的基础上进行实体设计，设计过程中要输入大量的管径、尺寸、标高、坡度、定位等信息，充分解决了各种机电管线空间占位是否充足的问题。见图3实体设备专业的空间定位
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图3 实体设备专业的空间定位
3.3重点难点位置的全专业协同设计
协同设计在BIM进行设计中发挥着很大优势，本项目采用中心工作集方式进行集中设计，在设计重点难点位置过程中，BIM技术为解决设计师依靠空间想象和经验值判断提供了新的技术手段，实现了各专业同步设计、更新，对发现的问题及时沟通解决。同时，协同设计支持各专业之间自主碰撞检测、协同开洞、净空分析等，有利于减少专业之间信息不对等、版本不一致等问题出现。在项目中走廊的净空必须要充分保障，经过各专业协同设计分析，由于暖通风管较大，决定采用水电管道穿梁、风管梁下敷设的方式以满足建筑的净空需求。
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图6 能耗逐时情况和日热负荷情况统计
3.4 BIM的虚拟建造
BIM设计的目的之一是完成项目的数字化建造，设计人员将根据设计需求在项目产品构件库（项目族库）进行严格筛选，完成产品信息、性能参数、项目信息等数据录入。对于设计人员自定义的产品构件，需要对构件库进一步补充和完善。在本项目的暖通水房的设计过程中，暖通设计人员根据产品构件安装距离、净空等需求完成构件的虚拟安装，充分保障了产品构件的安装空间、检修空间和设备运行空间等。
4绿色建筑分析
4.1建筑能耗模拟
本项目在方案设计阶段，通过BIM技术推敲了建筑空间尺度、韵律和转承关系，确定了空间层面的“活力环”流线设计体系。在中庭空间设计中，基于自然采光模拟结果，增加了天窗的设计，从而改善了该区域的采光条件，但天窗的增加，也会增加太阳辐射增加的空间能耗量级。为充分保障本项目的舒适性，本项目决定采用DeST2.0进行全年8760小时的冷热工况模拟分析计算，校核修正场馆的能耗指标参数，同时优化了项目的空调组织和运行方案，充分降低了本项目运营成本。图6为本项目的空间内能耗逐时情况和1月29日热负荷的情况统计结果。
4.2中庭的舒适度模拟分析
在本项目的暖通设计过程中， BIM模型在设计过程中添加了项目完备的空间信息和暖通分析所需要的必备参数，考虑到中庭区域与周边房间维护结构的传热和辐射的影响，将BIM模型进行可持续化设计处理，通过gbXML格式导出中庭及相互连接房间模型，采用流体力学分析软件Star CCM+对中庭区域的空气流速、空气温度的模拟分析，以避免由于天窗辐射热和热传导对中庭区域舒适性的不利影响。。
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图8 室内1.5m空气温度场和流速场分析
模拟结果如图8室内1.5m空气温度场和流速场分析所示，在1.5m高度的人员活动区域范围内，增加天窗对室内空气温度和流速影响不显著，但是在与室外玻璃幕墙接触范围内的空间温度较高，空气流速较慢，在项目设计中通过增加幕墙百页、空调改为地板送风等措施提高了室内舒适性，同时也降低了空调全年运行的能耗。
5 结束语
针对如何通过BIM技术将暖通设计与绿色建筑结合起来的问题，本文以济宁文化中心群艺馆项目为例，提出了“BIM+绿色建筑分析”工作模式，并突出了BIM信息在设计过程中的重要性和价值。结合近年我国大数据、智慧城市、新基建等大背景，结果表明，BIM和绿色建筑分析已经成为在暖通设计过程中不可或缺的技术，有利于提高各专业工作效率和建筑设计品质。
参考文献
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