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关于BIM技术在暖通空调设计中的应用研究

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：朱益培

[导读] 摘要：建筑行业的飞速进步，促使人们对BIM技术的关注度越来越高，其具备的技术优势也变得日益明显。

        舜元建设（集团）有限公司
        摘要：建筑行业的飞速进步，促使人们对BIM技术的关注度越来越高，其具备的技术优势也变得日益明显。因此，如何能够更好地将BIM技术应用到暖通空调设计中也成为业内始终探讨的方面，本文简要阐述BIM技术对暖通空调设计的计算精度、内容表述、辅助协同方面的影响以及如何在暖通空调设计的负荷计算、图纸设计、方案设计、辅助设计、传递与共享中实现BIM技术的应用，以期有效地提高暖通空调的设计水平。
        关键词：BIM技术；暖通空调设计；设计技术
        引言：由于科技水平的不断提高，市场环境也在日趋复杂，设计人员只有在设计精度、内容以及效率方面均有所提升，才能满足各类需求，从而达到增强竞争力的目的。在这样的背景下，暖通设计得到了飞速地发展，在技术水平方面也拥有更高的要求，由此可见，想要真正做到在暖通空调设计方面予以质的提升，BIM技术是提高暖通空调设计水平的关键所在。
        一、BIM技术在暖通空调设计中应用的优势
        （一）计算精度
        在传统的暖通空调设计中，想要做到提升计算精度是非常困难的，毕竟理论设计和实际施工存在着较多的差距，也有着许多不确定的因素，这些方面极易导致设计的计算精度产生较大的偏差，轻则需要重新调整设计方案，增加资金、人员方面的成本投入，重则必须重新进行设计，增加建设周期。相比之下，在暖通空调是设计中应用BIM技术能够大幅改善该方面的问题，因为通过BIM技术对暖通空调负荷方面的计算是利用更加精密的专业软件，能够对建筑墙体、屋面材料成分、建筑功能特性、人员密集度等方面通过运用数据模型的方式进行严密的计算，极大的增加了数据的计算精度，而且具有非常高的计算效率，减少了许多不必要的时间，也极大地降低了设计内容的复杂程度和相关人员的工作量，避免因为内容过多难以在计算精度上进行把控。
        （二）内容表述
        暖通空调设计中涉及到许多的设备，而且不同设备配备的部件数量也不尽相同，导致安装过程需要进行精确的设计表述才能够避免出现各类不必要的问题。然而传统的暖通空调设计是采用普通图纸的模式，其中在内容表述方面大多采用点、线结合的方法。这样虽然能够以比较直接的方式将设计的内容表述出来，但是无法对多角度进行同步体现，也就是在同一张图纸上是很难做到直接将不同角度的设计展现出来，所以，运用图纸表述仍然具有比较明显的抽象性。至于BIM技术在内容表述上采用数据信息建模的方式，不仅能够将暖通空调设计中需要的所有部分以三维立体的形态表现出来，而且每个数据模型都具备相应的信息内容，能够为调整和查找设计关键内容提供充足的便利，最重要的是，BIM技术还能够全方位、多角度的对设计的每个部分进行查看和修改，能够产生更加直观的效果，极大地减少设计和实际施工不符情况，实现在设计阶段解决所有问题，确保施工环节的开展能够顺利实现最终的设计效果[1]。
        （三）辅助协同
        由于暖通空调设计并非是单方面的专业内容，想要更好地进行暖通空调的设计，就必须要结合多方面的技术，比如建筑工程、电气工程等，只有将这些技术予以有效地融合，才能够体现暖通空调设计的价值。由此可见，不同专业间相互辅助和协同变得尤为重要。然而，传统的暖通空调设计是以图纸作为基础，无法做到将所有专业的内容完全体现出来，导致各专业针对图纸的内容进行协同的工作并不顺畅，相互间始终处于各自独立的状态，无法发挥充足的辅助作用。相较之下，BIM技术可以利用数据信息建模将不同专业的内容进行整合并模拟真实的工程状况，可视化的效果非常直接，不同专业进行调整时，其他的方面也会随之发生改变，确保设计内容能够始终保持合理性，即便是相互间需要作出独立的调整，待修改完成后，数据模型也能够根据具体情况进行精确的计算和调整，真正达到了辅助和协同的效果。
        二、BIM技术在暖通空调设计中的应用的相关内容
        （一）负荷计算
        负荷计算是暖通空调设计的重要内容，不同的建筑设计在面积上存在着较大的差异，需要提供的冷热负荷自然也是各不相同，需要根据具体情况采取相应的办法进行计算。至于与冷热负荷有关的内容也比较多，比如建筑的屋面面积、屋面朝向、楼板和墙体的厚度等，而且在计算的过程中，还要结合不同材料的传热系数等性能指标，这些内容全部综合起来后，才能够得到最终的结果。由此可见，想要实现对冷热负荷的计算是非常复杂的，如果采取传统的负荷计算方式会在准确率方面大打折扣。BIM技术在负荷计算方面的运用能够有效地的解决该方面问题，进一步提升计算的精准度。因为BIM技术使用的专业软件中继承了多种专业技术，能够具备各类复杂的算法和大量的数据模型，设计人员只需要通过建立数据信息模型，并选择相应的内容便可以得到想要的部分，从而为冷热负荷的计算提供了充足的便利[2]。
        （二）方案设计
        由于暖通空调的设计并非针对单方面的内容，所以，暖通空调所能够达到的功能也应当是更具全面性的。即暖通空调包括采暖、通风和空气调节三个方面，在实际应用过程中需要在不同区域采取有针对性的运用，所以，对其设计的合理性要求比较高。想要有效地解决该问题，进行方案设计是最佳的选择。只是以图纸作为基础的方案设计往往并不能完全看到实际的方案效果，导致在实际施工中经常出现各类状况，暖通空调设计的不合理问题则始终无法消除。如果采用BIM技术则可以改变这样的尴尬现状，不仅能够将不同方案的设计内容进行细致地展现，也能够对该方案的合理性进行实时验证，便于确定最终的方案，也能提前制定出备选的方案，便于应对不同区域中出现的隐藏问题。与此同时，BIM技术在进行方案设计时，不仅能够细化方案的思路与方法，还能根据的区域和方案给出具体的细节建议。例如，以某小学校区设计为例，教学楼每日供冷和供热负荷约2731kw，暖通面积为183W/m2，宿舍每日供热量在287kw，暖通面积为67W/m2，供热端的供回水温度为43°，水源端温度为6°。换热孔则采用144根双U型管分别埋于操场下。结合这这些内容，利用BIM软件能够计算出该校区全年的冷量释放共计132484KW/h，热量释放共计133613KW/h。通过对该设计方案可以看出，教学楼中人口长时间处于密集的状态，容易产生较多的热量，所以空调的功能必须包括定风量和空气热回收。采暖方面进行了区分，也就教学楼和宿舍要采取不同的采暖方式。因为教学楼内人员密集且停留时间长，在供热方面要求较高，应当采取地板辐射及散热器的方式。至于宿舍人员量较少，供热需求较低，可选择散热器或分体空调来满足。

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        （三）图纸设计
        1.冷热源设计
        冷热源设计是暖通空调设计的基础，只有充分地设置好冷热源才能够保证正常的热冷供应，同时，冷热源的设计也会为施工和正常使用带来较多的影响，所以，冷热源设计是存在相应难度的，需要根据具体情况通过BIM技术进行调整，而且设计中还会受到许多方面的影响，导致无法达到有效地冷热供应的目的，比如建筑面积、管线分布情况等。在利用BIM技术进行暖通空调设计时，通过BIM软件可以实现将冷热源分别设置在不同的区域内，而且还能非常清晰地模拟建筑内不同区域对冷热源的需求，比如以学校为例，可以将学校教室这类在冷热供应需求较大的区域与宿舍等其他方面进行区分和调整。与此同时，通过BIM技术进行冷热源的图纸设计时，还能够满足通过构件提供温度的动态变化，而且也能在供水方面予以体现，毕竟供水也是给予冷热供应的重要保证。而且对于像学校这类在用水方面比较集中的情况，也能利用BIM技术实现在地下一层分别设置两组地源热泵机组，不过这种方式在实际中的作用非常有限，因此，想要解决该问题必须要改善该方面的措施，例如运用BIM技术模拟投入太阳能热水集热器。这样不仅能够对实际冷热源的作用进行补充，也不会改变原有的设计内容，让图纸的设计可以更加符合实际需求。
        2.综合管线布置
        综合管线布置也是暖通空调设计中不可缺少的内容，由于建筑结构的不同，内部管道的设计合理性也存在着较大的差异，在实际施工过程中极易出现管线混乱、管道设计不合理等问题影响暖通空调系统的正常使用。与此同时传统的图纸设计的方式无法的呈现出立体直观的效果，无法对管线布置的过程予以充分地控制，导致在施工时也会出现管线遭到破坏的情况。所以，在暖通空调设计时运用BIM技术显得尤为重要。因为BIM技术中能够整合了许多的建筑数据模型，讲这些数据模型进行结合可以达到与实际施工高度相似的程度，利用这些内容，能够对建筑内的管井、给排水管道的位置的拥有清晰的了解，还能对管线的实际走向应有清晰的把控，对当中会出现的各类情况进行提前演示。比如利用BIM技术可以掌握管井内所有的管线分布情况和存在的潜在问题，设计人员可以通过BIM软件来掌握管线的分布情况，并根据演示内容提前设置管线的布置方案和保护措施等，提高实际施工效率的同时，也能避免给其他环节带来麻烦。或者通过BIM软件也可以对管线布置过程中出现的问题进行及时解决，即依照管线布置时经常出现的问题，对所有的管道、管井给予全方位、立体式的查看，确保可以采取最有效措施的同时，也能够对管线布置的合理性进行检验，为暖通空调系统的运行提供保障[3]。
        （四）辅助设计
        辅助设计是BIM技术得以广泛运用的关键，因为基于图纸的暖通空调系统在设计过程中往往对设计人员有着较高的要求，设计的所有内容均由工作人员来完成，极易在精准度和合理性方面出现问题，设计用时也相对较长，而且设计完成后能够验证设计内容的辅助途径非常少，大多会受到条件的限制，无法对涉及的内容的进行有效地检验，只能根据设计人员的工作经验进行判断。然而，这种行为往往并不能获得较好的效果，因为设计人员很难从客观的角度去评价设计的内容，导致当中存在的许多隐藏问题始终难以被发现。待投入施工时，被要求返修的概率非常高。至于BIM技术完全不会存在这样的问题，首先，BIM技术是通过专业的建筑数据模型进行设计，具体内容能够以三维立体效果呈现出来，设计人员只需不断的调整角度，审查不同的方面就可以发现其中存在的问题，既直观又方便，设计用时也会在基于二维图纸的基础上大幅缩短。不过，想要达到以较短的设计周期实现相应的效果，需要设计人员在日常工作中不断的积累，也就是对现有的建筑数据模型进行调整、优化的同时，也要不间断的获取更多新的数据模型，不仅能够起到查漏补缺的作用，也能够丰富设计内容，满足不同用户的要求。其次，BIM技术中还包含针对方案的辅助设计，通过辅助手段对设计的内容进行深度的验证，便于确定暖通空调设计的合理性。例如为了能够提升暖通空调方案设计的适应性，在设计过程中可以利用CFD软件模拟出各类地理条件、自然环境，让建筑内的暖通空调系统接受各类情况的考验，期间相关人员可以根据实际的设计需要不断地调整，直至真正满足实际的需求[4]。最后，BIM技术中也涵盖了计算机辅助设计，可以用于设计完成后的检验阶段，比如当暖通空调设计处于尾声阶段时，可以利用CFD软件对暖通空调的施工过程、设备分布等方面进行模拟，也能够根据设备分布情况模拟相应的室内温度、空气流向、通风情况等方面，便于对设计的内容与方案采取进一步的完善。
        （五）传递与共享
        暖通空调设计完毕后需要传递给特定单位，不仅便于相互协同工作，也能够为施工环节提供便利，让施工环节得以顺利开展。由于暖通空调的设计在多数情况下是采取图纸的形式，在不同的环节间传递会存在较大的困难，毕竟在运用图纸设计时必须要考虑需要修改的情况，而且图纸中的内容比较分散，不便查询和保管，相比之下，运用BIM技术的暖通空调设计的内容是以特定三维模型文件形式存在的，只需要传递相应的文件即可，即便是设计当中的内容被修改，与之相关的部分也会发生相应的变化，最大程度的保证设计的完整性与合理性[5]。同时，应用BIM技术的暖通空调设计中的内容也能够作为共享文件来使用，比如将使用的建筑数据模型、产品库模型等通过BIM技术的专用平台进行共享，便于为更多的设计人员提供便利，也能推动BIM技术的持续发展。
        结论：综上所述，BIM技术相比传统的暖通空调设计方面拥有更多的优势，不仅能够通过最直观的可视化方式将设计内容完全的展现出来，便于更好地的提升设计精度，将详细的数据信息进行计算，最大程度的减少设计和施工过程中造成的资源浪费问题，而且还能在模拟的过程中及时的发现各种不合理的内容，尽早发现并予以解决，从根本上提高了暖通空调的设计水平。
        参考文献：
        [1]戚海春.浅析BIM技术在暖通空调设计中的应用[J].信息记录材料,2019,20(12):78-79.
        [2]刘梦,李亚林,陈章弘.BIM技术在暖通空调设计中的应用分析[J].风景名胜,2018(11):282.
        [3]崔庚.BIM技术在暖通空调设计中的应用[J].建筑技术开发,2018,45(15):147-148.
        [4]宋谨领.BIM技术在暖通空调设计中的应用[J].住宅与房地产,2016(36):59.
        [5]金威.BIM技术在暖通空调设计应用中的现状分析[J].城市建设理论研究(电子版),2016(24):71-72